楊凱軍

（河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗研究院唐山分院，河北 唐山 063000）

1 前言

在當(dāng)前時代發(fā)展背景下，能源領(lǐng)域當(dāng)中，可再生能源中生物質(zhì)屬于其中的一種，針對生物質(zhì)的能源開發(fā)與利用，是對當(dāng)前社會經(jīng)濟生產(chǎn)企業(yè)社會發(fā)展過程中存在的能源及環(huán)境問題進行改善以及解決的有效途徑之一。生物質(zhì)能源可以在發(fā)電工作中進行應(yīng)用，在發(fā)揮作用時主要是通過生物質(zhì)鍋爐來完成的。對于生物質(zhì)鍋爐來講，在實際運行過程中會存在許多的問題，導(dǎo)致生物質(zhì)鍋爐本身的運行效率以及運行能力受到影響，在本文所論述內(nèi)容當(dāng)中，就主要是針對生物質(zhì)鍋爐所出現(xiàn)的低溫腐蝕問題進行研究，并提出相應(yīng)的解決對策，使生物質(zhì)鍋爐連續(xù)運行能力得到提升。

2 生物質(zhì)鍋爐低溫腐蝕問題發(fā)生機理

生物質(zhì)鍋爐低溫腐蝕問題發(fā)生機理主要有鍋爐內(nèi)部硫酸形成及對鍋爐金屬的腐蝕、生物質(zhì)鍋爐低溫腐蝕及堵灰的發(fā)生機理。

1）鍋爐內(nèi)部硫酸形成及對鍋爐金屬的腐蝕。對于生物質(zhì)鍋爐來講，在實際應(yīng)用過程中，內(nèi)部燃燒的生物質(zhì)燃料平均含硫濃度為0.38%左右這些硫元素在燃料當(dāng)中被燃燒之后會形成二氧化硫，而二氧化硫在一定條件下會與氧氣產(chǎn)生進一步接觸，從而形成三氧化硫氣體。三氧化硫氣體并不是最終產(chǎn)物，還會與水蒸氣進行進一步結(jié)合，最終形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽本身的凝結(jié)露點溫度是110～160℃之間，或者是比該溫度范圍更高。對于生物質(zhì)鍋爐來講，內(nèi)部硫酸蒸氣的露點溫度越高，那么在生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)生煙氣當(dāng)中含酸量就會越大，從而導(dǎo)致的腐蝕堵灰問題也就會越發(fā)的嚴(yán)重。當(dāng)生物質(zhì)鍋爐的空氣預(yù)熱器管壁溫度比硫酸的露點低時，硫酸蒸汽就會在管壁上凝結(jié)，然后對管壁產(chǎn)生腐蝕作用，因為這種現(xiàn)象是在生物質(zhì)鍋爐的尾部受熱面所產(chǎn)生的，而生物質(zhì)鍋爐本身尾部受熱面區(qū)域內(nèi)的煙氣以及管壁溫度相比較與硫酸整體來講都比較低，所以這種現(xiàn)象也被稱之為低溫腐蝕，這就是生物質(zhì)鍋爐低溫腐蝕問題的發(fā)生機理。對于生物質(zhì)鍋爐來講，被腐蝕過程中金屬壁面的腐蝕程度是與硫酸凝結(jié)量有直接聯(lián)系的同時，硫酸濃度的大小和金屬壁面溫度的高低也會對輔食進度造成影響。在生物質(zhì)鍋爐壁面上附著的硫酸像一層膠膜，一方面會粘貼在管壁上進行輔食，另一方面又會使生殖鍋爐內(nèi)部的煙灰被不斷吸附，然后形成硫酸鹽鈣化物質(zhì)并且逐漸增厚，最終使生物質(zhì)鍋爐的煙道出現(xiàn)堵塞。

2）生物質(zhì)鍋爐低溫腐蝕及堵灰的發(fā)生機理。對于生物質(zhì)鍋爐來講，出現(xiàn)低溫腐蝕現(xiàn)象最嚴(yán)重的區(qū)域就是過路內(nèi)部空氣預(yù)熱器的冷端，而低溫腐蝕發(fā)生時，主要包括兩種分別是化學(xué)腐蝕以及電化學(xué)腐蝕。在低溫狀態(tài)下，生物質(zhì)鍋爐的受熱面所發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象是不均勻的，這主要是由生物質(zhì)鍋爐內(nèi)部煙氣當(dāng)中所含有的三氧化硫濃度以及受熱面的積灰程度和煙氣沖刷所導(dǎo)致。對于生物質(zhì)鍋爐來講，發(fā)生低溫腐蝕時的腐蝕產(chǎn)物是由低價鐵的硫酸鐵以及鐵的硫化物共同組成的。同時在空氣預(yù)熱器的煙氣出口端，一些長期沉積的硫酸溶液，會在管壁上進行附著并溶解管壁的氧化膜，從而使硫酸溶液與金屬鐵之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成酸性粘結(jié)性灰，該生寵物當(dāng)中所包含的成分，包括硫酸鋁以及硫酸鈣和硫酸鐵以及硫酸亞鐵。這種生成物如果不能夠得到及時的清理，在嚴(yán)重時會導(dǎo)致生物質(zhì)鍋爐的煙氣通道被堵塞，而隨著通道被堵塞，煙氣的阻力會急劇增加，最終導(dǎo)致所有的生物質(zhì)鍋爐通道被堵死。所以對于生物質(zhì)鍋爐來講，低溫腐蝕和堵灰這兩種問題的出現(xiàn)是相互促進的，因為在生物質(zhì)鍋爐內(nèi)部出現(xiàn)堵灰問題時，內(nèi)部的傳熱效率會大大降低，從而使鍋爐的受熱面壁溫降低，然后在這種狀況下鍋爐內(nèi)部低溫腐蝕現(xiàn)象會加劇，而低溫腐蝕現(xiàn)象的加劇，則又會產(chǎn)生更多的堵灰問題，所以在這種惡性循環(huán)下，生物質(zhì)鍋爐會被不斷破壞。

3 低溫腐蝕的防治技術(shù)措施

1）增加受熱面壁溫。對于生物質(zhì)鍋爐來講，在進行低溫腐蝕機理分析時，發(fā)現(xiàn)受熱面壁溫的降低是導(dǎo)致空氣預(yù)熱器出現(xiàn)低溫腐蝕的直接影響因素，所以對受熱面壁溫進行提升是最有效的一種方法。對該區(qū)域及結(jié)構(gòu)的溫度進行提升，可以從排煙溫度及入口空氣溫度這兩方面進行改善。而如果從排煙溫度提高這一角度來進行受熱面壁溫的提高，會導(dǎo)致生物質(zhì)鍋爐使用過程中排演損失大大增加，鍋爐本身的熱效率會降低，所以通過排煙溫度提升來提高受熱面壁溫是具有很大局限性的。在實際改善過程中，最常用的就是對空氣入口溫度進行提升，可以使用暖風(fēng)器或者是熱風(fēng)實現(xiàn)再循環(huán)，但是在使用該方法的過程中會增加電量的消耗，使生物質(zhì)鍋爐本身的使用降低經(jīng)濟效益。所以進一步改進之后可以使用一次風(fēng)機，然后將入口由室外改到室內(nèi)，因為進風(fēng)的環(huán)境出現(xiàn)了變化，所以一次風(fēng)的溫度會提高2～3℃，這對于低溫腐蝕的減緩具有非常重要的作用。

2）耐腐蝕材料的應(yīng)用。對低溫腐蝕發(fā)生機理進行分析的過程中，能夠發(fā)現(xiàn)，因為生物質(zhì)鍋爐內(nèi)部的材料本身被硫酸蒸汽而腐蝕，所以導(dǎo)致了最終的低溫腐蝕問題，因此在對低溫腐蝕問題進行改善與解決的過程中，可以對生物質(zhì)鍋爐內(nèi)部的材料進行改善。嘗試應(yīng)用搪瓷材料作為空氣預(yù)熱器的冷端傳熱元件，通過大量的實踐應(yīng)用能夠發(fā)現(xiàn)，在實際應(yīng)用過程中，將一次風(fēng)空預(yù)器最底層的管箱整體更換成搪瓷管材質(zhì)，在實際運行過程中搪瓷管道并沒有出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。所以對于空氣預(yù)熱器來講，使用搪瓷材料作為空氣預(yù)熱器管道的替代材料能夠使抗腐蝕效果以及性能大大提升，而且在改造過程中所投入的經(jīng)濟成本也并不高。

3）低氧燃燒方式的選擇與應(yīng)用。在生物質(zhì)鍋爐使用過程中，如果燃燒過程中所產(chǎn)生的煙氣夾雜大量的過量氧氣，會使三氧化硫的生成量急劇增加。而在相關(guān)研究當(dāng)中表明，如果過量空氣的系數(shù)是在1.05以下，那么此時煙氣當(dāng)中所攜帶的過剩氧氣量會大大降低，從而使二氧化硫向三氧化硫轉(zhuǎn)化的過程大大減緩，甚至是消除能夠有效的避免硫酸蒸汽的形成，從而減輕低溫腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。同時在低氧燃燒狀態(tài)下生物質(zhì)鍋爐本身的排煙熱損失會極大程度的降低，這對于鍋爐的使用效率提升是具有非常積極作用的。除此之外就是需要注意低氧燃燒本身不僅僅存在有利的作用，同時也會存在不利的影響，可能會導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部的燃燒不充分，因此在實際鍋爐使用過程中，需要加強燃燒的調(diào)整，使生物質(zhì)鍋爐內(nèi)部的氧氣含量在3%～5%這一區(qū)間范圍內(nèi)，既能夠使生物質(zhì)鍋爐內(nèi)部的燃料完全燃燒，同時又降低了三氧化硫的生成。

4）加強定期的積灰清理。對于生物質(zhì)鍋爐來講，空氣預(yù)熱器的積灰在一定程度上使堵灰現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重，所以為了能夠使低溫腐蝕以及堵灰現(xiàn)象的出現(xiàn)概率降低，需要對空氣預(yù)熱器的積灰規(guī)律進行研究，然后以此來開展定期除灰作業(yè)，這樣既能夠使煙氣的流通面積增加，同時又能夠使流通過程中的阻力降低。

4 結(jié)束語

綜上所述，對于原生物質(zhì)鍋爐來講，在新時期發(fā)展背景下是具有非常重要作用與意義的，能夠在極大程度上推動當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)改革與可再生能源的充分利用，這對于未來的社會發(fā)展以及經(jīng)濟發(fā)展將會起到非常重要的推動作用，應(yīng)當(dāng)針對生物質(zhì)鍋爐所存在的低溫腐蝕問題進行積極研究與解決，從而使生物質(zhì)鍋爐的運行效率以及運行連續(xù)性得到提升，增加生物質(zhì)鍋爐的發(fā)電效率。