燃氣熱水鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕問題及預(yù)防措施

田　龍

摘要：本文系統(tǒng)的闡述了燃氣熱水鍋爐產(chǎn)生低溫腐蝕的原因及其防治措施，旨在保證鍋爐高效運行，減少鍋爐檢修維護費用，延長鍋爐使用壽命。

關(guān)鍵字：燃氣熱水鍋爐；低溫腐蝕

隨著經(jīng)濟的發(fā)展及環(huán)保要求的提高，民用燃料逐漸被液化石油氣或天然氣替代。目前，我國北方地區(qū)常采用小型燃氣熱水鍋爐冬季供暖，但由于供暖周期長，鍋爐負荷在供暖期內(nèi)變化大。為了降低燃氣費用，大多數(shù)供暖企業(yè)在實際運行中都會采取鍋爐小負荷輸出、低溫供水的運行方式。由于排煙溫度較低，受熱面壁溫受鍋水溫度低的影響，造成受熱面壁溫比煙氣露點溫度低，產(chǎn)生大量的冷凝水，使尾部受熱面表面產(chǎn)生嚴重的腐蝕。我公司采用的2臺蒸汽式鍋爐，投運幾年來產(chǎn)生了不同程度的腐蝕問題，對鍋爐安全運行造成一定的影響。以下將簡單介紹造成鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕問題的原因及預(yù)防措施。

1造成鍋爐尾部受熱面的低溫腐蝕問題的原因

燃氣熱水鍋爐的腐蝕主要有低溫腐蝕和化學(xué)腐蝕兩種。與燃煤鍋爐的低溫腐蝕相似，燃氣鍋爐的低溫腐蝕也是由于酸性物質(zhì)引起的一種腐蝕。天然氣在燃燒過程中生成的二氧化碳(C+O2→CO2)，遇到冷凝水后水解成碳酸(CO2+H2O→H2CO3)，造成了鍋爐的低溫腐蝕。由于碳酸顯弱酸性且易揮發(fā)，所以燃氣熱水鍋爐的低溫腐蝕經(jīng)常被人們所忽略，而沒有引起足夠的重視。

化學(xué)腐蝕指的是鍋爐內(nèi)金屬表面與氧和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的腐蝕，這種腐蝕是活性鐵在氧的作用下與爐內(nèi)的冷凝水反應(yīng)生成氫氧化亞鐵〔2Fe+O2+2H2O→2Fe(OH)2〕，氫氧化亞鐵繼續(xù)與氧氣和水發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鐵〔4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3〕的過程。氫氧化亞鐵在酸堿性溶液中顯示不同的酸堿度，在堿性溶液中為顯酸性的亞鐵酸H2FeO2，在酸性物質(zhì)中為顯堿性的氫氧化亞鐵Fe(OH)2。由于冷凝水呈弱酸性，氫氧化亞鐵與冷凝水中的碳酸進一步反應(yīng)生成碳酸亞鐵〔Fe(OH)2+H2CO3→FeCO3+2H2O〕；碳酸亞鐵繼續(xù)與碳酸發(fā)生中和反應(yīng)生成重碳酸亞鐵〔Fe(OH)2+H2CO3→Fe(HCO3)2〕；最終碳酸亞鐵和重碳酸亞鐵與冷凝水中的溶解氧發(fā)生氧化-還原反應(yīng)生成氫氧化鐵并釋放出二氧化碳：

4Fe(CO)3+O2+6H2O→4Fe(OH)3+4CO2

4Fe(HCO3)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3+8CO2

如上述鐵的腐蝕過程中二氧化碳起了相當(dāng)大的作用，當(dāng)二氧化碳融于水變成碳酸后，碳酸經(jīng)過加熱變成蒸汽直接腐蝕金屬的表面使鍋爐產(chǎn)生低溫腐蝕，主要發(fā)生在氫氧化亞鐵對金屬表面的鈍化作用還沒有形成以前。隨著冷凝水中碳酸濃度的增加，氫氧化鐵的生成使鍋爐金屬表面產(chǎn)生了化學(xué)腐蝕，化學(xué)腐蝕可以發(fā)生在鍋爐使用以后的各個階段。如：在供暖期內(nèi)的備用鍋爐，這時鍋爐雖然沒有運行，爐內(nèi)既沒有燃燒產(chǎn)物也沒有酸性物質(zhì)的產(chǎn)生，但由于鍋爐在備用狀態(tài)時爐內(nèi)的水仍然參與循環(huán)，這時受熱面外表面溫度接近鍋爐系統(tǒng)的供水溫度，從燃燒器鼓風(fēng)機進口漏入爐膛內(nèi)的冷空氣與受熱面接觸后就產(chǎn)生了大量的冷凝水。冷凝水中的溶解氧和鐵表面發(fā)生氧化反應(yīng)直接生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵。氫氧化鐵是一種棕色膠性粘滑的沉淀物，隨著冷凝水中氫氧化鐵濃度的增加，它會粘在溫度較高的鍋爐受熱面上使其發(fā)生起皮和分層等苛性腐蝕，甚至使受熱面產(chǎn)生局部苛性脆化的嚴重后果。燃氣熱水鍋爐在停止運行時也會發(fā)生化學(xué)腐蝕，例如：在夏季高溫、高濕天氣，如果鍋爐內(nèi)存有水，鍋爐受熱面外表面與爐內(nèi)的存水溫度低于鍋爐房室內(nèi)溫度，當(dāng)含有大量水分、且溫度較高的空氣與鍋筒和煙管內(nèi)壁表面接觸后必然會產(chǎn)生大量的凝結(jié)水，造成與備用鍋爐的腐蝕過程相同的腐蝕過程。因此，鍋爐在停運期間也必須采取有效措施以防止腐蝕的發(fā)生。

2有效預(yù)防低溫腐蝕的措施

低溫腐蝕和化學(xué)腐蝕都是由于冷凝水的存在而產(chǎn)生的，因此，控制鍋爐冷凝水的生成是減輕燃氣熱水鍋爐產(chǎn)生腐蝕的關(guān)鍵。目前常采用以下幾個措施：

2.1 降低過量空氣系數(shù)

過量空氣系數(shù)的大小決定了煙氣中氧氣含量高低，過量空氣越大，煙氣中的游離氧分子越多。降低過量空氣系數(shù)，不僅能降低燃氣鍋爐的熱損失、提高熱效率，還能降低煙氣露點溫度，防止低溫腐蝕。因此，燃氣熱水鍋爐在投入使用前的調(diào)試過程中應(yīng)進行煙氣含氧量的檢測，將過量空氣系數(shù)控制在1.2以下，并在生產(chǎn)運行中特別是燃氣壓力波動或改變時經(jīng)常進行檢測和校驗，以達到控制煙氣中氧含量、降低爐內(nèi)金屬表面發(fā)生氧化反應(yīng)的目的。

2.2 減少鍋爐內(nèi)腔的空氣接觸

燃氣熱水鍋爐作為備用鍋爐停運時，燃燒器鼓風(fēng)機進風(fēng)口風(fēng)門擋板通常會停止在其停機時的打開位置，這時冷空氣會在煙囪的負壓作用下繼續(xù)在爐膛內(nèi)流動，使鍋爐受熱面上凝結(jié)出冷凝水，造成鍋爐的腐蝕。因此，鍋爐在按照實際運行需要改為備用爐時，操作人員應(yīng)在燃燒器停止運轉(zhuǎn)以后觀察其風(fēng)門擋板的位置，并通過給燃燒器程序控制器再一次供電的方法，使燃燒器風(fēng)門擋板復(fù)位后停止在全關(guān)閉的位置，通過減少進入鍋爐的空氣量以降低鍋爐內(nèi)冷凝水的產(chǎn)生。燃氣熱水鍋爐在夏季或長期停運時，除了將燃燒器鼓風(fēng)機進風(fēng)口擋板全關(guān)閉以外，還應(yīng)該將鍋爐的煙囪出口擋板關(guān)閉，如果能用適當(dāng)?shù)牟牧蠈⑦@兩個口密封，基本使爐膛與空氣隔絕，同時在爐膛內(nèi)投放足夠的干燥劑對鍋爐進行干法保養(yǎng)，這將有效地避免鍋爐在夏季由于冷凝水而產(chǎn)生的腐蝕。

2.3 適當(dāng)提高受熱面壁溫

帶尾部受熱面的燃氣鍋爐低溫腐蝕比較普遍，而且腐蝕程度嚴重，國內(nèi)在防止低溫腐蝕方面積累了一些經(jīng)驗和方法。要避免低溫腐蝕的產(chǎn)生，根本方法是使壁溫高于煙氣露點，一般為了安全，并考慮到負荷變化和壁溫不均，取壁溫比露點高5～10℃。由于鍋水溫度低于管壁溫度，而管壁溫度低于煙氣溫度，管壁溫度的提高與鍋水溫度、煙氣溫度有關(guān)，考慮到熱損失的制約，煙氣溫度的提高非常有限。在設(shè)計中合理選取排煙溫度，在運行中適當(dāng)控制煙溫，提高鍋水溫度成為一種有效辦法。

2.4 提高鍋爐出水溫度

當(dāng)供熱系統(tǒng)有多臺鍋爐并聯(lián)運行時,應(yīng)按照供暖溫度的要求,通過控制鍋爐運行數(shù)量的方法,使系統(tǒng)以盡可能少的鍋爐投入運行,運行的鍋爐應(yīng)設(shè)定至較高的鍋爐出水溫度,使鍋爐排煙溫度高于煙氣的露點溫度,減少鍋爐的低溫腐蝕。較高的鍋爐出水溫度使爐膛溫度顯著提高,天然氣燃燒生成的水能迅速變成水蒸氣后通過煙囪排除,避免了冷凝水的出現(xiàn)和化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生。

2.5 采用鍋爐出水和采暖用戶兩個溫度運行的方式

提高鍋爐的出水溫度是避免鍋爐產(chǎn)生腐蝕最直接有效的措施之一。在春、秋季節(jié)供給用戶低溫?zé)崴臼瑰仩t以較高出水溫度運行，按照供暖溫度要求隨時調(diào)節(jié)高溫出水供給用戶流量，使用戶端維持在另一個較低采暖水溫度的雙溫位運行方法。不僅可以滿足用戶的各種使用溫度要求，還能從根本上解決了燃氣熱水鍋爐普遍存在的低溫腐蝕問題。

2.6 使用添加劑

為防止燃氣熱水鍋爐尾部低溫腐蝕常使用各種添加劑，固體類如白云石、鋅粉和硅、硼等的氧化物；液體類如氯化鎂的水溶液；氣體類如氨氣等。但是即使同一種添加劑在不同條件下所得到的效果也不相同，這與添加劑的用量、加入方法、均勻分布程度等一系列因素有關(guān)。

參考文獻

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