叶杰+应浩

摘 要： 燃煤锅炉作为电厂的主机设备之一，其安全高效运行对电厂整体发电效率起着极其重要的作用。由于锅炉在实际生产中受燃料种类、炉膛结构、燃烧温度等因素的影响，导致在运行中经常遇到受热面低温腐蚀的问题，严重影响养锅炉的安全、稳定运行和电厂的经济效益。

关键词： 燃煤锅炉；受热面；低温腐蚀

锅炉受热面是指锅炉本体范围内的省煤器管、水冷壁管、过热器管和再热器管等换热管道。工质吸收热量后在管道内循环流动，实现热能的传递。炉膛内的环境非常复杂，受燃烧煤质、炉膛氧量、炉膛结构的影响，各种物理、化学现象相互交错，难以控制，致使锅炉燃烧控制难度较大，出现锅炉受热面腐蚀现象发生，进而出现锅炉受热面管道的泄露、爆管等问题。锅炉的受热面包括尾部低温受热面和炉膛高温受热面两部分，其中位于锅炉尾部烟道中的省煤器、空气预热器等称为是尾部低温受热面，位于锅炉炉膛及其出口附近的水冷壁、过热器和再热器称为锅炉高温受热面。

1低温腐蚀的机理

当管壁温度低于烟气露点时，烟气中含有硫酸的蒸汽在管壁上凝聚，所造成的腐蚀称低温腐蚀，也称酸性腐蚀[1]。低温腐蚀多发生在空气预热器的低温段。发生低温腐蚀后，使受热面腐蚀穿孔而漏风；由于腐蚀表面湿润粗糙，使积灰、堵灰加剧，结果是排烟温度升高，锅炉热效率下降；由于漏风及透風阻力增大，使厂用电增加，严重时会影响锅炉出力；被腐蚀的管子或管箱需要定期更换，增大检验维护用度。总之，低温腐蚀对锅炉运行的经济性、安全性均带来不利影响。根据实际经验得知，低温受热面部分是最容易腐蚀、导致锅炉故障停炉频率最高、锅炉运行中检修工作量最大的部位[2]。

1.1 的生成机理

目前我国的锅炉燃煤硫含量基本维持在0.5%-3%，个别煤种含硫比例更高。而其中的90%能够燃烧，这些可燃的硫在煤粉燃烧过程中以H2S的形式挥发出来，大部分的H2S遇氧气反应生成H2O和SO2，而SO2与氧气进一步发生反应生成SO3

燃煤中的硫份遇氧气燃烧生成二氧化硫，其中有一小部分的二氧化硫进一步与氧气发生反应生成三氧化硫。三氧化硫在锅炉尾部烟道的温度减低部分（如空气预热器、风机等）与燃烧过程中产生的水分化合成硫酸蒸汽。气态的三氧化硫对烟道的腐蚀性小，但是溶解于水形成硫酸蒸汽后，对空气预热器、烟道、风机等设备具有较强的腐蚀性。具体反映公式如下：

然而，煤粉在炉膛中的实际燃烧过程中，转化成的过程并不是如式（2）所示遇到氧气后发生反应生成，而是受炉膛温度，过量空气系数，催化剂等因素的影响。

1.2酸露点分析

锅炉排出的烟气有一个水露点，该凝结温度一般在35-50℃之间。一般情况下不易在低温受热面上结露。酸露点是气相与液相化学反应平衡时、硫酸蒸汽开始凝结成液体时的温度。烟气中二氧化硫的含量很低，但是及少量的三氧化硫将烟气露点（既酸露点）提高到不允许的程度。譬如，当烟气中的硫酸蒸汽含量为0.005%，酸露点将提高到130℃-150℃。因此，当酸露点较高时，而此时排烟温度低于酸露点，硫酸蒸汽在受热面上凝结，凝结量越大腐蚀越严重。

1.3燃煤中的含硫量

硫酸的生成量与燃料的含硫量有着密不可分的关系，一般情况下，含硫量越高，二氧化硫越容易生成。经过试验证明，当煤炭的含硫量超过百分之一时，所形成的二氧化硫就已经超过了锅炉尾部承受腐蚀的最低限度，不仅如此，此时露点的温度已经超过130℃，硫酸蒸汽很容易在低温受热面上凝结，造成严重的腐蚀现象。

1.4炉膛温度的影响

在煤粉燃烧过程中，当炉膛温度较低时，的生成速度非常缓慢（既公式（2）反应速度缓慢），烟气中的含量较低；当炉膛温度在500-700℃之间时，公式（2）所示反应速度大幅度提高，的生成量达到峰值；当炉膛温度超过700摄氏度时，烟气中的非常不稳地，大部分的将在极短的时间内还原成二氧化硫和氧气，因此的生成量极少。

1.5过量空气系数的影响

在炉膛温度、燃煤含硫量不变的情况下，过量空气系数α值越大，公式（2）反应速度越快，的生成量增加；当过量空气系数越小，公式（2）还原为的反应速度加快，因而基本上抑制了向的转化。

2低温腐蚀的防治措施

2.1减少的生成

目前，以我国现有的技术手段来说，还不能用改造某种因素的方法来完全控制的生成量，因此，煤炭燃烧中生成量将正比于燃料中的含硫量。为了减少燃料中的含硫量，可以采取以下两种方式的任何一种：

（1）燃烧前脱硫

用户购买燃料时可以考虑选择经过洗选后的或经过生物净化处理的洁净煤，可以从根本上减少的生成量。

（2）使用添加剂

由于低温腐蚀的硫酸等主要物质呈酸性，根据化学相关知识，可以在锅炉内添加一些碱性的添加剂中和。对此，常使用各种添加剂，其中固体类有白云石、镁石、锌粉和硅、硼等的氧化物，液体类有氯化镁水溶液，气体类有氨气等。上述添加剂的使用效果较为显著。但是即使同一种添加剂，在不同条件下所得到的效果也不相同，这与添加剂的用量、加入方法、均匀分布程度等一系列因素有关。

2.2应用酸露点计

将酸露点计的检测期间直接插入烟气中，连续检测露点温度，从而调节锅炉燃烧使锅炉的排烟温度略高于露点温度。

2.3调整燃烧工况

在1.4中已经阐述了炉膛温度对生成的机理。为了降低的生成量，一种方法是降低温度，使燃烧温度降低到500℃一下，降低向转化的速度，可以通过采用烟气再循环的方法降低炉膛温度；另一种方法是提高炉膛温度，是炉膛温度提高到700℃以上，同样可以抑制的生成，达到降低低温腐蚀的目的。

2.4低氧燃烧

根据实际运行经验得知，过量空气系数α低于1.1以下时，酸露点急剧下降，从而导致低温受热面上的硫酸凝结量大大降低，大幅度减缓低温受热面表面的腐蚀速度。有些电厂，在没有特殊的测试和自动调节设备的条件下，已经可以将α降到接近1.05。壁温在80—120℃时，随着过量空气系数的减少，腐蚀速度急剧下降。

2.5尽量使用抗腐蚀的材料

为了减少低温腐蚀的危害，现在我国有些火电厂，在锅炉中易遭受低温腐蚀的部分，诸如空气预热器中，使用新型、不易遭受腐蚀的材料代替原来使用的普通钢管，同时提高出烟温度，低温腐蚀就不易发生。就预热器而言，常用的有玻璃管式的和热管式的，这种预热器阻力小、体积小、抗腐蚀能力强，并且使用寿命比较长。

3结论

为了解决燃煤锅炉受热面低温腐蚀问题，本文首先分析了低温腐蚀机理。我们发现，燃煤中的含硫量、酸露点、炉膛燃烧温度、过量空气系数α都是硫酸蒸汽形成，最终导致低温受热面腐蚀的重要因素。因此本文针对各项腐蚀形成的各项因素，提出了燃烧前脱硫，使用添加剂，调整燃烧工况，控制过量空气系数，使用抗腐蚀材料的防止措施。■

参考文献

[1] 李彦， 武彬. SO2，SO3和H2O对烟气露点温度影响的研究[J]. 环境科学学报， 2010（1）：126-130.

[2] 张基标， 郝卫， 赵之军，等. 锅炉烟气低温腐蚀的理论研究和工程实践[J]. 动力工程学报， 2014， 31（10）：730-733.