鍋爐空氣預(yù)熱器低溫腐蝕原因分析與處理

摘 要

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對燃?xì)忮仩t燃燒未脫硫焦?fàn)t煤氣導(dǎo)致空氣預(yù)熱器腐蝕的原因進(jìn)行了分析，提出了改造方法。關(guān)鍵詞：燃?xì)忮仩t；空氣預(yù)熱器；低溫腐蝕；技術(shù)改造Reason Analysis and Treatm
摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對燃?xì)忮仩t燃燒未脫硫焦?fàn)t煤氣導(dǎo)致空氣預(yù)熱器腐蝕的原因進(jìn)行了分析，提出了改造方法。
關(guān)鍵詞：燃?xì)忮仩t；空氣預(yù)熱器；低溫腐蝕；技術(shù)改造
Reason Analysis and Treatment of Low-temperature Corrosion of Boiler Air Preheater
WANG Tie-min，WANG Tao，CHEN Su-jun
Abstract：Combined with an engineering example，the reasons for air preheater corrosion of gas-fired boiler which burns non-desulfurized coke oven gas are analyzed，and the reconstruction method is proposed.
Key words：gas-fired boiler；air preheater；low-temperature corrosion；technical reconstruction
1 工程概況
   首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司(以下簡稱公司)堅(jiān)持循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，將燒結(jié)、熱軋、煉鋼等工藝的余熱都回收利用。在投產(chǎn)初期，僅以啟動鍋爐為公司各工藝部門提供啟動汽源，啟動鍋爐為2×35t/h燃?xì)庹羝仩t，額定參數(shù)見表1。
表1 啟動鍋爐額定參數(shù)
額定蒸發(fā)量(t/h-1)
額定蒸汽壓力/MPa
額定蒸汽溫度/℃
給水溫度/℃
排污率/%
35
3.82
450
104
＜2
啟動鍋爐初期設(shè)計(jì)燃用天然氣，在公司全面投產(chǎn)后燃用焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣，但隨著市場行情的變化及各工序投產(chǎn)順序的改變，焦?fàn)t的提前投產(chǎn)造成焦?fàn)t煤氣大量放散。為節(jié)約能源，啟動鍋爐由燒天然氣改燒焦?fàn)t煤氣。但由于公司焦化廠脫硫工序無法提前投運(yùn)，造成焦?fàn)t煤氣中H2S含量嚴(yán)重超標(biāo)。導(dǎo)致啟動鍋爐燃用焦?fàn)t煤氣后，出現(xiàn)了下列問題：排風(fēng)機(jī)振動超標(biāo)，調(diào)節(jié)擋板經(jīng)常出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象；鍋爐排煙中CO、SO2質(zhì)量濃度分別為56、500mg/m3；鍋爐熱功率下降。針對上述情況，公司組織人員對兩臺鍋爐輪流檢修，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：尾部煙道存在大量凝結(jié)水，pH值為2.2左右；排風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板及葉輪上附著大量淺綠色晶體；尾部煙道和空氣預(yù)熱器多處腐蝕破損。
    對排風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板上附著的淺綠色晶體進(jìn)行化驗(yàn)，其主要成分為硫酸亞鐵。因此，可以確定鍋爐尾部煙道發(fā)生了低溫腐蝕，焦?fàn)t煤氣中H2S氣體發(fā)生了以下反應(yīng)：
   2H2S+3O2→2SO2+2H2O
   2SO2+O2→2SO3
   SO2+H2O→H2SO3
   SO3+H2O→H2SO4
    正是由于低溫腐蝕，硫酸亞鐵晶體附著于排風(fēng)機(jī)葉輪及調(diào)節(jié)擋板上，破壞了葉輪的動平衡，引起振動?？諝忸A(yù)熱器腐蝕，造成送風(fēng)短路，大量新鮮空氣從空氣預(yù)熱器直接漏入煙道，造成供風(fēng)不足，燃燒不充分，鍋爐熱功率不能達(dá)到額定值，使得排煙中CO、SO2含量增高。另外，漏風(fēng)還降低了排煙溫度，加劇了腐蝕。
2 空氣預(yù)熱器低溫腐蝕原因
    ① 酸露點(diǎn)
酸露點(diǎn)是決定發(fā)生低溫腐蝕的一個(gè)重要因素，而煙氣酸露點(diǎn)與燃料的種類、含硫量、燃燒方式等有關(guān)。煙氣酸露點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為[1]：
 
式中td——煙氣的酸露點(diǎn)，℃
    td,w——按煙氣的水蒸氣分壓力計(jì)算的水露點(diǎn)，℃
    β——與過量空氣系數(shù)有關(guān)的系數(shù)
    Sar——收到基燃料折算硫分
    α——飛灰系數(shù)
    Aar——收到基燃料折算灰分
    由式(1)計(jì)算可得，在現(xiàn)有焦?fàn)t煤氣成分下，鍋爐煙氣酸露點(diǎn)達(dá)124℃左右。
   ② 空氣預(yù)熱器壁溫過低
對于冶金企業(yè)的燃?xì)忮仩t[2、3]，一般容量較小且大多單純供汽，尾部空氣預(yù)熱器也多采用管式空氣預(yù)熱器。根據(jù)其傳熱機(jī)理，在空氣預(yù)熱器正常運(yùn)行(穩(wěn)定工況)下有：
 
式中tg——煙氣平均溫度，℃
    tw——管壁平均溫度，℃
    Rg——煙氣對管壁的傳熱熱阻，K/W
    ta——空氣的平均溫度，℃
    Ra——空氣對管壁的傳熱熱阻，K/W
當(dāng)Rg=Ra時(shí)，由式(2)整理得：
 
    在空氣預(yù)熱器投運(yùn)后，煙氣側(cè)壁面的灰垢層將不斷增厚，使煙氣側(cè)熱阻急劇增大，使Rg＞＞Ra。此時(shí)，空氣預(yù)熱器的壁面溫度tw將接近于空氣溫度ta。經(jīng)計(jì)算可得，空氣預(yù)熱器壁面溫度在十分清潔的情況下為79.7℃，隨著灰垢層不斷增厚，空氣預(yù)熱器的壁面溫度將會更低。此時(shí)，煙氣中的酸性蒸氣凝結(jié)附于壁面上，導(dǎo)致壁面腐蝕。
3 解決方案
3.1 備選方案
    目前，防止低溫腐蝕的方法包括：提高尾部煙氣溫度，低氧燃燒，使用防腐涂料層，采用熱風(fēng)再循環(huán)方法。我們針對具體情況，決定采用提高尾部煙氣溫度的方法，以此提出以下3種方案。
    ① 方案1
    從鍋爐轉(zhuǎn)向室的左右兩側(cè)各引一根管道(管道直段加裝調(diào)節(jié)控制閥)，接至低溫省煤器煙氣側(cè)入口。即不經(jīng)過高溫省煤器、高溫空氣預(yù)熱器，將一部分高溫?zé)煔鈴霓D(zhuǎn)向室直接引入低溫省煤器，該部分煙氣和通過高溫省煤器、高溫空氣預(yù)熱器的煙氣混合，提高進(jìn)入低溫省煤器、低溫空氣預(yù)熱器的煙氣溫度，防止低溫空氣預(yù)熱器發(fā)生低溫腐蝕。
    ② 方案2
    將低溫空氣預(yù)熱器空氣側(cè)進(jìn)口及高溫空氣預(yù)熱器空氣側(cè)出口封閉，由送風(fēng)機(jī)后的送風(fēng)管道直接引兩根管道直至爐膛，使空氣直接進(jìn)入爐膛參與燃燒。煙氣正常經(jīng)過高溫省煤器、高溫空氣預(yù)熱器、低溫省煤器、低溫空氣預(yù)熱器。由于煙氣與空氣未進(jìn)行換熱，進(jìn)入低溫空氣預(yù)熱器的煙氣溫度有較大提高，避免了煙氣中酸性蒸氣結(jié)露，防止低溫空氣預(yù)熱器發(fā)生低溫腐蝕。
    ③ 方案3
    將高溫空氣預(yù)熱器空氣側(cè)的進(jìn)出口全部封閉，由低溫空氣預(yù)熱器空氣側(cè)出口引兩根管道直至爐膛，使空氣從送風(fēng)機(jī)送出后只經(jīng)過低溫空氣預(yù)熱器。空氣由管道送至爐膛參與燃燒，將高溫空氣預(yù)熱器短路，煙氣正常經(jīng)過高溫省煤器、高溫空氣預(yù)熱器、低溫省煤器、低溫空氣預(yù)熱器，由于空氣未在高溫空氣預(yù)熱器中與煙氣換熱，因此進(jìn)入低溫空氣預(yù)熱器的煙氣溫度也會有所提高。
3.2 可行性分析
對于方案1，由轉(zhuǎn)向室引高溫?zé)煔?，但此時(shí)低溫空氣預(yù)熱器已經(jīng)腐蝕泄漏，大量冷空氣將在低溫空氣預(yù)熱器中與煙氣混合，從而降低煙氣溫度。而且低溫?zé)煔鈱y帶酸性蒸氣到達(dá)排風(fēng)機(jī)，造成排風(fēng)機(jī)葉輪腐蝕，破壞葉輪動平衡，引起葉輪振動。對于方案2，短路了高溫空氣預(yù)熱器和低溫空氣預(yù)熱器，計(jì)算得煙氣的出口溫度為140℃，高于鍋爐煙氣酸露點(diǎn)。對于方案3，只短路了高溫空氣預(yù)熱器，易導(dǎo)致煙氣出口溫度低于酸露點(diǎn)。綜上所述，確定采用方案2。
4 經(jīng)濟(jì)性分析
經(jīng)過改造，啟動鍋爐燃用焦?fàn)t煤氣，排風(fēng)機(jī)振動消除，鍋爐熱功率恢復(fù)正常，保證了公司蒸汽需求。若不進(jìn)行改造，為防止空氣預(yù)熱器進(jìn)一步腐蝕并保證公司蒸汽的持續(xù)需求，鍋爐只能燃用天然氣直至脫硫裝置投運(yùn)(約30d，每天24h運(yùn)行)，期間啟動鍋爐的平均蒸發(fā)量約50t/h，天然氣用量為300×104m3，天然氣價(jià)格按3元/m3計(jì)算，方案2的改造成本為3.3×104元。經(jīng)計(jì)算可得，該項(xiàng)目可節(jié)省資會896.7×104元。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 薛福連.燃?xì)忮仩t低溫腐蝕的成因及處理[J].化：腐蝕與防護(hù)，1997，(4)：38-39.
 
(本文作者：王鐵民 王濤 陳素君 首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司 河北唐山 063200)