锅炉烟气低温腐蚀的理论研究和实践

董潇

摘要：随着对锅炉能效要求的提高，锅炉排气温度降低，但是低温会造成严重腐蚀的后果。锅炉低温腐蚀的现场实验成本高、耗时长、难操作。浸没溶液的浓度随环境和时间的变化而变化，会造成一定的不确定性。使用线性极化法具有较弱的扰动信号能力，对金属和周围环境的自然腐蚀影响较小，且简单、准确。实验中采用线性极化法测定了常用的20钢以及ND钢材料的锅炉受热面，在不同温度和硫酸浓度下，研究两种钢的腐蚀速率，探讨了两种不同钢的腐蚀行为。

关键词：锅炉设备；烟气低温腐蚀；理论研究；工程实践

1前言

长期以来，国内外专家对锅炉设备的低温腐蚀进行了大量的技术研究和理论分析。认为低温腐蚀分为三个阶段,即锅炉进行开机工作和停机时的低浓度硫酸在低温阶段时的腐蚀情况；正常运行时的高温以及高浓度的硫酸腐蚀的情况。锅炉是一种重要的能量转换设备。呼和热电厂的锅炉采用煤作为燃料，而排热损失占锅炉总热量损失的80%以上。一般锅炉配备烟道气体处理系统，如尾气预热器、换热器等。设备能有效地回收烟气的热量，提高锅炉的热效率。在废热回收后，烟气温度下降，使锅炉尾部的加热面产生低温腐蚀。腐蚀导致设备损坏，产生泄漏，大量空气进入烟道，诱导通风机负荷增加，也可导致形成粘结灰尘清扫困难，使设备性能下降。高温累积的效应会导致经济损失。因此，对于低温腐蚀锅炉受热面的研究，对不同材料在不同温度、不同浓度下腐蚀介质的腐蚀速率进行分析，对锅炉的制造、运行和维修具有一定的指导意义。

2锅炉低温腐蚀问题

呼和浩特热电厂的锅炉为一次中间再热、单炉膛、前后墙对冲旋流燃烧方式、尾部双烟道、烟气挡板调节再热汽温、平衡通风、紧身布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型超临界本生直流锅炉，其型号为：HG-1140/25.4-YM1。在烟气露点腐蚀的规定中，燃料燃烧时，燃料硫和氯的物质会形成具有腐蚀性的二氧化硫和硫三氧化物和盐酸，这些物质在低温的情况下，在水汽中形成酸，就会引起金属腐蚀。损伤机理如下:

一是烟气中的硫或氯会转化成二氧化硫、三氧化硫或者盐酸。二是二氧化硫会和水一起反应生成硫化氢。稀硫酸蒸汽锅炉的尾部温度低于露点温度,可以生产酸会腐蚀冷凝换热器,主要会在在锅炉省煤器和空气预热器,排气扇,等低温受热面上发生反应,造成大面积的宽浅坑,这主要取决于产品生产过程中凝结形成的酸性产物。此外，烟气中的粉煤灰在表面粘接，堵塞烟气通道，增加烟道气体阻力，增加通风机的功耗，这些不利于锅炉的正常运行。然而,考虑到锅炉本身的效率,以及废热锅炉、冷凝锅炉和新型节能锅炉的推广使用情况,需要把后方锅炉排气温度控制在较低的温度范围内,因此,正确的烟气酸露点计算温度、锅炉排气温度的合理设计,对锅炉的使用经济性和运行的安全至关重要。

3实验设计

3.1实验材料准备

20以及ND钢的主要成分如表一所示。

表一20钢以及ND钢的化学成分对比

把这两种钢加工成4毫米x4毫米x4毫米的小立方体，当做工作电极使用。这个小正方体有六个面，其中一个是用铜导体焊接而成的，它与测量仪器相连。面部暴露于工作面，其余部分用环氧树脂密封。

3.2实验装置设计

这个实验使用不同的材料组成三电极系统，其中有工作电极，232型饱和甘汞电极为辅助电极，铂电极为参考电极，工作电极和参考电极使用盐桥连接。实验装置分别为测量仪器部分以及恒温加热部分，实验使用阴阳极极化交替进行，给定极化电位-10-到10mv，电化学实验的时间是100个周期，每周期300秒。实验的装置如图一所示。

图一实验装置图

3.3试验方法

用砂纸打磨样品表面，去除杂质，进行风干。实验方案采用纯硫酸、氯化钾和去离子水作为溶液，并将工作电极和辅助电极插入硫酸溶液中，将参考电极放入饱和氯化钾溶液中。实验结果表明，阳极极化电流和阴极极化电流的变化趋势趋于稳定。在此实验中，对各等级的腐蚀液进行了三次平行实验。将极化电阻、腐蚀电流密度和腐蚀速率作为三个实验结果的平均值。

4实验结果与分析

4.1硫酸浓度对腐蚀速率的影响

图二20钢腐蚀速率与硫酸浓度的关系

图二是20钢在不同浓度硫酸溶液室温下的腐蚀速率。可见:低浓度时，腐蚀作用轻微，当浓度增加时，腐蚀速率逐渐增加，当浓度达到45%时，腐蚀速率达到最大腐蚀速率，浓度增加，腐蚀速率快，浓度大于65%时，腐蚀率接近于零。其作用原理是低浓度、酸性溶液，随着酸浓度的增加也逐渐增强，产生氢去极化的效果，试样处于活性溶解和腐蚀速率上升的状态。当硫酸浓度达到45%时，试样表面开始形成氧化膜，浓度增加，氧化膜密度增加，防止纵向腐蚀硫酸对基体的腐蚀，使腐蚀速率急剧下降。

当浓度达到65%以上时，试件表面形成的氧化膜具有一定的厚度，使腐蚀速率非常小，实验材料的钝化点为65%。与以往的工作相比，不同含碳量的材料中硫酸的浓度不同。在氧化酸性溶液中，钢的含碳量影响渗碳体的量，影响钢的钝化率。

4.2温度对腐蚀速率的影响

图三20钢的腐蚀速率与硫酸浓度的关系（50%硫酸）

图三为不同温度下20钢的腐蚀速率曲线，硫酸浓度为50%。溶液浓度不变时,随着温度的增加,钢的腐蚀速度先增加后减少,在33度时达到最大值,腐蚀速率迅速下降,65度以上的温度,腐蚀速率逐渐上升,值是非常小的。因此，在低温区，20钢的腐蚀速率随温度的变化而变化。当温度大于65度时,温度对腐蚀速率的影响几乎可以忽略不计。工程实践表明,低温腐蚀区域主要集中在低温省煤器管水,氧气蒸发器侧弯头焊接的部分,这两个位置之间的工作温度通常是40到60度,实验结果是符合的。

5常用耐腐蚀材料

除燃料脱硫处理有效措施外，还可改善省煤器进气管壁温度，选择耐腐蚀材料省煤器，以改善排烟尾部的低温腐蚀问题。因此，尾加热面的耐蚀性也很重要。为了解决材料腐蚀问题，我们可以从三个方面入手:一是材料本身，即材料的合理选择，如提高金属纯度、添加合金元素或进行热处理;二是界面，包括表面处理和涂层技术;第三，环境方面，添加缓蚀剂和消除，减少机械和生物效应等。

6结束语

从实验中可以看出，在锅炉设备中，工作温度较高，硫酸浓度高的区域(如高温省煤器)可以采用20钢，也可达到节约成本的作用。较低的工作温度和较低的硫酸浓度(如低温省煤器、空气预热器等)是最好采用ND钢。当锅炉的普通燃料为一级劣质煤和二级劣质煤(含煤量高)时，首选材料为ND钢。

参考文献

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