电厂锅炉的金属受热面,在外部介质的化学和电化学作用下,被腐蚀损坏其中就包括省煤器管。根据腐蚀机理,电厂锅炉可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。锅炉受热面金属材料的腐蚀,主要是金属表面与周围介质,防腐涂料有效解决锅炉燃烧后的腐蚀难题,如煤燃烧后烟气中的二氧化硫、锅炉给水与炉水、空气、蒸汽和灰渣等,发生化学或电化学反应而导致的金属腐蚀破坏。
在锅炉运行过程当中,由于绝大多数燃料当中都会含有一定比例的硫,因此在燃料燃烧的过程当中难免产生含硫氧化物,而含硫氧化物在遇到水蒸气之后就会生成具有腐蚀性的酸性液体。当锅炉省煤器的金属表面温度低于液态硫酸液体汽化临界温度时,就会导致金属表面出现硫酸液滴。在很长一段时间里,由于省煤器出现酸性液体结露从而导致的金属壁腐蚀是一个非常常见的问题,这就导致在锅炉设计和运行过程当中必须要将排烟温度升高或选择使用导热性能很差的非金属材料(如搪瓷管)来尽可能的较少结露现象出现的可能性从而降低腐蚀现象出现的概率,可是一味的提升排烟温度则意味着需要浪费大量燃料,而且即便如此也没有办法完全解决这一问题。由于省煤器区域的烟气以及管壁温度相对不高低,因此在这里出现结露现象从而导致的腐蚀被称之为低温腐蚀。省煤器发生的低温腐蚀和金属壁温度以及烟气的结露温度有一定的关系。烟气结露温度主要取决于烟气当中硫酸气体的比例,而硫酸蒸汽的比例又是由SO3的含量所决定的。烟气当中的SO3比例和锅炉燃料的燃烧效果相关。在一般情况下,金属壁温度越高则腐蚀速率越高,金属壁温度不产生变化时,腐蚀速率随着液态硫酸数量以及硫酸液体浓度的上升而上升,而当凝结量达到一个临界点之后,则不再对腐蚀速率产生影响,硫酸液体浓度在56%时腐蚀速率达到最大值,而达到60%之后则不再对腐蚀速率产生明显影响。锅炉的日常运行过程当中,省煤器的腐蚀情况以及腐蚀速率的变化情况非常复杂,它取决于金属壁温度、硫酸凝结量与硫酸液体浓度这三个方面的关系,当三者的综合影响达到峰值时腐蚀速率达到最大值。
当省煤器尾部受热面金属壁温低于烟气露点时,烟气中含有硫酸酐的水蒸气在壁面凝结所造成的腐蚀就是低温腐蚀。
清洗省煤器有两种方式:高压水枪清洗和化学清洗是酸清洗,
省煤器(Economizer)就是锅炉尾部烟道中将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面,由于它吸收的低温烟气的热量,降低了烟气的排烟温度,节省了能源,提高了效率,所以称之为省煤器。省煤器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位。在化工生产中省煤器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。省煤器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即:间壁式、混合式和蓄热式。省煤器大部分应用在高温、有腐蚀的(PH偏高或是偏低)环境中,腐蚀结构现象非常严重。换热设备利用率的高低直接影响到炼油工艺的效率以及成本的费用问题。据统计省煤器在化工建设中约占投资的1/5。因此,省煤器的利用率及寿命是值得研究的重要问题。由省煤器的损坏原因来看,腐蚀是一个十分重要的原因,而且省煤器的腐蚀是大量的普遍存在的,能够解决好腐蚀问题,就等于解决了省煤器损坏的根本。
省煤器的腐蚀主要是指板片的腐蚀。均匀腐蚀和局部腐蚀是板式省煤器不锈钢板片腐蚀的两大类型。省煤器介质中的杂质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀。研究表明,工业水无论是淡水还是海水,都会有各种离子和溶解的氧气,其中氯离子和氧的浓度变化,对金属的腐蚀形状起重要作用。另外,金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。集中在金属表面个别小点上高层度较大的腐蚀称为孔蚀,或称小孔腐蚀、点蚀。在金属表面的缝隙和被覆盖的部位会产生剧烈的缝隙腐蚀。因此,管板与列管焊缝的腐蚀以孔蚀和缝隙腐蚀为主。从外观看,管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物,分布着大小不等泡。以海水为介质时,还会产生电偶腐蚀。“双金属腐蚀”也是管板腐蚀的一种常见现象。
省煤器腐蚀总结腐蚀种类:
常见的局部腐蚀有缝隙腐蚀、应力腐蚀和磨损腐蚀等类型。在周围介质的化学或电化学的作用下,并且经常是在和物理、机械或生物学因素的共同作用下金属产生的破坏,也即金属在它所处环境的作用下所产生破坏。
1、应力腐蚀、省煤器、热交换器产生应力腐蚀必须具备特定的腐蚀环境和足够大的拉伸应力。温度是引起应力腐蚀破裂的重要因素。温度愈高时引起腐蚀的Cl- 浓度越低,也就愈易发生应力腐蚀破裂。
2、电化学腐蚀、省煤器、热交换器电化学腐蚀是较为广泛的一种金属的腐蚀。当冷却水系统内部的金属长期处于水溶液中或潮湿的大气中,金属表面会形成一种微电池,也称腐蚀电池。阳极上发生氧化反应,使阳极发生溶解,阴极上发生还原反应。使得冷却水系统内金属腐蚀不断进行,进而威胁到系统的安全运行。
3、化学腐蚀、省煤器、热交换器化学腐蚀中温度对化学腐蚀影响甚大。钢铁在干燥空气中不易腐蚀,但在高温下易被氧化生成氧化皮,其渗碳体易发生脱碳反应,使钢铁的表面强度和疲劳极限降低。
4、生物腐蚀、省煤器、热交换器生物腐蚀主要是与冷却水系统的循环水等介质接触的金属表面上易引起生物腐蚀。生物腐蚀的原因是由于生物体会以农业生产体系缓蚀剂为食物,生物代谢产生酸,破坏金属耐腐蚀保护层,生物新陈代谢耗氧,造成金属表面O2 浓度不均而引起氧浓差腐蚀。
复合陶瓷高温防腐涂料,涂料耐温高,涂刷在省煤器、热交换器上,在高温下形成致密的陶瓷釉面,硬度可以达到7H,涂层光滑自洁,抗冲击,可以长期耐酸耐碱腐蚀,附着力强,防水防油,也可以耐住农业生产体系溶剂的腐蚀浸泡。在有一种防腐涂料,它能耐住强溶剂和混合溶剂的长期浸泡,能耐住浓硫酸、浓盐酸的氧化腐蚀,能耐住强酸的腐蚀,能耐住高温氯气的腐蚀,能耐住氢气腐蚀,能耐住高温海水腐蚀、能耐住在1000℃高温下防水防腐蚀,而且这种防腐涂料耐磨自洁性好,而且涂料涂层导热系数高,不影响热量的传递交换,这种防腐涂料可以堪称目前世界上较强的省煤器、热交换器上防腐涂料。
省煤器、热交换器除了用专用的ZS陶瓷防腐涂料减少腐蚀,延长使用寿命还可以通过其他方法解决:
①、降低介质的侵蚀性,可以通过除去介质中的溶解氧和氧化剂以控制应力腐蚀,降低介质中Cl- 的质量浓度,严格控制介质中硫的质量浓度也是控制应力腐蚀的有效措施。
②、完善省煤器结构构造,为避免残留液和沉积物的滞留,焊接时尽量采用双面对接焊和连续焊,避免搭接焊和点焊。在焊接工艺中应高标准填补焊丝, 以保证焊缝成型良好。
③、减小残余应力,根据实际经验,引起应力腐蚀破裂的应力主要是残余应力,而残余应力主要是由冷加工以及焊接引起的内应力所构成。对冷加工件和焊接件进行热处理,有助于消除残余应力,从而也有助于防止应力腐蚀的产生。常采用应力退火热处理消除残余应力或其他消除残余应力的方法,如水压试验、振动时效及锤击等。
④、电化学保护法,应力腐蚀断裂是应力作用下的阳极溶解过程。因此,可以采用电化学保护的方法控制。电化学保护方法不但可以防止应力腐蚀断裂, 而且在保护参数选用得当的条件下即使产生了裂纹仍可使其停止扩展。可采用牺牲阳极保护或表面喷涂耐蚀金属的方法。
⑤、加入缓蚀剂,缓蚀剂防止腐蚀不锈钢的应力腐蚀破裂发生在活化电位区,必须使用吸附型缓蚀剂对其覆盖。在金属表面形成致密吸附膜,舒缓了金属腐蚀过程。
清洗省煤器、热交换器,北京志盛威华防腐涂料相关人士建议,省煤器、热交换器清洗可采用循环清洗,通过泵把清洗液打入循环水系统内部进行循环,这种方式对板片结垢后的清洗效果较好。第二种是拆开清洗,如果省煤器通道被杂质堵塞时就只有拆开来逐个清洗。省煤器的清洗一般选用有较强的渗透、剥离、清洗和缓蚀能力的清洗药剂,进行了投运前的清洁处理,可使腐蚀事故大大减少。
锅炉省煤器结露、腐蚀的原因:
1.省煤器低温腐蚀的现象省煤器发生低温腐蚀时,表面覆盖着这些低温粘结灰及疏松的腐蚀产物,引起传热恶化,导致排烟温度升高,引风机电耗高,引起燃烧工况恶化。若腐蚀严重,省煤器泄露造成停炉。
2.腐蚀介质的来源和化学反应燃料当中的硫元素在经过燃烧形成SO2后,在氧气充足的情况下转化为SO3,而后与水蒸气结合形成H2SO4蒸汽。烟气当中水蒸汽的凝点受到水蒸气含量的影响,绝大多数情况下在30~60℃的范围内。可是,烟气当中H2SO4蒸汽凝点温度与水凝点比较起来相对较高,而且其凝点温度随着烟气当中H2SO4蒸汽的比例以及水蒸汽比例的上升而上升,即使仅仅只有少量SO3气体在烟气当中,酸性液体的凝点也会显著高于水蒸气。当金属壁表面的温度低于水蒸气凝点时,烟气中的SO2与凝结的水发生反应生成H2SO3。在于氧气接触的情况下很快行成H2SO4,而这同样也会在金属壁表面形成H2SO4溶液,
3.影响低温腐蚀的因素低温腐蚀的因素很多,如凝结酸的量和浓度、水露点、酸露点(烟气露点)、壁温等,它们之间的关系很复杂,所有量达到一定数值时,对壁面腐蚀最大。严重腐蚀则出现在金属壁温度低于露点30℃~120℃的范围以及金属壁温度低于水露点的区间当中。而在这两个区间当中,自水露点至120℃的金属壁温度范围当中,腐蚀程度较差。除此之外,自酸露点之下约30℃的金属壁温度范围当中,腐蚀程度也同样较差。
通过这一现象,我们可以得出以下三个结论:一是省煤器上的任何一点金属壁温度都有可能低于烟气露点。二是若省煤器上某一点的的金属壁温度低于烟气露点,只要该店温度高于烟气露点之下30℃,腐蚀反应也会很微弱若。三是若省煤器上某一点低于烟气露点以下30℃,只要该点温度处于水露点温度之上20℃~105℃的区间当中,腐蚀反应也较为微弱。
锅炉省煤器结露、腐蚀的具体因素和预防措施:
1.锅炉省煤器结露、腐蚀的因素:
①烟气露点烟气当中的硫酸蒸汽的凝液温度被称为酸露点。酸露点与腐蚀范围两者呈现正相关。酸露点随燃料中硫的含量提高而增大。一旦省煤器受热面壁温低于酸露点温度,低温腐蚀就形成了。
②烟气中SO3的含量在烟气当中SO3气体的比例将会对低温腐蚀产生直接的影响。影响S03生成量的因素有,过量空气系数、燃烧工况、燃烧方式。
③硫酸浓度、管壁上凝结的酸量以及管壁温度随着酸性液体的增加,腐蚀速度同步上升,可是当酸性液体数量达到某一临界点时,在此基础上增加的酸性液体不会对腐蚀速率产生影响;随着金属壁温度的上升,腐蚀速速率同步上升;硫酸浓度和腐蚀速率之间并不呈现正相关,在硫酸液体浓度较低的情况下,腐蚀速度与硫酸浓度成正比,而当硫酸浓度达到56%时,腐蚀速率达到峰值,在此基础上不论硫酸浓度怎样提升,腐蚀速度将不再出现重大变化并长期维持在一个很低的程度。这是由于当硫酸浓度超过56%时,将会与金属发生钝化反应,在金属表面形成致密氧化膜,从而导致腐蚀速率维持在一个较低水平。
2.锅炉省煤器结露、腐蚀的预防措施:
①提高省煤器受热面壁温,使壁温在酸露点以上为了提升锅炉工作的经济性,排烟温度应该控制在某一范围内。增加省煤器金属壁温度最常用的方法之一就是提升省煤器的进口水温。
②省煤器受热面采用耐腐蚀材料市场上的耐腐蚀材料很多,可以根据自己的需要加以选择。
③降低过量空气系数和减少漏风由于烟气当中含有大量的氧气,因此会导致生成大量的S03。采取降低过量空气系数以及降低漏风的手段可以提升锅炉的燃烧效率,但必须以确保燃料的完全燃烧为基本前提。
④采用降低露点或抑制腐蚀的添加剂(石灰石或白云石)在向燃料当中加入1添加剂直接向烟道当中吹入添加剂的过程中,添加剂先受热分解生成CaO,而后CaO与烟气中的SO3气体产生反应形成CaSO4,从而减轻腐蚀现象出现的可能性。
⑤可以加氨中和SO3,降低烟气露点由于在该温度下氨气仍处于气态,因此氨气的熵值较大,所以较容易在烟气当中发生扩散同时很容易发生化学反应。因此,只需要加入少量氨气就可以满足需求,而且将氨气注入设备的过程并不困难。可是在注入氨气时一定要确保注入位置正确,借此避免设备尾端局部受热从而导致积灰。由于氨在温度超过600℃的环境当中性质会叫不稳定,开始发生分解反映,而又必须在高于150℃的环境才能与S02发生反应,因此氨气喷射点的温度必须要控制在200-600℃的范围当中。除此之外,由于NH4HS04可水解,因此在金属壁温度高于凝点的情况能够对金属造成腐蚀。因此,如果选择使用加入氨中和S03的方法,应当加入过量氨气,尽可能避免生成NH4HS04。
⑥注意省煤器受热面的及时吹灰。