点击下载——煤气锅炉空气预热器腐蚀原因及解决方案.doc

煤气锅炉空气预热器腐蚀原因及解决方案

王锐^①，刘启学，孙保顺

(河北邢台钢铁有限责任公司，河北 邢台 054027)

摘 要：结合对75t煤气锅炉低温段空气预热器的改造实例，阐述了煤气锅炉低温段空气预热器因锅炉负荷变化、掺烧焦炉煤气增大等因素而引起的低温段空气预热器低温腐蚀现象，分析了低温段空气预热器腐蚀损坏的原因并提出了相应的预防改进措施。

关 键 词：焦炉煤气；高炉煤气；煤气锅炉；空气预热器；低温腐蚀

1 概况

钢铁联合企业在生产钢铁产品的同时，也产生大量的副产品煤气，煤气是钢铁企业中最重要的二次能源，占企业总能耗的30%左右，如这部分煤气不加以回收利用，既增加了能源消耗又污染了环境。为此各钢铁厂都配套有容量不等的煤气锅炉。

75t煤气锅炉主要燃烧高炉煤气，可掺烧焦炉煤气、转炉煤气，点火采用二级点火方式，即先点燃焦炉煤气，燃烧稳定且炉膛温度较高后再送入高炉煤气、转炉煤气燃烧。

根据公司规划，二号开坯项目2011年投产，二号开坯使用焦炉煤气作为加热燃料，而公司2011年焦炉煤气并不富裕，故将一座焦炉改烧高炉煤气以置换出焦炉煤气。改造完成后会造成焦炉煤气富裕，并且在其它焦炉煤气用户检修时焦炉煤气仍将放散。为此2011年将75t锅炉进行了燃烧系统改造，将单台锅炉消耗焦炉煤气由2000m³/h提高到5000m³/h。将锅炉作为公司焦炉煤气的最大缓冲用户，并成为焦炉煤气平衡的最大支点。

75t锅炉改造建成运行一年后，发现75t锅炉煤气热风配比调整困难、锅炉鼓引风机负荷升高、排烟温度偏低及锅炉负荷难以调整等问题，对锅炉进行全面检查时，发现锅炉尾部受热面尤其是低温段空气预热器及后部烟道腐蚀严重。

由于锅炉在煤气平衡中的重要作用，负荷下降后减少了煤气平衡的缓冲量，造成焦炉煤气大量放散。这既造成了对环境的污染，又由于发电量减少而影响了经济效益。

2 低温段空气预热器腐蚀及危害

2．1 低温段空气预热器损坏现象

锅炉运行一段时间后，发现尾部排烟道有黄色有硫酸味的水流析出，同时热风配比调整困难、锅炉鼓引风机负荷升高、排烟温度偏低及锅炉负荷难以调整。停炉后检查发现低温段空气预热器下段冷风迎风面的管束破损严重，破损的管束约占总管束的30%左右，并且破损处的管束在管束的中上端。在破损周边有相当管束管壁变薄、穿孔等。空气预热器腐蚀情况见图1。

2．2 低温段空气预热器腐蚀

1)低温段空气预热器严重腐蚀，造成热风与烟气短路，大量空气直接串入烟气系统，导致排烟温度进一步降低，低温腐蚀进一步加剧；同时导致锅炉烧嘴热风减少，不能保证煤气完全燃烧，存在运行中锅炉灭火、尾部烟道二次燃烧、后烟道爆炸等安全隐患。

2)低温段空气预热器严重腐蚀，管束损坏，大量空气串入烟气系统，导致送风机、引风机超负荷，造成运行电耗浪费。同时煤气燃烧器热风不足也导致了锅炉无法满负荷运行。

3)锅炉后烟道严重腐蚀，壁板减薄强度降低，管道存在抽瘪安全隐患。

4)由于低温段空气预热器为积木结构，温和低温省煤器、高温空气预热器整体都在低温空气预热器箱体上承载，交换管束腐蚀，降低了空气预热器承载能力，存在后烟系统结构坍塌的安全隐患。

5)另一方面，由于锅炉负荷下降而减少焦炉煤气消耗量，打破了公司的煤气平衡，富裕的焦炉煤气由于没有用户而大量放散，污染环境。

2．3 低温段空气预热器腐蚀的原因

2．3．1 焦炉煤气特性

焦炉煤气是炼焦冶炼的副产品，其可燃成分主要为H₂(约占50%)，CH₄(约占27%)，N₂(约占10%)，以及少量的CO、H₂S。焦炉煤气在锅炉炉膛燃烧后生产的烟气主要成分为H₂O、CO₂、N₂及少量的SO_x。

2．3．2 低温段空气预热器腐蚀的原因分析

公司为实现各类富余煤气零放散，煤气锅炉是煤气平衡的最大缓冲用户，锅炉长期处于半负荷运行状态(见表1)，同时今年来公司区域焦炉煤气大量富裕，锅炉大量掺烧焦炉煤气，锅炉焦炉煤气最大掺烧量达5000m³/h，约占锅炉出力的40%以上。在设计工况下，燃烧产生的烟气通过烟囱排放到大气中，烟气中灰尘含量少，硫化物含量低，但由于焦炉煤气产生的烟气量小、水蒸气含量大，这使得排烟温度一直在120℃左右(见表2)，根据锅炉厂家提供资料，75t锅炉烟气的酸漏点在125℃左右，排烟温度低于烟气酸漏点，烟气中的水蒸气凝结成水与SO_x结合成酸，极易形成酸腐蚀，造成尾部受热面低温腐蚀。

另外，在金属表面还会形成许多微电池，其中铁是负极，焊渣等杂质为正极。

当硫酸蒸汽在预热器受热面上凝结后，则会发生腐蚀，随着腐蚀的进一步发展，它与受热面上的积灰形成了酸性粘结灰，由于其具有较强的粘结性，一旦形成，比较难以通过吹灰吹掉。在预热器的腐蚀过程中，首先低温段覆盖了粘结灰使受热面变得粗糙，而利于硫酸的凝结和腐蚀，随着腐蚀的加剧，将进一步向中温段蔓延，最终造成预热器堵灰腐蚀，而且大幅度降低其传热能力^[2]。

3 低温段空气预热器的改造方案

1)根据目前运行工况及原锅炉厂热力计算，减少低温段空气预热器的换热面积，使排烟温度提高到140～150℃，超过锅炉烟气酸露点(125℃)，可以有效降低低温空气预热器低温腐蚀。经初步热力计算，计划调整空气预热器受热面积，将低温段空气预热器管子规格均改为Ф51×2，在尽量不影响烟气及空气流速的前提下，将低温段空气预热器受热面积减少到1138m²。

2)考虑到锅炉存在低负荷运行工况，存在低温腐蚀，故改造时对空气预器重新进行设计，将空气预热器材料改为耐腐蚀性能较好的考登管(Corten钢又名耐候钢)。

3)考虑到低温段空气预热器的检修及更换，本次将低温段空气预热器管箱由原积木式结构改为由立柱支撑的结构。增加低温段空气预热器托梁及省煤器护板托梁。

4)针对锅炉作为煤气系统最终调节用户，负荷变化较大、长期低负荷运行的特点，为避免低负荷情况下，后烟系统排烟温度过低，在送风机出口风道与高温段空气预热器出口热风管道之间增加送风旁路，见图2。旁路采用电动调节蝶阀控制。

4 改造的效果及经济效益

4．1 改造效果

通过一系列的改造，效果明显，排烟温度提高到了140℃(见表3)，彻底消除了热风配比调整困难、锅炉鼓引风机负荷升高、排烟温度偏低及锅炉负荷难以调整等现象，并且在低温段空预器改造半年后，停炉检查空气预热器无腐蚀现象。

4．2 经济效益

改造后，提高了锅炉负荷，杜绝了煤气放散。若不进行改造，为防止空气预器进一步腐蚀并保证公司发电需求，锅炉只能燃用高炉煤气。由于75t锅炉配烧焦炉煤气在5000m³/h，故改造后可以减少5000m³/h的煤气放散。锅炉年作业率按90%，焦炉煤气按邢钢内部价格0．5元/m³计算，每年收益为：

5000×8760×90%×0．5=1971万元消除了风烟系统短路漏风现象，可降低鼓风机、引风机运行电耗损失10%，实施后节约用电22．5万kWh(0．565元/kWh)，降低运行费用12．7万元。

22．5×0．565=12．7(万元)

4．3 改造效果

通过改造，彻底消除了尾部烟道二次燃烧、后烟道爆炸等的安全隐患。

5 结束语

随着钢铁市场竞争的日益加剧，最大限度的降低成本已成为各钢铁企业提高市场竞争的重要手段之一。合理利用煤气，减少煤气放散，把全部煤气转换为电能，已成为钢铁企业降本增效的重要途径之一。而大多数钢铁企业自备电厂的电站锅炉都是煤气平衡的重要缓冲用户，锅炉负荷的大范围波动及频繁调整在所难免，而目前锅炉空气预热器设计简单，制造设计厂家未能充分考虑锅炉负荷的大范围变化和使用单位的恶劣环境等因素，使得锅炉适应不了实际情况，锅炉尾部受热面的低温腐蚀和积灰对锅炉正常工作影响很大，公司对75t锅炉空气预热器改造解决了低温段空气预热器腐蚀问题，消除了尾部烟道二次燃烧、后烟爆炸等的安全隐患，在钢铁企业值得借鉴和推广。

参 考 文 献：

[1]   王铁民，王涛，陈君素．锅炉空气预热器低温腐蚀原因分析与处理[J]．煤气与热力，2010(3)．

[2]   吉宪磊．锅炉低温腐蚀与治理[J]．西北电力技术，2004(3)．