锅炉空气预热器低温腐蚀原因分析与处理_工程实践

摘要

摘要：结合工程实例，对燃气锅炉燃烧未脱硫焦炉煤气导致空气预热器腐蚀的原因进行了分析，提出了改造方法。关键词：燃气锅炉；空气预热器；低温腐蚀；技术改造Reason Analysis and Treatm

摘要：结合工程实例，对燃气锅炉燃烧未脱硫焦炉煤气导致空气预热器腐蚀的原因进行了分析，提出了改造方法。

关键词：燃气锅炉；空气预热器；低温腐蚀；技术改造

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 工程概况

首钢京唐钢铁联合有限责任公司(以下简称公司)坚持循环经济的理念，将烧结、热轧、炼钢等工艺的余热都回收利用。在投产初期，仅以启动锅炉为公司各工艺部门提供启动汽源，启动锅炉为2×35t/h燃气蒸汽锅炉，额定参数见表1。

表1 启动锅炉额定参数

额定蒸发量(t/h^-1)	额定蒸汽压力/MPa	额定蒸汽温度/℃	给水温度/℃	排污率/%
35	3.82	450	104	＜2

启动锅炉初期设计燃用天然气，在公司全面投产后燃用焦炉煤气和高炉煤气，但随着市场行情的变化及各工序投产顺序的改变，焦炉的提前投产造成焦炉煤气大量放散。为节约能源，启动锅炉由烧天然气改烧焦炉煤气。但由于公司焦化厂脱硫工序无法提前投运，造成焦炉煤气中H₂S含量严重超标。导致启动锅炉燃用焦炉煤气后，出现了下列问题：排风机振动超标，调节挡板经常出现卡涩现象；锅炉排烟中CO、SO₂质量浓度分别为56、500mg/m³；锅炉热功率下降。针对上述情况，公司组织人员对两台锅炉轮流检修，结果发现：尾部烟道存在大量凝结水，pH值为2.2左右；排风机调节挡板及叶轮上附着大量浅绿色晶体；尾部烟道和空气预热器多处腐蚀破损。

对排风机调节挡板上附着的浅绿色晶体进行化验，其主要成分为硫酸亚铁。因此，可以确定锅炉尾部烟道发生了低温腐蚀，焦炉煤气中H₂S气体发生了以下反应：

2H₂S+3O₂→2SO₂+2H₂O

2SO₂+O₂→2SO₃

SO₂+H₂O→H₂SO₃

SO₃+H₂O→H₂SO₄

正是由于低温腐蚀，硫酸亚铁晶体附着于排风机叶轮及调节挡板上，破坏了叶轮的动平衡，引起振动。空气预热器腐蚀，造成送风短路，大量新鲜空气从空气预热器直接漏入烟道，造成供风不足，燃烧不充分，锅炉热功率不能达到额定值，使得排烟中CO、SO₂含量增高。另外，漏风还降低了排烟温度，加剧了腐蚀。

2 空气预热器低温腐蚀原因

① 酸露点

酸露点是决定发生低温腐蚀的一个重要因素，而烟气酸露点与燃料的种类、含硫量、燃烧方式等有关。烟气酸露点的经验计算式为^[1]：

式中t_d——烟气的酸露点，℃

t_d,w——按烟气的水蒸气分压力计算的水露点，℃

β——与过量空气系数有关的系数

S_ar——收到基燃料折算硫分

α——飞灰系数

A_ar——收到基燃料折算灰分

由式(1)计算可得，在现有焦炉煤气成分下，锅炉烟气酸露点达124℃左右。

② 空气预热器壁温过低

对于冶金企业的燃气锅炉^[2、3]，一般容量较小且大多单纯供汽，尾部空气预热器也多采用管式空气预热器。根据其传热机理，在空气预热器正常运行(稳定工况)下有：

式中t_g——烟气平均温度，℃

t_w——管壁平均温度，℃

R_g——烟气对管壁的传热热阻，K/W

t_a——空气的平均温度，℃

R_a——空气对管壁的传热热阻，K/W

当R_g=R_a时，由式(2)整理得：

在空气预热器投运后，烟气侧壁面的灰垢层将不断增厚，使烟气侧热阻急剧增大，使R_g＞＞R_a。此时，空气预热器的壁面温度t_w将接近于空气温度t_a。经计算可得，空气预热器壁面温度在十分清洁的情况下为79.7℃，随着灰垢层不断增厚，空气预热器的壁面温度将会更低。此时，烟气中的酸性蒸气凝结附于壁面上，导致壁面腐蚀。

3 解决方案

3.1 备选方案

目前，防止低温腐蚀的方法包括：提高尾部烟气温度，低氧燃烧，使用防腐涂料层，采用热风再循环方法。我们针对具体情况，决定采用提高尾部烟气温度的方法，以此提出以下3种方案。

① 方案1

从锅炉转向室的左右两侧各引一根管道(管道直段加装调节控制阀)，接至低温省煤器烟气侧入口。即不经过高温省煤器、高温空气预热器，将一部分高温烟气从转向室直接引入低温省煤器，该部分烟气和通过高温省煤器、高温空气预热器的烟气混合，提高进入低温省煤器、低温空气预热器的烟气温度，防止低温空气预热器发生低温腐蚀。

② 方案2

将低温空气预热器空气侧进口及高温空气预热器空气侧出口封闭，由送风机后的送风管道直接引两根管道直至炉膛，使空气直接进入炉膛参与燃烧。烟气正常经过高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器。由于烟气与空气未进行换热，进入低温空气预热器的烟气温度有较大提高，避免了烟气中酸性蒸气结露，防止低温空气预热器发生低温腐蚀。

③ 方案3

将高温空气预热器空气侧的进出口全部封闭，由低温空气预热器空气侧出口引两根管道直至炉膛，使空气从送风机送出后只经过低温空气预热器。空气由管道送至炉膛参与燃烧，将高温空气预热器短路，烟气正常经过高温省煤器、高温空气预热器、低温省煤器、低温空气预热器，由于空气未在高温空气预热器中与烟气换热，因此进入低温空气预热器的烟气温度也会有所提高。

3.2 可行性分析

对于方案1，由转向室引高温烟气，但此时低温空气预热器已经腐蚀泄漏，大量冷空气将在低温空气预热器中与烟气混合，从而降低烟气温度。而且低温烟气将携带酸性蒸气到达排风机，造成排风机叶轮腐蚀，破坏叶轮动平衡，引起叶轮振动。对于方案2，短路了高温空气预热器和低温空气预热器，计算得烟气的出口温度为140℃，高于锅炉烟气酸露点。对于方案3，只短路了高温空气预热器，易导致烟气出口温度低于酸露点。综上所述，确定采用方案2。

4 经济性分析

经过改造，启动锅炉燃用焦炉煤气，排风机振动消除，锅炉热功率恢复正常，保证了公司蒸汽需求。若不进行改造，为防止空气预热器进一步腐蚀并保证公司蒸汽的持续需求，锅炉只能燃用天然气直至脱硫装置投运(约30d，每天24h运行)，期间启动锅炉的平均蒸发量约50t/h，天然气用量为300×10⁴m³，天然气价格按3元/m³计算，方案2的改造成本为3.3×10⁴元。经计算可得，该项目可节省资会896.7×10⁴元。

参考文献：

[1] 车得福，庄正宁，李军，等.锅炉原理[M].北京：中国水利电力出版社，2004.

[2] 沙永斌.燃油锅炉省煤器低温腐蚀的原因及对策[J]工业锅炉，2003，(5)：54-56.

[3] 薛福连.燃气锅炉低温腐蚀的成因及处理[J].化：腐蚀与防护，1997，(4)：38-39.

(本文作者：王铁民王涛陈素君首钢京唐钢铁联合有限责任公司河北唐山 063200)