锅炉烟垢成因及防止措施_工程实践

摘要

摘要：分析了工业锅炉烟垢的危害，探讨了烟垢的成因及防止措施。在燃料中添加碱金属氧化物特别是氧化镁是防止烟垢生成的有效措施。关键词：工业锅炉：烟垢；防止措施Boiler Soot Caus

摘要：分析了工业锅炉烟垢的危害，探讨了烟垢的成因及防止措施。在燃料中添加碱金属氧化物特别是氧化镁是防止烟垢生成的有效措施。

关键词：工业锅炉：烟垢；防止措施

Boiler Soot Cause and Prevention Measures

FENG Tongjun

Abstract：The harms of soot of industrial boiler are analyzed，and the boiler soot cause and prevention measures are discussed.Adding alkali metal oxide especially magnesium oxide into fuel is an effective measure for preventing from formation of soot.

Key words：industrial boiler；soot；prevention measure

1 烟垢的危害

锅炉的安全经济节能运行与烟垢有直接关系，由于烟垢清除不及时而引起的锅炉损坏占锅炉修理总量的比例较大。锅炉腐蚀可分为水侧腐蚀、烟气侧腐蚀两类。水侧腐蚀有：氧腐蚀、碱腐蚀、碱脆化腐蚀、应力腐蚀以及过热引起的损伤；烟气侧腐蚀有：低温腐蚀、高温腐蚀。

我国对锅炉水侧腐蚀很重视，颁布的TSG G5002—2008《锅炉水处理检验规则》、TSG G5001—2008《锅炉水处理监督管理规则》、GB/T 1576—2008《工业锅炉水质》，对防止锅炉水侧结垢、腐蚀及蒸汽质量恶化，促进锅炉运行的安全、经济、节能、环保，起到了重要的作用。但是，对解决烟气侧腐蚀还缺乏有力措施，很多锅炉使用单位不重视烟垢清除工作，导致锅炉对流区及烟道的烟垢很厚，锅炉出现热效率降低、燃料浪费、腐蚀严重、使用寿命缩短及污染环境等不良后果。因此，提高对烟气侧腐蚀的认识，分析烟垢生成的原因，探讨有效的防腐方法，对锅炉安全经济节能运行尤为重要。本文对锅炉烟垢成因及防止措施进行探讨。

2 烟垢的成因

煤炭主要由碳、氢组成，并含有氧、氮、硫和微量金属，引起受热面烟垢生成并发生腐蚀作用的物质是硫和金属。灰分的主要组分为二氧化硅、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、三氧化硫、五氧化二钒、氧化钠等，其中起主要腐蚀作用的物质有硫、钠、钒3种。硫是低温状态下生成烟垢的主要原因，五氧化二钒和氧化钠是高温状态下生成烟垢的主要原因。

2.1 低温成垢

煤炭中硫的质量分数为1%～4%，硫在燃料燃烧时生成二氧化硫，其中质量分数为1%～5%的二氧化硫转化成三氧化硫，在低温部分(温度为600℃左右)的空气预热器、省煤器、对流区管束尾部、烟道等部位与蒸汽结合生成硫酸产生腐蚀，反应式为：

S+0₂→S0₂

2S0₂+0₂→2S0₃

S0₃+H₂0→H₂S0₄

2.2 高温成垢

高温部分为温度为800℃以上的过热器、再热器等。

① 氧化钠

燃料中含有硫，燃烧时生成三氧化硫。碱金属钠、钾在温度特别高的火焰中生成氧化钠、氧化钾，并附着在管壁上，与三氧化硫反应生成硫酸盐。反应式为：

Na₂0+S0₃→Na₂S0₄

碱金属硫酸盐再与铁氧化物、三氧化硫反应生成熔点低的硫酸盐络合物，反应式为：

3Na₂S0₄+Fe₂0₃+3S0₃→2Na₃Fe(S0₄)₃

熔点较低的硫酸盐络合物在受热面表面呈熔融或软化状态，并粘附在受热表面，其表面再堆积飞灰，生成烟垢。同时，熔融状的硫酸盐络合物在受热表面起腐蚀作用，反应式为：

4Na₃Fe(S0₄)₃+12Fe→3FeS+3Fe₃0₄+2Fe₂0₃+6Na₂S0₄+3S0₂

② 五氧化二钒

五氧化二钒熔点(700℃左右)比较低，熔融状的五氧化二钒表面张力非常小，可将金属表面很好地侵湿，起助溶剂作用，溶解金属表面固有的氧化膜。五氧化二钒与硫酸钠发生化学反应，产生活性化的三氧化硫、氧等促进腐蚀。

在1000℃时，反应式为：

V₂0₅+Na₂S0₄→2NaV0₃+S0₃

在700～900℃时，反应式为：

3防止烟垢生成的措施

① 低温防垢

由低温成垢的机理可知，低温成垢的根本原因是硫的存在。硫在炉内燃烧生成二氧化硫、三氧化硫，当受热面温度低于硫酸露点时，硫酸凝结，不仅腐蚀受热面，而且粘附灰分，从而形成烟垢。

解决方法：可在燃料燃烧时向炉内加入氧化镁、氧化钙，抑制硫酸的生成和消除已生成的硫酸。其反应机理为：

MgO+S0₃→MgS0₄

CaO+S0₃→CaS0₄

MgO+H₂S0₄→MgS0₄+H₂0

CaO+H₂S0₄→CaS0₄+H₂0

通过上述反应式可知，氧化镁、氧化钙直接与三氧化硫、硫酸蒸气发生化学反应，可显著减少烟气中的三氧化硫，抑制硫酸的生成，并中和已生成的硫酸，可有效防止低温成垢。

② 高温防垢

高温成垢的主要原因是五氧化二钒的存在，为了防止高温成垢和腐蚀，必须提高灰渣中五氧化二钒的熔点。即在燃料燃烧时，向炉内添加氧化镁提高灰渣中五氧化二钒的熔点，生成稳定的化合物。反应式为：

2MgO+V₂0₅→2Mg0·V₂0₅

3MgO+V₂0₅→3Mg0·V₂0₅

上述反应式中2Mg0·V₂0₅和3Mg0·V₂0₅的熔点分别为1075、1234℃。从反应产物的熔点可知，氧化镁可提高灰渣中五氧化二钒的熔点。对于炉膛温度在1000℃左右的工业锅炉，既可防止锅炉高温成垢，又可以阻止锅炉低温成垢，抑制硫酸的产生并中和已生成的硫酸。

③ 氧化镁在除垢中的作用

为了提高锅炉热效率实现节能，工业锅炉都是采用蒸汽吹灰和人工清除烟垢的方法。但这些方法不但浪费能源，而且对流受热面又清除不彻底，造成底部大量积灰，严重腐蚀对流区管束。在燃料中加入碱金属氧化物(氧化镁)，燃烧后产生的烟雾附着在受热面上，与受热面烟垢发生化学反应，使坚硬的烟垢变成疏松的灰粉，在锅炉高温烟气的冲刷下脱落，使锅炉管壁清洁，提高锅炉热效率，节约能源，延长检修周期，减缓锅炉腐蚀，延长锅炉使用寿命，减少环境污染。