談銅冶煉廠余熱鍋爐腐蝕及控制措施

翁寒波

摘 要：采用余熱鍋爐可以減少冶煉行業生產中的能源消耗，在實際工作中，余熱鍋爐會利用冶煉產生的廢氣、廢液等可燃物質加熱鍋爐中的水，然后再將產生的熱水和蒸汽可以用于其他工業生產環節。需要注意的是，余熱鍋爐經過長時間使用后會出現一定程度的腐蝕狀況，如果不能對鍋爐腐蝕進行有效控制，必然會導致余熱鍋爐的使用效率和安全受到消極影響。因此，本文將對余熱鍋爐的腐蝕機理進行具體分析，并針對性提出避免腐蝕的相應措施，以求為銅冶煉行業的發展提供借鑒。

關鍵詞：銅冶煉；余熱鍋爐；腐蝕；控制措施

引言

常見的余熱鍋爐有燃油鍋爐、燃氣鍋爐、燃煤鍋爐等。關于余熱鍋爐在我國的應用，最早的記錄見于1993年的銅陵金昌冶煉廠；在冶銅設備上加裝余熱鍋爐后，該冶煉廠實現了產能和資源利用方面的雙重優化。余熱鍋爐在工業生產中的重要性不言而喻，為了確保冶煉生產的穩定進行，相關生產單位應必須對余熱鍋爐腐蝕機制的認識，并在此基礎上完善控制措施構建。

一、腐蝕產生的原因及機理

冶煉設備在生產過程中會面對煙氣、積塵、積垢等不良因素的影響，從而產生設備腐蝕等故障。基于維持設備設用效率，延長設備使用壽命的現實需要，以下將對銅冶煉生產過程中常見的腐蝕機理進行具體分析。

1.露點腐蝕

關于余熱鍋爐腐蝕及其控制的研究必須建立在充分了解設備運轉環境的基礎上。受生產工藝的影響，銅冶煉過程中會產生大量硫化物。正如應用廣泛的火法銅冶煉系統的入爐原料中便含有超過百分之二十的硫，所以在處理冶銅產出的工藝煙氣時，冶煉廠往往會選擇利用其制酸。在制酸系統工作的同時，一部分二氧化硫會轉化為硫酸蒸汽，硫酸蒸汽觸碰到管壁后降溫凝凝結成硫酸溶液，盡管硫酸溶液總量不多，但在日積月累的影響下，鍋爐管壁和膜式壁會逐漸受到腐蝕，從而變薄、變脆，最終影響余熱鍋爐的安全運轉。根據這種腐蝕的發生特性，人們習慣稱其為“低溫腐蝕”。

2.氧腐蝕

氧腐蝕在金屬冶煉生產行業中極為常見，氧腐蝕被定義為電化學腐蝕，這是因為金屬暴露在潮濕的空氣中時，將會和氧氣發生反應。在反應過程中，氧和鐵在潮濕環境中充當電極，共同構成腐蝕原電池。在氧和鐵構成的電池中，鐵的電位比氧低，所以鐵作為陽極游離帖子里被陰極吸收，從而在金屬表面形成各類氧化物。該現象的化學方程式為Fe→Fe2++2e；O2+2H2O+4e→4OH-。經過氧氣腐蝕后的金屬氧化物會呈現出裸露、疏松的特點，而且這種腐蝕狀況極容易擴散，稍不注意便會造加劇管道的腐蝕問題。

3.酸性腐蝕

礦物加工后排出的廢棄多呈酸性，余熱鍋爐對其進行處理時不免會受到腐蝕。當酸性物質接觸金屬壁后，酸性物質中的氫離子會產生去極化作用，即2H++2e→H2，而且酸性物質會破壞金屬管壁表面的保護膜。另外，潮濕環境下的氧鐵反應會加劇酸性物質的腐蝕。事實上，鍋爐正常運轉狀況下不會直接受到酸性物質的腐蝕，因為鍋爐中的水基本呈弱堿性，不會腐蝕保護膜下的管壁。然而不能忽略的是，余熱鍋爐中不能消耗的蒸汽會與冶煉產生的酸性廢氣結合，滲入循環水管道等鍋爐構件。當酸性液體產生后，循環水管道將首當其沖受到影響。

二、腐蝕預防措施

1.露點腐蝕的計算

在正確認識余熱鍋爐腐蝕機理的前提下，還要對各種腐蝕性因素進行深入研究，如此才能制定出科學、高效的腐蝕預防措施。對于腐蝕露點的計算，應掌握余熱鍋爐中的煙氣成分應在充分掌握煙氣成分的前提下展開。

1.1.三氧化硫轉化率的確定

二氧化硫轉化成三氧化硫的過程比較復雜，而且可以發生的設備部位眾多。一般來說，二氧化硫的產生與冶煉生產活動有直接關系，但是在煙道、電收吸塵器也會有部分二氧化硫存在。二氧化硫向三氧化硫轉換的關鍵是原子氧，二氧化硫吸收活性大的氧原子后便轉化為三氧化硫。當然，轉化是雙向的，在高溫輻射的環境下，三氧化硫的氧原子也會分離，然而形成二氧化硫。

關于三氧化硫的轉化，可以從相關資料中得出以下認識。恒定壓力下，低溫條件下的三氧化硫轉化比較活躍，當溫度達到1000攝氏度左右時，三氧化硫的轉化保持在極低水平。不過在實際生產環節中，三氧化硫的轉化會受多種因素的影響。所以在制定放腐蝕措施時，應分析煙氣是否含砷、水等。

二氧化硫向三氧化硫的轉換需要催化，工業煙氣中的常見成分中恰好含有二氧化硅、砷的氧化物等催化劑。依照研究圖標的顯示，催化劑效用最佳的溫度范圍是500℃～800℃。另外，灰塵的存在會對三氧化硫的形成產生促進作用。結合專業計算方法，可以測得生產實踐中的二氧化硫轉化率為5%～9%，出于生產安全方面的要求，計算結束后取值應取最大值。

1.2.硫酸蒸汽的酸露點溫度的計算

含硫氣體和水蒸氣結合生成硫酸蒸汽，當管壁溫度降低，硫酸蒸汽便凝結依附，開始腐蝕保護膜和管壁。由此可以認識到，硫酸蒸汽是否可以腐蝕管壁，直接影響因素是管壁溫度。人們習慣把硫酸蒸汽凝結的最低溫度成為酸露點溫度，影響酸露點數值的因素有煙氣水含量、三氧化硫濃度等，具體計算公式如下：

C=98×VSO3/（80×VSO3+18×VH2O）（1）

VSO3=K×VSO2（2）

1.3.查出酸露點溫度。

不同余熱鍋爐的酸露點溫度存在差異，常見的艾薩余熱鍋爐露點腐蝕溫度為228℃；轉爐余熱鍋爐露點腐蝕溫度為205℃。

2.氧腐蝕的預防

長期使用后的余熱鍋爐中可能會產生銹蝕問題，銹蝕指的是金屬表面出現疏松混合物質，外形特征類同于鐵銹，主要成分為Fe（OH）3和Fe3O4等氧化產物。這種狀況的產生可以歸咎氧腐蝕，氧腐蝕出現在余熱鍋爐中是因為熱力除氧器的實際工作效率沒有達到設計要求；除此以外，水質監控的缺失也是氧腐蝕產生的重要原因，盡管當前使用的鍋爐設備中基本都會按GB12145進行水質控制，但是管理不善導致的測量問題給氧腐蝕創造了可乘之機。所以對氧腐蝕的預防，應從監控水質和確保除氧器正常運行入手。采用合適材料強化保溫層性能，減少鍋爐管道與氧氣的接觸，減少鍋爐管道中的水蒸氣含量，可以通過以下措施實現：

堿性物質對鍋爐管道可以起到鈍化作用，當酸性化合物腐蝕保護膜時，堿性物質會先發生反應，產生鈍化保護膜。為了加強鈍化效果，條件允許的情況下可以直接噴灑堿性化合物，加快鈍化保護膜形成效率，進而達到隔絕腐蝕因素對管壁影響的目的。

3.酸腐蝕的預防

酸腐蝕控制的根本措施在于降低酸性氣體和水蒸氣的結合效率。在實際生產過程中，可以采取以下方法：優化生產技藝，提高鍋爐蒸汽使用及排空效率；加強生產設備密閉性，減少轉爐吹煉過程中的煙氣排放；減少管道中的水蒸氣含量，采取加裝防雨設施，杜絕蒸汽凝結水與鍋爐管道直接接觸。

三、結束語

腐蝕問題的存在會直接影響余熱鍋爐的運行效率，嚴重情況下甚至會對生產安全造成威脅。對于余熱鍋爐腐蝕問題，相關生產單位必須引起重視，在充分了解腐蝕機理的情況下結合實際生產狀況調整腐蝕控制措施，以求提高生產效率和生產安全系數，推動冶煉行業的持續健康發展。

參考文獻

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