燃气锅炉尾部受热面低温腐蚀的原因与解决措施

燃气锅炉尾部受热面低温腐蚀的原因与解决措施

莫训湖

桂林新奥燃气有限公司 广西桂林 541002

摘要：为了做好燃气锅炉的节能工作，目前常用的措施是在燃气锅炉尾部安装节能器、冷凝器，但是在这些尾部受热面管壁上产生的冷凝水容易导致低温腐蚀，通过分析燃气锅炉尾部受热面低温腐蚀的原因，提出防止低温腐蚀的解决措施。 关键词：燃气锅炉；尾部受热面；冷凝水；低温腐蚀；解决措施

1. 前言

2013年9月10日，国务院发布《大气污染防治行动方案》（“大气十条”），明确提出五年内全国空气质量总体改善，大幅减少重污染天气；京津冀、长三角、珠三角等区域细颗粒物浓度分别下降25%、20%、15%左右。2017年，政府工作报告提出打赢“蓝天保卫战”，加快解决燃煤污染问题。天然气作为相对高效的清洁能源，受到政府和市场的青睐，“煤改气”作为改善空气质量的重要措施之一，得到大范围的推广。随着“煤改气”工作的推进，我国的燃气锅炉使用数量越来越多，由于燃气成本较高，各使用单位都选用热效率较高的冷凝式燃气锅炉。减少燃气锅炉的热损失，提高燃气的利用率，回收排烟余热，降低排烟温度是提高燃气锅炉热效率的重要措施之一^[1]。因此，锅炉尾部一般配置节能器和冷凝器。本文介绍了燃气锅炉节能器和冷凝器产生低温腐蚀的原因，作者根据其实践经验，并通过查阅相关文献，从设计和运行两个方面，提出了具体的解决措施。

2.产生低温腐蚀的原因

燃气锅炉排烟热损失的决定因素为排烟温度，排烟热损失是锅炉总热损失的主要部分。一般排烟温度每升高12℃-15℃，排烟热损失就将增加1%左右。因此减少燃气锅炉的热损失，提高燃气的利用率，回收排烟余热，降低排烟温度是提高燃气锅炉热效率的重要措施，当燃气排烟温度低于烟气露点后容易产生冷凝水。烟气中的硫氧化物溶于冷凝水中呈现酸性，如经实测烟气冷凝水的ph值在4-6之间。湿度指的是烟气中水蒸气含量的多少，水蒸气含量越高，湿度就越大；绝对湿度指的是烟气中水蒸气的密度，基于烟气中水蒸气密度的测量方式困难，常用烟气中水蒸气的压强来表示绝对湿度；相对湿度是指在某一温度下，烟气的绝对湿度与该温度下水蒸气饱和气压的比值。露点指的是烟气中未饱和水汽转换成饱和水蒸气的湿度。节能器和冷凝器外管壁上产生的冷凝水即是在露点以下产生的。

燃气锅炉中烟气中的水蒸气的含量远高于空气中的含量，蒸汽露点的范围在30℃至60℃之间。当烟气中的水分特别大时，在尾部受热面上更容易产生冷凝水，城市燃气中含有硫化氢会使烟气露点温度升高，温度继续升高后容易产生结露现象，产生的冷凝水会顺着水平或竖直烟道回流，在最低处存积，使得燃气锅炉烟气节能器和冷凝器发生腐蚀。

低温腐蚀主要是由于燃气中含有硫化氢造成的。硫燃烧后生成二氧化硫，在空气充足情况下，并在高温及催化剂影响下，一部分二氧化硫可以进一步氧化成三氧化硫。当排烟温度低于一定值时，就会和烟气中的水蒸汽结合生成亚硫酸和硫酸。烟气中含硫酸蒸气就会使露点升高。而当管壁温度低于它们的露点时，硫酸蒸气就凝结在管壁上，造成金属腐蚀^[2]。

锅炉过剩空气系数俞大，即燃烧时风量愈多，则生成的三氧化硫也俞多，故使露点升高。如当过剩空气系数由1.05提高到1.2，露点可从117℃上升到153℃。

炉膛温度俞高，生成三氧化硫的数量就愈多。

冷凝水为亚硫酸和硫酸稀溶液，将加速节能器和冷凝器的腐蚀。严重的情况下，会引起节能器和冷凝器穿孔，造成事故。如一台2吨/时（WNS2-1.25-Q）燃气锅炉，其节能器和冷凝器采用的材料是20#碳钢材质钢管，在运行2年左右的时间，即发现节能器穿孔，被迫停炉检修。

3.燃气锅炉节能器和冷凝器防止低温腐蚀的措施

通过对燃气锅炉节能器和冷凝器中冷凝水的产生机理以及腐蚀原因的分析，作者基于多年工作经验，并通过查阅文献，提出了以下几条防止低温腐蚀的措施：

1. 更换尾部换热器换热管的材质。常用的换热器材质主要是碳钢，虽然价格便宜，但是耐腐蚀性较差。为了防止或者减缓腐蚀，延长使用寿命，可以换用耐腐蚀的ND钢、304或316L不锈钢换热器，搪瓷玻璃管空气预热器，实现对烟气余热回收。

2. 管外壁表面防腐处理。对管外壁进行涂覆防腐蚀层，进行表面防腐处理，主要采取的办法有钝化、电镀、化学镀、聚合物涂层等。从防腐效果及经济性方面综合考虑，最适宜的方法就是化学镀方法。

3. 运行上，加强对燃烧器的维护，控制过量空气系数在1.05-1.1之间，降低烟气中三氧化硫含量，从而降低烟气露点。

4. 避免长期低负荷运行，适当提高排烟温度，使得吸热管壁温度处在合理水平，避免冷凝水的大量产生，防止或者减缓腐蚀。

5. 在尾部受热面设置合理排冷凝水装置，并经常清理疏通，避免冷凝水沉积。如作者单位的1台燃气锅炉节能器排冷凝水装置由于厂家设计太小（DN15）且有3个弯头，在日常运行中容易堵塞，造成冷凝水从烟管法兰接口处渗漏。在停机检修时，经把排冷凝水改为DN32，去掉弯头，排冷凝水管中间采用胶管连接，便于日常取下检查和清理疏通，实践证明，改造获得良好效果。

4.结束语

本文通过对燃气锅炉烟气节能器中冷凝水产生的原因及成分分析，研究了燃气锅炉烟气节能器的腐蚀机理，结合作者实践经验和查阅相关文献，从设计和运行上提出了针对性的措施：一是更换尾部换热器换热管的材质。二是管外壁表面防腐处理。三、运行上，加强对燃烧器的维护，控制过量空气系数在1.05-1.1之间，降低烟气中三氧化硫含量，从而降低烟气露点。四、避免长期低负荷运行，适当提高排烟温度，使得吸热管壁温度处在合理水平，避免冷凝水的大量产生，防止或者减缓腐蚀。五、在尾部受热面设置合理排冷凝水装置，并经常清理疏通，避免冷凝水沉积。

参考文献：

[1]刘武标，陈鹏飞.燃气锅炉尾部烟气余热回收冷凝型节能器的实验研究[J].工业锅炉，2007

[2]冯维君.《燃油燃气锅炉运行与管理》 ，1998