高溫煙氣硫酸露點腐蝕與防護

時間：2023-12-28 09:49:19

鍋爐或加熱爐運行過程中，爐溫達1600℃上，燃料油在燃燒過程中生成高溫煙氣，高溫煙氣中含有一定量的SO2和SO3。在低溫部位，SO3與空氣或煙氣中的水分生成硫酸，在露點部位冷凝，產(chǎn)生硫酸腐蝕，這種現(xiàn)象稱為高溫煙氣硫酸露點腐蝕。硫酸露點腐蝕的程度不僅取決于燃料油中的硫含量，還受到SO2向SO3轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率以及煙氣中水含量的影響。其對設(shè)備腐蝕速率快，面積廣，給安全生產(chǎn)帶來了隱患。

1、腐蝕機理

燃料重油中通常含有2%～3%的硫及含硫化合物，燃料中的硫燃燒生成二氧化硫，在催化劑的作用下進一步氧化生成三氧化硫。三氧化硫與煙氣中的水蒸汽生成硫酸蒸汽。反應(yīng)式如下：

S+O2S→O2

SO2+O2→2SO3

SO3+H2O→H2SO4

干SO3對設(shè)備幾乎不發(fā)生腐蝕，但當它與煙氣中的蒸汽結(jié)合形成硫酸蒸氣時，卻大大提高了煙氣的露點，在裝置的露點部位發(fā)生凝結(jié)。硫酸有很強的腐蝕性，它與受熱面作用生成硫酸亞鐵（FeSO4），嚴重腐蝕設(shè)備。

2、高溫煙氣硫酸露點腐蝕與普通的硫酸腐蝕的區(qū)別

研究表明，兩者有本質(zhì)的區(qū)別。

（1）普通的硫酸腐蝕為硫酸與金屬表面的鐵反應(yīng)生成FeSO4。反應(yīng)式如下：

H2SO4+Fe→FeSO4+H2

（1）高溫煙氣硫酸露點腐蝕比較復(fù)雜。首先生成FeSO4，F(xiàn)eSO4在煙灰沉積物的催化作用下與煙氣中的SO2和O2進一步反應(yīng)生成Fe2（SO4）3，而Fe2（SO4）3對SO2向SO3的轉(zhuǎn)化過程有催化作用。當pH值低于3時，F(xiàn)e2（SO4）3本身也將對金屬腐蝕生成FeSO4，形成FeSO4，F(xiàn)e2（SO4）3，F(xiàn)eSO4的腐蝕循環(huán)，大大加快了腐蝕的進程。反應(yīng)式如下：

H2SO4+Fe→FeSO4+H2

FeSO4+SO2+O2→Fe2（SO4）3

SO2+O2→SO3

pH值<3時，fe2（so4）3+fe→feso4>據(jù)報道：用普通碳鋼制成的設(shè)備，國內(nèi)腐蝕穿孔的更短時間為12天。

3、腐蝕部位

（1）空氣預(yù)熱器和煙道

由于空氣預(yù)熱器中空氣的溫度較低，預(yù)熱器區(qū)段的煙氣溫度不高，壁溫常低于煙氣露點，這樣硫酸蒸汽就會凝結(jié)在空氣預(yù)熱器受熱面上，造成硫酸腐蝕。

（2）廢熱鍋爐的省煤器及管道

當燃料中含硫量較高、過剩空氣系數(shù)較大，煙氣中SO3含量較高，露點升高，并且給水溫度較低時，省煤器及管道也有可能發(fā)生低溫腐蝕。

4、預(yù)防措施

為預(yù)防硫酸露點腐蝕，可采用下列技術(shù)措施：

（1）提高空氣預(yù)熱器管壁溫度，使壁溫高于煙氣露點

由于煙氣在露點以上基本不存在硫酸露點腐蝕的問題，因此可以通過提高排煙溫度達到防腐蝕的目的。如：提高排煙溫度、開熱風(fēng)再循環(huán)、加暖風(fēng)器提高空氣預(yù)熱器入口溫度等。但大量高溫煙氣排放掉，造成能量的浪費。此法的優(yōu)點是簡便易行，缺點是鍋爐效率降低。

（2）減少SO3的生成量

①采用低氧燃燒，減少煙氣中的過剩氧，阻止和減少SO2轉(zhuǎn)變?yōu)镾O3。低氧燃燒可以降低引、送風(fēng)機電耗，是一項經(jīng)濟價值很高和很有發(fā)展前途的技術(shù)措施，但要求鍋爐具有完善的燃燒設(shè)備和燃燒檢測儀表，并對操作人員整體素質(zhì)要求較高。

②在煙氣中加入添加劑，中和SO3，阻止硫酸蒸汽的產(chǎn)生。此法的優(yōu)點是不降低鍋爐效率，缺點是增加運行成本，還要清除中和生成的產(chǎn)物。

（3）采用耐腐蝕的材料

① 采用耐硫酸露點腐蝕鋼

國內(nèi)90年代開發(fā)的ND鋼中加入了微量元素Cu，Sb和Cr，采用特殊的冶煉和軋制工藝，保證其表面能形成一層富含Cu，Sb的合金層。當ND鋼處于硫酸露點條件下，其表面極易形成一層致密的含Cu，Sb和Cr的鈍化薄膜。這層鈍化膜是硫酸腐蝕的反應(yīng)物，隨著反應(yīng)生成物的積累，陽極電位逐漸上升，很快就使陽極鈍化，ND鋼完全進入鈍化區(qū)。該鋼種已在幾家煉油廠的加熱爐系統(tǒng)應(yīng)用，取得了較好的效果。

日本的JNS耐硫酸露點腐蝕鋼板，既耐硫酸露點腐蝕，又耐大氣腐蝕，經(jīng)常用于火力電站的脫硫上。

② 采用耐蝕燒結(jié)合金涂層

該涂層采用超合金耐蝕合金化原理，經(jīng)特殊工藝制備而得。其更高使用溫度在600℃左右（短時使用800℃），導(dǎo)熱性能卓越，與基體結(jié)合緊密，并且熱膨脹性能與鋼鐵基材匹配好。工業(yè)應(yīng)用表明，其耐硫酸露點腐蝕效果明顯。

③ 采用玻璃管、搪瓷管或用陶瓷材料制造冷端

空氣預(yù)熱器。該方法防腐效果好，不降低鍋爐效率，但漏風(fēng)系數(shù)大。

采用耐腐蝕的材料預(yù)防硫酸露點腐蝕，效果明顯，但成本高。