楊栩?yàn)?，范洪?/p>

（1.上海電力股份有限公司，上海 200245；2.上海電力股份有限公司羅涇燃機(jī)發(fā)電廠，上海 200949）

0 引 言

某蘭炭尾氣鍋爐為單鍋筒、集中下降管，自然循環(huán)II型布置的煤氣爐，緊身封閉布置。鍋爐前部為爐膛，四周布置膜式水冷壁。水平煙道裝設(shè)了兩級(jí)對(duì)流過熱器，轉(zhuǎn)向室內(nèi)布置了蒸發(fā)器。爐頂、水平煙道兩側(cè)及轉(zhuǎn)向室設(shè)置頂棚管和包墻管。尾部布置單級(jí)省煤器及空氣預(yù)熱器，省煤器分2組，上組省煤器下方布置脫硝煙道，脫硝裝置下布置下組省煤器，后列煙道內(nèi)布置2組空氣預(yù)熱器。鍋爐采用煤氣燃燒器，前墻3層布置，共9只。

鍋爐新建投產(chǎn)后近2個(gè)月即發(fā)現(xiàn)送風(fēng)機(jī)出力明顯增大，檢查風(fēng)道未發(fā)現(xiàn)明顯漏風(fēng)現(xiàn)象，停爐后對(duì)空預(yù)器進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)空預(yù)器換熱管泄漏率達(dá)90%以上，換熱器搪瓷管無明顯的脫落，泄漏點(diǎn)為點(diǎn)狀腐蝕。

1 尾氣鍋爐參數(shù)及系統(tǒng)配置

1.1 鍋爐參數(shù)

最大連續(xù)蒸發(fā)量/（t·h-1） 265

過熱器出口額定蒸汽壓力/MPa 6.75

過熱器出口額定蒸汽溫度/℃ 540

凝結(jié)水回水溫度/℃ 60

鍋爐保證熱效率/% 90.2

給水溫度/℃ 135

排煙溫度/℃ 148.8

1.2 尾氣鍋爐燃料來源及參數(shù)

鍋爐的燃料為煤化工尾氣，尾氣氣質(zhì)成分見表1。

表1 尾氣氣質(zhì)成分Table 1 Gas composition of tail gas

尾氣主要雜質(zhì)含量見表2。

表2 尾氣主要雜質(zhì)含量Table 2 Table of main impurities in tail cas

1.3 煙風(fēng)系統(tǒng)

送風(fēng)系統(tǒng)配置2臺(tái)60%容量的送風(fēng)機(jī)，引風(fēng)系統(tǒng)配置2×65%出力配置的引風(fēng)機(jī)。送風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口起經(jīng)空預(yù)器、燃燒器送入鍋爐，引風(fēng)系統(tǒng)從鍋爐尾部豎井煙道出口至引風(fēng)機(jī)經(jīng)過煙氣換熱器到煙囪。

1.4 空氣預(yù)熱器

（1）空氣預(yù)熱器采用管式結(jié)構(gòu)，空氣預(yù)熱器換熱器為碳鋼鍍搪瓷。

（2）漏風(fēng)系數(shù)應(yīng)≤0.03。

（3）為保證空氣預(yù)熱器冬季運(yùn)行安全，在送風(fēng)風(fēng)道上設(shè)置暖風(fēng)器，暖風(fēng)器采用汽包蒸汽加熱。

（4）吸收排煙余熱，提高鍋爐效率。裝了省煤器后，雖然排煙溫度可以降低很多，但電站鍋爐的給水溫度均＞200℃。故排煙溫度不可能降得更低，加裝一套空氣預(yù)熱器后通過冷介質(zhì)吸收熱量，可以降低排煙溫度。

（5）提高空氣溫度，可以強(qiáng)化燃燒?？諝忸A(yù)熱器一方面使燃燒穩(wěn)定降低機(jī)械未完全燃燒損失和化學(xué)未完全燃燒損失；另一方面利用余熱提高煤燃燒完全，減少過?？諝饬?，升高燃燒室溫度，強(qiáng)化傳熱，從而達(dá)到充分燃燒利用熱能的效果。

1.5 鍋爐廢水摻燒系統(tǒng)

蘭炭尾氣管道在運(yùn)行時(shí)存在含酚冷凝水析出的現(xiàn)象，含酚冷凝水在冬季時(shí)約400 t/d，夏季200 t/d，該部分含酚冷凝水需噴入鍋爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，鍋爐燃燒的含酚冷凝水的水量按照12 t/h設(shè)計(jì)。

2 空預(yù)器檢查情況

停爐后對(duì)空預(yù)器進(jìn)行檢查，空預(yù)器冷端和熱端均腐蝕在90%以上，在煙氣側(cè)管道腐蝕破損及煙氣中析出的酸性物質(zhì)和灰塵及煤焦油形成的污垢如圖1所示。

圖1 換熱管腐蝕情況Fig.1 Corrosion of heat exchange tube

3 原因分析

3.1 鍋爐運(yùn)行參數(shù)分析

通過歷史數(shù)據(jù)查詢，空預(yù)器進(jìn)口煙氣溫度長期維持在130℃左右運(yùn)行（最高157℃），出口溫度長期維持在90℃（最高117℃），對(duì)比鍋爐說明書中熱力計(jì)算書空預(yù)器入口煙溫184℃，出口煙溫136℃，分別有54℃和46℃的偏差。

由于上游蘭炭廠來氣品質(zhì)的不穩(wěn)定，尾氣的熱值低于設(shè)計(jì)值；另外，由于在冬季氣溫太低（-30℃），煙氣換熱器損壞不具備投運(yùn)條件，給水溫度長期維持在138℃左右，低于設(shè)計(jì)值158℃，上述2個(gè)原因?qū)е绿m炭尾氣鍋爐自運(yùn)行以來爐膛出口煙溫長期維持在850℃左右，低于設(shè)計(jì)值1 041℃，煙氣運(yùn)行到空預(yù)器段就出現(xiàn)了上述偏差。

3.2 搪瓷管腐蝕的一般原因

搪瓷管具有良好的耐腐蝕性，在這么短的時(shí)間內(nèi)能夠造成管道腐蝕并形成泄漏可能的原因應(yīng)該有：①管道涂燒搪瓷的工藝控制不到位，導(dǎo)致搪瓷與管道燒結(jié)的不夠緊致，造成大面積脫落；②空預(yù)器組裝穿管過程中，搪瓷管與端板隔板碰撞摩擦可能造成搪瓷出現(xiàn)微裂紋等缺陷；③尾氣及含酚廢水的燃燒產(chǎn)物中的某些物質(zhì)可能對(duì)搪瓷產(chǎn)生影響。

3.3 空氣預(yù)熱器搪瓷管失效分析

（1）樣品背景資料描述。

搪瓷管材質(zhì)：Q235，規(guī)格40 mm×1.5 mm，按UG0170《管式空氣預(yù)熱器技術(shù)條件》制造與驗(yàn)收，要求搪瓷厚度300±20μm，表面質(zhì)量符合要求，耐電壓試驗(yàn)、耐腐蝕測(cè)試、粘合度測(cè)試合格。

下級(jí)省煤器及空預(yù)器段煙氣溫度低于酸露點(diǎn)，導(dǎo)致煙氣中酸性物質(zhì)析出附著在空預(yù)器管壁上，造成空預(yù)器換熱管被大面積腐蝕。

（2）宏觀特征。

空氣預(yù)熱器搪瓷管試樣搪瓷均勻，無明顯色差，管壁外側(cè)有多處明顯圓形腐蝕凹坑，生成白色腐蝕產(chǎn)物，腐蝕凹坑處搪瓷剝落，部分已經(jīng)貫穿管壁。將試樣管剖開明顯可見試樣內(nèi)壁光滑，無明顯氧化腐蝕現(xiàn)象。

（3）試驗(yàn)分析。

根據(jù)JY/T010-1996《分析型掃描電子顯微鏡方法通則》以及GB/T17359-2012《微束分析能譜法定量分析》對(duì)試樣進(jìn)行分析，結(jié)果如下。

將試樣置于掃描電子顯微鏡下觀察，電鏡圖片明顯可見腐蝕形貌為均勻腐蝕，腐蝕產(chǎn)物呈塊狀脫落。采用能譜儀對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，分析可知腐蝕產(chǎn)物中含有O、Si、S、CI、Fe元素，其中含有S元素含有1.94%的Cl元素含有2.11%的腐蝕產(chǎn)物為S、Cl含量較高的鐵氧化物，只有極少量的Si，說明腐蝕主要為基體碳鋼材料、S、Cl元素主要造成基體碳鋼材料的腐蝕。

取腐蝕點(diǎn)表面灰白色沉積物按照DL/T 1151.15-2012處理樣品；再用儀器法和滴定法測(cè)定水溶性物質(zhì)堿度、鈉離子及主要陰離子結(jié)果見表3。

表3 水溶性物質(zhì)分析結(jié)果Table 3 Analysis results of water soluble substances

由水溶性物質(zhì)分析結(jié)果表明：搪瓷管表面灰白色腐蝕產(chǎn)物中含有F離子為1.73%，Cl離子為4.83%，以及含有52.13%的硫酸根離子。搪瓷管具有較好的耐酸腐蝕性能，但搪瓷不耐氫氟酸及含有氟離子溶液的腐蝕?？諝忸A(yù)熱器煙氣環(huán)境中酸露形成的F離子對(duì)主要成分為Si02的搪瓷層形成腐蝕：4F-+Si02=SiF4+202-，搪瓷層表面產(chǎn)生全面均勻的腐蝕凹坑，搪瓷層遭到破壞后，酸露中的硫酸、鹽酸進(jìn)一步腐蝕碳鋼基體，造成搪瓷管穿孔。

3.4 分析討論

由宏觀特征可知搪瓷管表面無機(jī)械損傷、裂紋等，表面可見明顯的圓點(diǎn)狀腐蝕凹坑，腐蝕失效由表向里，應(yīng)為空氣預(yù)熱器中煙氣氣體產(chǎn)生的腐蝕。由掃描電鏡及能譜分析可知：試樣腐蝕形貌為均勻腐蝕，腐蝕產(chǎn)物呈塊狀脫落。腐蝕產(chǎn)物中含有O、Si、S、CI、Fe元素，其中含有1.94%S元素，2.11%Cl元素，水溶性物質(zhì)分析中可知搪瓷管表面灰白色腐蝕產(chǎn)物中含有F離子為1.73%，Cl離子為4.83%以及含有52.13%的硫酸根離子。

鍋爐設(shè)計(jì)燃料為蘭炭尾氣，S、Cl、F等元素雜質(zhì)含量較高，燃燒后生成有害氣體和煙氣中水蒸汽化合形成蒸汽，常含有一些腐蝕性氣體和腐蝕性物質(zhì)，如硫的氧化物，釩的氧化物，硫酸鹽絡(luò)化物等，使煙氣露點(diǎn)溫度明顯升高，可達(dá)130～150℃。含有S、Cl、F元素蒸汽的煙氣經(jīng)空氣預(yù)熱器管的低溫受熱面，受熱面搪瓷管壁溫低于硫酸蒸汽的露點(diǎn)時(shí)，在搪瓷管表面形成酸露。這些物質(zhì)對(duì)搪瓷管空氣預(yù)熱器應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕，嚴(yán)重時(shí)在很短的時(shí)間內(nèi)會(huì)使搪瓷管空氣預(yù)熱器遭到損壞。當(dāng)進(jìn)入搪瓷管空氣預(yù)熱器的煙氣中含有二氧化硫時(shí)，其中一部分會(huì)轉(zhuǎn)化成三氧化硫，并與煙氣中的水蒸汽結(jié)合生成硫酸蒸汽，且能增加煙氣的露點(diǎn)溫度，在低溫金屬表面上凝結(jié)形成硫酸溶液，與堿性灰反應(yīng)，也與金屬反應(yīng)，因而產(chǎn)生腐蝕。

酸露中的F離子對(duì)主要成分為Si02的搪瓷層形成腐蝕：4F-+Si02=SiF4+202-，搪瓷層表面產(chǎn)生全面均勻的腐蝕凹坑，搪瓷層遭到破壞后，酸露中的硫酸、鹽酸等進(jìn)一步腐蝕碳鋼基體，造成空氣預(yù)熱器搪瓷管穿孔失效。由于經(jīng)常發(fā)生在搪瓷管空氣預(yù)熱器的低溫受熱面上，故稱低溫腐蝕。低溫腐蝕的特點(diǎn)是均勻性腐蝕，它使金屬壁厚度逐漸減薄以至破裂，對(duì)搪瓷管空氣預(yù)熱器的運(yùn)行危害大。

4 結(jié) 論

煙氣中的S、C1、F等元素是腐蝕產(chǎn)生的直接原因。鍋爐煙氣中雜質(zhì)含量較高，使煙氣露點(diǎn)溫度大為升高，在空氣預(yù)熱器搪瓷管的低溫受熱面表面形成酸露。酸露中的F離子對(duì)主要成分為Si02的搪瓷層形成腐蝕：4F-+Si02=SiF4+202-，搪瓷層表面產(chǎn)生全面均勻的腐蝕凹坑，較薄的搪瓷層（300 nm）遭到破壞后，酸露中的硫酸、鹽酸進(jìn)一步腐蝕碳鋼基體，造成搪瓷管穿孔。

針對(duì)上述分析的原因，現(xiàn)場(chǎng)從提高空預(yù)器進(jìn)出口煙溫和選用新材料，現(xiàn)場(chǎng)把搪瓷管更換為ND鋼管及空氣剩余系數(shù)的調(diào)整等3個(gè)方面進(jìn)行處理。

（1）提高空預(yù)器進(jìn)出口煙溫。

如果提高相關(guān)問題，鍋爐運(yùn)行中會(huì)導(dǎo)致低溫段管壁溫度下降，煙氣側(cè)出現(xiàn)水蒸氣冷凝。壁溫低，則煙氣側(cè)水蒸汽易冷凝。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)，重新核算鍋爐的熱力計(jì)算數(shù)，對(duì)分別減少上級(jí)和下級(jí)省煤器，使得空預(yù)器入口煙溫和出口煙溫提高至185℃和150℃。

（2）選用新材料，現(xiàn)場(chǎng)把搪瓷管更換為ND鋼管將低溫段空氣預(yù)熱器管壁溫度提高到超過煙氣露點(diǎn)是不容易的，那將會(huì)給鍋爐帶來很大的熱損失，因此，要在排煙溫度合理的情況下，充分利用煙氣余熱，就需要采用防止低溫腐蝕的新材料。根據(jù)其它鍋爐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，把換熱器的搪瓷管更換為ND鋼材質(zhì)。

（3）空氣剩余系數(shù)的調(diào)整。

過氧量的存在是促成二氧化硫氧化成三氧化硫的基本條件，因此，調(diào)整空氣剩余系數(shù)，維持低氧燃燒是防止低溫腐蝕的有效措施。