再生煙氣余熱鍋爐積灰成因及防止措施

摘 要

摘要：分析了催化裂化裝置再生煙氣余熱鍋爐積灰成因，探討了防止措施。關(guān)鍵詞：催化裂化裝置；再生煙氣余熱鍋爐；積灰；防止措施Causes and Prevention Measures for Fouling in Regene
摘要：分析了催化裂化裝置再生煙氣余熱鍋爐積灰成因，探討了防止措施。
關(guān)鍵詞：催化裂化裝置；再生煙氣余熱鍋爐；積灰；防止措施
Causes and Prevention Measures for Fouling in Regenerative Flue Gas Waste Heat Boiler
LI Jun，LI Yong，GONG Xiaojie
Abstract：The eauses of regenerative flue gas waste heat boiler fouling for catalytic cracking unit is analyzed，and the prevention nleasures are discussed.
Key words：catalytic cracking unit；regenerative flue gas waste heat boiler； fouling；prevention measure
    催化裂化裝置再生煙氣余熱鍋爐通常采用煙道式布置，其受熱面包括過熱器、蒸發(fā)器、省煤器等。受熱面管壁積灰是再生煙氣余熱鍋爐在使用過程中普遍存在的問題，往往造成換熱效率降低，排煙溫度高，煙氣阻力大，還會加速管壁的腐蝕，危及鍋爐安全運(yùn)行，并使能耗增加。催化裂化裝置再生煙氣中常含有微量的腐蝕性介質(zhì)(含硫的氧化物)，易導(dǎo)致受熱面管壁的腐蝕。當(dāng)煙氣流程和參數(shù)特別煙氣的流速選擇不合理時，易使上游來的催化劑粉塵沉積在受熱面上，從而造成管壁積灰[1]。本文對催化裂化裝置再生煙氣余熱鍋爐積灰成因及防止進(jìn)行探討。
1 積灰的成因
    再生煙氣余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)見圖1。根據(jù)積灰在受熱面上的沾污程度，積灰可分為下列形態(tài)。

    ① 熔渣
    熔渣主要在高溫受熱面(過熱器)形成，由于煙氣中灰分的熔點(diǎn)較低，而煙氣入口溫度又很高，灰分呈熔融狀的顆粒，遇到受熱面便粘在管壁上。這種熔渣的產(chǎn)生僅是物理過程。
   ② 高溫粘結(jié)灰及腐蝕
   高溫粘結(jié)灰是指煙氣中的硫與在高溫中揮發(fā)成為分子的鈉、鉀等金屬，在遇到高溫受熱面(過熱器)時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物凝結(jié)在受熱面上引起的粘結(jié)灰。這種粘結(jié)灰具有無限增長的特點(diǎn)，這是由于化學(xué)反應(yīng)后生成的硫酸鹽(Na2S04、K2S04)，在高溫條件下呈熔融狀，具有黏性，大量捕集飛灰及催化劑而形成越來越厚的積灰。硫酸鹽與受熱面管壁氧化保護(hù)層(Fe2O3)發(fā)生高溫腐蝕，反應(yīng)式為：
    3Na2S04+Fe203+3S03→2Na3Fe(S04)3
    3K2S04+Fe203+3S03→2K3Fe(S04)3
   ③ 低溫粘結(jié)灰及腐蝕
   低溫粘結(jié)灰發(fā)生在低溫受熱面上(蒸發(fā)器、省煤器)，這是由于積灰與凝結(jié)在低溫受熱面管壁上的硫酸鹽作用而形成以硫酸鈣為基質(zhì)的物質(zhì)，呈硬結(jié)狀，易堵塞煙道，清理比較困難。低溫腐蝕的產(chǎn)生取決于煙氣中S03與水蒸氣的含量，二者結(jié)合成硫酸蒸氣，當(dāng)遇到低于露點(diǎn)的受熱面時就形成硫酸溶液，從而引起受熱面的腐蝕，這種因蒸氣凝結(jié)引起的腐蝕稱為結(jié)露腐蝕[2]。
    ④ 松灰
    煙氣中攜帶的飛灰及催化劑粒徑一般都小于200μm，大部分是10～20μm的顆粒。當(dāng)含灰的氣流沖刷管束時，產(chǎn)生旋渦區(qū)，大顆粒由于慣性大，不易進(jìn)入旋渦，進(jìn)入旋渦區(qū)的大部分為微小顆粒。在分子力吸附作用和靜電力的作用下，遇到低溫受熱面管壁便聚積下來。松灰呈干松狀，易吹除，但其熱阻很大，對傳熱有很大影響[3]。積灰主要在管子背風(fēng)面形成，當(dāng)煙氣流速較大時，迎風(fēng)面基本沒有積灰，因此積灰程度與煙氣流速有關(guān)。3種煙氣流速下管子的積灰狀態(tài)見圖2。圖中，v1＞v2＞v3。對于最高的煙氣流速v1，管子積灰最少，v2積灰較多，v3積灰最嚴(yán)重。因此，煙氣流速越大，在管子的背風(fēng)面越不易積灰。
 

2 積灰防止措施
   ① 合理的設(shè)計。在設(shè)計過程中，合理的煙氣流速，適當(dāng)?shù)臓t膛容積，加大進(jìn)口管束的節(jié)距(采用管屏結(jié)構(gòu)以及管間距大一些的受熱面)，這都會有效地防止積灰的形成。
    ② 采用耐腐蝕材料。在低溫受熱面(省煤器)采用防腐材料(如ND鋼)，在高溫受熱面(過熱器)采用滲鋁及表面涂碳化硅、氮化硅涂料。這雖然可以延長省煤器及過熱器的使用壽命，但不能從根本上解決積灰腐蝕問題。
    ③ 溫度的控制。在省煤器前設(shè)置給水預(yù)熱器，使鍋爐給水先進(jìn)入預(yù)熱器，再進(jìn)入省煤器，從提高省煤器受熱面壁溫，防止低溫粘結(jié)灰的形成及低溫腐蝕?？刂聘邷厥軣崦娴墓鼙跍囟?不高于540℃)，避免高溫粘結(jié)灰的形成及高溫腐蝕。
    ④ 保持受熱面潔凈。受熱面積灰是引起高溫和低溫腐蝕的重要原因，因此應(yīng)采取有效的除灰方法，及時清除積灰。常用的除灰方法有：合理布置吹灰器，采用振動、振打的方法以及用鋼珠等方法除灰[4]。
3 結(jié)論
    受熱面管壁上的積灰給鍋爐的傳熱及安全造成影響，熔渣和高溫粘結(jié)灰主要發(fā)生在高溫受熱面，而低溫粘結(jié)灰和松灰主要發(fā)生在低溫受熱面。合理布置受熱面管束、合理的管壁溫度、合理的除灰方法都能有效防止積灰的形成，合適的煙氣流速能使鍋爐達(dá)到自清灰的作用，從而有效地防止鍋爐的積灰，進(jìn)而保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)可靠地運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
[1] 徐森榮.再生煙氣余熱鍋爐積灰成因與防止措施[J].石油化工設(shè)備，2003，32(3)：50-52.
[2] 馮俊凱，沈幼庭，楊瑞昌.鍋爐原理及計算[M].北京：科學(xué)出版社，2003：41-76.
[3] 陳剛.余熱鍋爐積灰和腐蝕機(jī)理與防范措施[J].余熱鍋爐，2001(2)：1-5.
[4] 曾奕強(qiáng)，莫廣明.余熱鍋爐積灰處理方法及其安全性經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系[J].電站輔機(jī)，2005(3)：41-44.
 
(本文作者：李軍1 李勇2 宮曉杰3 1.撫順石油機(jī)械有限責(zé)任公司 遼寧撫順 113004；2.遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 遼寧撫順 113001；3.遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 遼寧撫順 113001)