蘭炭尾氣鍋爐空預器泄漏原因分析及處理

楊栩灃，范洪武

（1.上海電力股份有限公司，上海 200245；2.上海電力股份有限公司羅涇燃機發電廠，上海 200949）

0 引 言

某蘭炭尾氣鍋爐為單鍋筒、集中下降管，自然循環II型布置的煤氣爐，緊身封閉布置。鍋爐前部為爐膛，四周布置膜式水冷壁。水平煙道裝設了兩級對流過熱器，轉向室內布置了蒸發器。爐頂、水平煙道兩側及轉向室設置頂棚管和包墻管。尾部布置單級省煤器及空氣預熱器，省煤器分2組，上組省煤器下方布置脫硝煙道，脫硝裝置下布置下組省煤器，后列煙道內布置2組空氣預熱器。鍋爐采用煤氣燃燒器，前墻3層布置，共9只。

鍋爐新建投產后近2個月即發現送風機出力明顯增大，檢查風道未發現明顯漏風現象，停爐后對空預器進行了檢查，發現空預器換熱管泄漏率達90%以上，換熱器搪瓷管無明顯的脫落，泄漏點為點狀腐蝕。

1 尾氣鍋爐參數及系統配置

1.1 鍋爐參數

最大連續蒸發量/（t·h-1） 265

過熱器出口額定蒸汽壓力/MPa 6.75

過熱器出口額定蒸汽溫度/℃ 540

凝結水回水溫度/℃ 60

鍋爐保證熱效率/% 90.2

給水溫度/℃ 135

排煙溫度/℃ 148.8

1.2 尾氣鍋爐燃料來源及參數

鍋爐的燃料為煤化工尾氣，尾氣氣質成分見表1。

表1 尾氣氣質成分Table 1 Gas composition of tail gas

尾氣主要雜質含量見表2。

表2 尾氣主要雜質含量Table 2 Table of main impurities in tail cas

1.3 煙風系統

送風系統配置2臺60%容量的送風機，引風系統配置2×65%出力配置的引風機。送風機進風口起經空預器、燃燒器送入鍋爐，引風系統從鍋爐尾部豎井煙道出口至引風機經過煙氣換熱器到煙囪。

1.4 空氣預熱器

（1）空氣預熱器采用管式結構，空氣預熱器換熱器為碳鋼鍍搪瓷。

（2）漏風系數應≤0.03。

（3）為保證空氣預熱器冬季運行安全，在送風風道上設置暖風器，暖風器采用汽包蒸汽加熱。

（4）吸收排煙余熱，提高鍋爐效率。裝了省煤器后，雖然排煙溫度可以降低很多，但電站鍋爐的給水溫度均＞200℃。故排煙溫度不可能降得更低，加裝一套空氣預熱器后通過冷介質吸收熱量，可以降低排煙溫度。

（5）提高空氣溫度，可以強化燃燒。空氣預熱器一方面使燃燒穩定降低機械未完全燃燒損失和化學未完全燃燒損失；另一方面利用余熱提高煤燃燒完全，減少過剩空氣量，升高燃燒室溫度，強化傳熱，從而達到充分燃燒利用熱能的效果。

1.5 鍋爐廢水摻燒系統

蘭炭尾氣管道在運行時存在含酚冷凝水析出的現象，含酚冷凝水在冬季時約400 t/d，夏季200 t/d，該部分含酚冷凝水需噴入鍋爐內進行燃燒，鍋爐燃燒的含酚冷凝水的水量按照12 t/h設計。

2 空預器檢查情況

停爐后對空預器進行檢查，空預器冷端和熱端均腐蝕在90%以上，在煙氣側管道腐蝕破損及煙氣中析出的酸性物質和灰塵及煤焦油形成的污垢如圖1所示。

圖1 換熱管腐蝕情況Fig.1 Corrosion of heat exchange tube

3 原因分析

3.1 鍋爐運行參數分析

通過歷史數據查詢，空預器進口煙氣溫度長期維持在130℃左右運行（最高157℃），出口溫度長期維持在90℃（最高117℃），對比鍋爐說明書中熱力計算書空預器入口煙溫184℃，出口煙溫136℃，分別有54℃和46℃的偏差。

由于上游蘭炭廠來氣品質的不穩定，尾氣的熱值低于設計值；另外，由于在冬季氣溫太低（-30℃），煙氣換熱器損壞不具備投運條件，給水溫度長期維持在138℃左右，低于設計值158℃，上述2個原因導致蘭炭尾氣鍋爐自運行以來爐膛出口煙溫長期維持在850℃左右，低于設計值1 041℃，煙氣運行到空預器段就出現了上述偏差。

3.2 搪瓷管腐蝕的一般原因

搪瓷管具有良好的耐腐蝕性，在這么短的時間內能夠造成管道腐蝕并形成泄漏可能的原因應該有：①管道涂燒搪瓷的工藝控制不到位，導致搪瓷與管道燒結的不夠緊致，造成大面積脫落；②空預器組裝穿管過程中，搪瓷管與端板隔板碰撞摩擦可能造成搪瓷出現微裂紋等缺陷；③尾氣及含酚廢水的燃燒產物中的某些物質可能對搪瓷產生影響。

3.3 空氣預熱器搪瓷管失效分析

（1）樣品背景資料描述。

搪瓷管材質：Q235，規格40 mm×1.5 mm，按UG0170《管式空氣預熱器技術條件》制造與驗收，要求搪瓷厚度300±20μm，表面質量符合要求，耐電壓試驗、耐腐蝕測試、粘合度測試合格。

下級省煤器及空預器段煙氣溫度低于酸露點，導致煙氣中酸性物質析出附著在空預器管壁上，造成空預器換熱管被大面積腐蝕。

（2）宏觀特征。

空氣預熱器搪瓷管試樣搪瓷均勻，無明顯色差，管壁外側有多處明顯圓形腐蝕凹坑，生成白色腐蝕產物，腐蝕凹坑處搪瓷剝落，部分已經貫穿管壁。將試樣管剖開明顯可見試樣內壁光滑，無明顯氧化腐蝕現象。

（3）試驗分析。

根據JY/T010-1996《分析型掃描電子顯微鏡方法通則》以及GB/T17359-2012《微束分析能譜法定量分析》對試樣進行分析，結果如下。

將試樣置于掃描電子顯微鏡下觀察，電鏡圖片明顯可見腐蝕形貌為均勻腐蝕，腐蝕產物呈塊狀脫落。采用能譜儀對腐蝕產物進行分析，分析可知腐蝕產物中含有O、Si、S、CI、Fe元素，其中含有S元素含有1.94%的Cl元素含有2.11%的腐蝕產物為S、Cl含量較高的鐵氧化物，只有極少量的Si，說明腐蝕主要為基體碳鋼材料、S、Cl元素主要造成基體碳鋼材料的腐蝕。

取腐蝕點表面灰白色沉積物按照DL/T 1151.15-2012處理樣品；再用儀器法和滴定法測定水溶性物質堿度、鈉離子及主要陰離子結果見表3。

表3 水溶性物質分析結果Table 3 Analysis results of water soluble substances

由水溶性物質分析結果表明：搪瓷管表面灰白色腐蝕產物中含有F離子為1.73%，Cl離子為4.83%，以及含有52.13%的硫酸根離子。搪瓷管具有較好的耐酸腐蝕性能，但搪瓷不耐氫氟酸及含有氟離子溶液的腐蝕。空氣預熱器煙氣環境中酸露形成的F離子對主要成分為Si02的搪瓷層形成腐蝕：4F-+Si02=SiF4+202-，搪瓷層表面產生全面均勻的腐蝕凹坑，搪瓷層遭到破壞后，酸露中的硫酸、鹽酸進一步腐蝕碳鋼基體，造成搪瓷管穿孔。

3.4 分析討論

由宏觀特征可知搪瓷管表面無機械損傷、裂紋等，表面可見明顯的圓點狀腐蝕凹坑，腐蝕失效由表向里，應為空氣預熱器中煙氣氣體產生的腐蝕。由掃描電鏡及能譜分析可知：試樣腐蝕形貌為均勻腐蝕，腐蝕產物呈塊狀脫落。腐蝕產物中含有O、Si、S、CI、Fe元素，其中含有1.94%S元素，2.11%Cl元素，水溶性物質分析中可知搪瓷管表面灰白色腐蝕產物中含有F離子為1.73%，Cl離子為4.83%以及含有52.13%的硫酸根離子。

鍋爐設計燃料為蘭炭尾氣，S、Cl、F等元素雜質含量較高，燃燒后生成有害氣體和煙氣中水蒸汽化合形成蒸汽，常含有一些腐蝕性氣體和腐蝕性物質，如硫的氧化物，釩的氧化物，硫酸鹽絡化物等，使煙氣露點溫度明顯升高，可達130～150℃。含有S、Cl、F元素蒸汽的煙氣經空氣預熱器管的低溫受熱面，受熱面搪瓷管壁溫低于硫酸蒸汽的露點時，在搪瓷管表面形成酸露。這些物質對搪瓷管空氣預熱器應用會產生強烈的腐蝕，嚴重時在很短的時間內會使搪瓷管空氣預熱器遭到損壞。當進入搪瓷管空氣預熱器的煙氣中含有二氧化硫時，其中一部分會轉化成三氧化硫，并與煙氣中的水蒸汽結合生成硫酸蒸汽，且能增加煙氣的露點溫度，在低溫金屬表面上凝結形成硫酸溶液，與堿性灰反應，也與金屬反應，因而產生腐蝕。

酸露中的F離子對主要成分為Si02的搪瓷層形成腐蝕：4F-+Si02=SiF4+202-，搪瓷層表面產生全面均勻的腐蝕凹坑，搪瓷層遭到破壞后，酸露中的硫酸、鹽酸等進一步腐蝕碳鋼基體，造成空氣預熱器搪瓷管穿孔失效。由于經常發生在搪瓷管空氣預熱器的低溫受熱面上，故稱低溫腐蝕。低溫腐蝕的特點是均勻性腐蝕，它使金屬壁厚度逐漸減薄以至破裂，對搪瓷管空氣預熱器的運行危害大。

4 結 論

煙氣中的S、C1、F等元素是腐蝕產生的直接原因。鍋爐煙氣中雜質含量較高，使煙氣露點溫度大為升高，在空氣預熱器搪瓷管的低溫受熱面表面形成酸露。酸露中的F離子對主要成分為Si02的搪瓷層形成腐蝕：4F-+Si02=SiF4+202-，搪瓷層表面產生全面均勻的腐蝕凹坑，較薄的搪瓷層（300 nm）遭到破壞后，酸露中的硫酸、鹽酸進一步腐蝕碳鋼基體，造成搪瓷管穿孔。

針對上述分析的原因，現場從提高空預器進出口煙溫和選用新材料，現場把搪瓷管更換為ND鋼管及空氣剩余系數的調整等3個方面進行處理。

（1）提高空預器進出口煙溫。

如果提高相關問題，鍋爐運行中會導致低溫段管壁溫度下降，煙氣側出現水蒸氣冷凝。壁溫低，則煙氣側水蒸汽易冷凝。根據現場實際參數，重新核算鍋爐的熱力計算數，對分別減少上級和下級省煤器，使得空預器入口煙溫和出口煙溫提高至185℃和150℃。

（2）選用新材料，現場把搪瓷管更換為ND鋼管將低溫段空氣預熱器管壁溫度提高到超過煙氣露點是不容易的，那將會給鍋爐帶來很大的熱損失，因此，要在排煙溫度合理的情況下，充分利用煙氣余熱，就需要采用防止低溫腐蝕的新材料。根據其它鍋爐的運行經驗，把換熱器的搪瓷管更換為ND鋼材質。

（3）空氣剩余系數的調整。

過氧量的存在是促成二氧化硫氧化成三氧化硫的基本條件，因此，調整空氣剩余系數，維持低氧燃燒是防止低溫腐蝕的有效措施。