首页 资讯 招标 项目 展会 更多

位置:首页 > 新闻频道 > 技术动态


工业锅炉低温腐蚀研究(安全)

2016-10-10 16:43:55 安装信息网

相关链接: 中国安全网 中国质量网 中国论文网 中国资讯网

工业锅炉低温腐蚀研究(安全)

                                    陆倩

            (江苏省特种设备安全监督检验研究院南通分院  南通  226001

摘要:随着锅炉节能要求日趋严格,锅炉排烟温度降低,尾部低温受热面腐蚀严重。本文通过理论公式计算,研究燃料类型、过量空气系数以及燃料含硫量对酸露点温度的影响,确定燃料含硫量对酸露点温度影响最为明显,硫元素含量下降2%,酸露点温度下降30'C以上。因此,燃料脱硫与防腐材料的合理利用,可以在保证合理的排烟温度和锅炉条件下,避免低温腐蚀发生。

关键词:低温腐蚀  酸露点燃料脱硫耐腐材料  中图分类号:X933.2   

文章编号:1673_257X(2016)06r0060_04    DOI:    10. 3969/j .issn .1673-257X. 2016. 06. 015

1  锅炉低温腐蚀问题

    GB/T 30579-2014《承压设备损伤模式识别》中定义烟气露点腐蚀,为燃料燃烧时燃料中的硫和氯类物质形成二氧化硫、三氧化硫和氯化氢,低温(露点及以下)遇水蒸气形成酸从而对金属造成的腐蚀。其损伤机理如下:

工业锅炉低温腐蚀研究(安全)545.png 

    稀硫酸蒸汽在锅炉尾部换热设备壁面温度低于露点温度时,会凝结在换热器壁面上产生酸腐蚀,主要发生在锅炉的省煤器、空气预热器、排风扇等低温受热面,表现为大面积的宽浅蚀坑,形态取决于硫燃烧后凝结时形成的酸性产物。此外,烟气中飞灰粘结在结露的受热面上和腐蚀剥落的铁锈粘附形成堵灰,堵塞了烟气通道,增加烟气阻力,进而加大引风机的电耗,不利于锅炉正常运行。

    然而,考虑到锅炉本身的运行效率,以及余热锅炉、冷凝锅炉等新型节能锅炉的推广使用,需要将锅炉尾部排烟温度控制在较低的温度范围内,因此,正确计算烟气的酸露点温度,设计合理的锅炉排烟温度,对锅炉运行时兼顾经济性与安全性至关重要。

2低温腐蚀露点理论计算

    锅炉低温腐蚀的酸露点研究方法较为多样,主要采用理论计算(公式法和图表法),由于工程经验不同,相关系数或者曲线形式也不尽相同,本文研究中主要运用实践多年的公式1973年苏联标准估算酸露点。

    计算锅炉酸露点前,首先需要确定水露点温度,即尾部烟气中水蒸气的冷凝温度,一般结合饱和蒸汽性质,通过水蒸气所占分压或者体积份额计算得出,本文通过计算烟气中各组分的组成,确定水蒸气体积份额,进而计算出锅炉烟气水露点温度:

  理论空气量:

工业锅炉低温腐蚀研究(安全)1071.png工业锅炉低温腐蚀研究(安全)1072.png 

3影响酸露点温度的主要因素

    针对目前南通市多台锅炉的实际运行状况,结合选定的酸露点估算方法,本文重点比较燃料类型、燃料含硫量、过量空气系数这三个重要因素对锅炉酸露点的影响,从而为锅炉使用单位推荐合理的排烟温度,保证锅炉安全的基础上高效运行。

3.1  燃料类型对酸露点的影响

    1是南通市常用三大类燃料——二类烟煤、柴油以及天然气中各类元素的质量组成及低热值:

工业锅炉低温腐蚀研究(安全)1263.png 

    根据TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》第二章第九条,排烟处过量空气系数如下要求:层燃燃煤工业锅炉过量空气系数不大于1.65,正(负)压燃油(气)锅炉过量空气系数则在1.151.25之间。因此比较不同燃料影响时,结合不同炉型设计特点,选取燃煤锅炉过量空气系数为1.65,燃油(气)锅炉过量空气系数为1.2,计算得到结果见表2

工业锅炉低温腐蚀研究(安全)1444.png工业锅炉低温腐蚀研究(安全)1445.png 

    比较计算结果发现,各类燃料中氢、硫元素含量明显不同,酸露点差距也较为明显,使用天然气作为燃料时,由于氢元素含量较高,烟气中水蒸气体积份额较大,水露点温度相对较高,达到56℃,但硫元素含量较低,且不受到灰分因素影响,因此最终天然气锅炉的酸露点低于燃煤与燃油锅炉,仅为75℃,说明在相近的排烟温度条件下,天然气锅炉受到低温腐蚀侵害较小。

3.2过量空气系数对酸露点的影响

    考虑锅炉的运行状态不同,分别按照过量空气系数1.31.61.92.2计算燃煤锅炉的酸露点温度,见表3

工业锅炉低温腐蚀研究(安全)1694.png    

随着过量空气系数增大,露点温度有所减低,当过量空气系数从1.3增加大2.2,水露点温度从43℃降低到34℃,酸露点温度从132℃降低到123℃,均降低9℃左右,见图2,与不同燃料酸露点温度差距达到60℃相比,过量空气系数对酸露点影响较小,且增大过量空气系数对锅炉运行效率将产生不利影响。

工业锅炉低温腐蚀研究(安全)1844.png 

3.3燃料含硫量的影响

    针对燃煤锅炉,按照表4调整碳元素、硫元素的比例,不考虑对燃料低热值的影响,过量空气系数仍然按照1.3计算,分析燃料中硫元素含量对于酸露点温度的影响(见表5)。

工业锅炉低温腐蚀研究(安全)1942.png工业锅炉低温腐蚀研究(安全)1943.png 

  计算结果表明,燃料中硫元素的含量是影响酸露点温度变化的关键,当燃料中硫元素含量从2.94%降低到0.94%,水露点温度基本保持在43℃左右,但酸露点温度却从146℃迅速降低到112℃,温度变化达到30℃,见图3,说明合理降低燃料的含硫量有利于降低酸露点温度,保证锅炉在较低的排烟温度条件下,仍能有效避免低温腐蚀问题。

工业锅炉低温腐蚀研究(安全)2106.png 

4常用耐腐蚀材料

    除了对燃料进行脱硫处理这项有效措施以外,此外还有提高省煤器入口管壁温度、选用耐腐蚀材料制作省煤器、增加中间联箱等方式,来改善排烟尾部的低温腐蚀问题。因此,尾部受热面的耐腐蚀研究同样重要。为解决材料腐蚀问题,可以从三个方面着手:1)材料本身,即合理选材,如提高金属纯度,添加合金元素或进行热处理;2)界面方面,包括表面处理及涂、镀层技术;3)环境方面,添加缓蚀剂及消除、减轻机械作用和生物作用等,图4是常用的耐腐蚀材料分类。

工业锅炉低温腐蚀研究(安全)2333.png 

    目前多数有色金属均已发展出相应的耐腐蚀合金材料,尤其是镍基合金和钛合金,适用于高温工作的易腐蚀区域,但这类金属合金价格较为高昂,大量应用于冷凝锅炉低温受热面将造成制造成本的大幅增长,而常用的低温受热面材料不锈钢与铸铝,前者导热系数较低,且不耐氯离子腐蚀,后者则需要采取一定表面处理工艺,耐磨性能相对较差。对金属材料无法同时满足导热佳、耐磨好以及经济性等低温受热面使用要求的现状,具有针对性的石墨非金属材料研究相应发展。    

石墨设备在氯碱、磷酸盐、氢氟酸、硫酸等化工工业中的优良防腐性能得到充分证明。常用人造石墨在隔绝空气焙烧保温石墨化处理过程中,有机物气态逸出,材料呈现多孔性能,无法满足容器使用要求,因此需要采取多遍树脂浸渍和固化工艺,填塞石墨孔隙,加工成新型浸渍不透性石墨,在提高材料力学强度的同时,仍保证石墨本身优良的导热性能(见表6)。

工业锅炉低温腐蚀研究(安全)2715.png 

    通过充分利用材料的耐腐蚀性能,将锅炉尾部排烟温度降低至酸露点温度以下,可以充分利用烟气排放的余热,提高工业锅炉的运行热效率。研究表明,采用石墨材料加装锅炉尾部低温受热面,将工业锅炉排烟温度降低至90℃以下,可以提高锅炉运行热效率80%l0%

5总结

    本文针对锅炉尾部低温受热面腐蚀问题,按照理论酸露点计算方法,比较燃料类型、过量空气系数以及燃料含硫量对酸露点温度的影响,并分析目前低温受热面材料的选取,得到以下结论:

    1)燃料种类不同,酸露点温度差异可以达到60℃,天然气锅炉与燃煤锅炉相比,由于燃料中氢元素含量较高、硫元素含量较低,水露点温度高而酸露点温度低。

    2)过量空气系数对酸露点温度影响较小,d1.3增加到2.2,露点温度仅降低9℃,且会反作用于锅炉运行效率。

    3)燃料中硫元素的含量明显酸露点温度变化,含硫量降低2%左右,酸露点温度下降超过30℃,因此采取燃料脱硫措施是降低酸露点,避免低温腐蚀的有效措施。

  4)通过选择合理的受热面耐蚀材料,可以在保证锅炉安全运行的基础上,通过降低排烟温度利用余热,提高锅炉运行效率。

关键字:

上一篇:公铁合建双层桥墩计算分析(交通)

下一篇:大跨PC连续梁桥荷载试验研究(交通)

行业资讯月点击排行

展会信息月点击排行

招商信息月点击排行

首页 资讯 招标 项目 展会
关于我们 | 广告服务 | 友情连接 | 联系我们
触屏版 电脑版
安装信息网 www.36qyk.cn.