玻璃窯余熱鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕原因分析

我國是世界上玻璃需求最大的國家，玻璃行業(yè)是一個(gè)高耗能行業(yè)，燃料在玻璃熔化過(guò)程中釋放的熱量約有40%被煙氣帶走，造成嚴重污染和能量損失。余熱利用對玻璃生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生了相當可觀(guān)的經(jīng)濟效益，對節能減排也做出了積極的貢獻。從2007年9月，國內玻璃行業(yè)首條玻璃窯煙氣余熱發(fā)電項目并網(wǎng)發(fā)電至今，玻璃窯余熱發(fā)電的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，但低溫受熱面腐蝕時(shí)有發(fā)生，由于發(fā)展緩慢，往往不易引起覺(jué)察;一旦出現余熱鍋爐爆管事故，將為余熱電站造成巨大經(jīng)濟損失。

余熱鍋爐低溫腐蝕原因

1、煙氣成分浮法玻璃窯池的熔化溫度約1500~C，玻璃熔化所需的熱量來(lái)自燃料燃燒所釋放化學(xué)反應熱。目前我國玻璃行業(yè)所使用的燃料主要分為固體燃料、氣體燃料和液體燃料三大類(lèi)。其中液體燃料主要有：重油，筑路油等;氣體燃料主要有：天然氣、發(fā)生爐煤氣、煤層氣等;固體燃料主要有：石油焦粉。玻璃生產(chǎn)企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力;選擇原料時(shí)通常要考慮燃料的供應價(jià)格，長(cháng)期供應的保障性。因此，玻璃熔窯存在燃用單種燃料和多種燃料組合的情形。不同的燃料將導致不同煙氣量、煙氣溫度、煙氣成分、粉塵特性。玻璃熔窯典型煙氣成分見(jiàn)表1。

表1玻璃窯排氣的典型煙氣成分

2、低溫腐蝕原理

低溫腐蝕的形成：玻璃熔窯熔化時(shí)燃料及玻璃原料中的硫燃燒會(huì )生成二氧化硫(s+0：=SO)，少量二氧化硫在催化劑的作用下會(huì )進(jìn)一步被氧化生成三氧化硫(2so+0=2S0，)，三氧化硫再與煙氣中的水蒸汽結合形成硫酸蒸汽(SO+H0：HSO)。所謂酸露點(diǎn)就是煙氣中硫酸蒸汽的凝結溫度，與煙氣中的SO，濃度直接相關(guān)，根據道爾頓分壓定律，酸露點(diǎn)溫度等于煙氣中硫酸蒸汽的分壓力所對應的飽和溫度。煙氣中水蒸汽含量為10%～15%時(shí)，純水蒸汽的露點(diǎn)僅為45～54℃，而硫酸蒸汽的凝結溫度比水高很多，因此煙氣中只要含有少量的硫酸蒸汽，露點(diǎn)溫度就顯著(zhù)升高。當水蒸汽分壓力為10%的煙氣中硫酸蒸汽含量為5～50ppm時(shí)，余熱鍋爐煙氣的硫酸露點(diǎn)溫度升高為129～149℃。由于省煤器和低壓蒸發(fā)器中介質(zhì)溫度較低，若管壁溫度低于硫酸露點(diǎn)溫度，硫酸蒸汽就會(huì )凝結在受熱面上，發(fā)生氧化反應生成FeSO，FeSO繼續吸收煙氣中水分，最后形成腐蝕層脫離管壁;長(cháng)此以往，會(huì )使鍋爐產(chǎn)生爆管事故，影響電站正常運行。

3、煙氣酸露點(diǎn)計算

由于煙氣酸露點(diǎn)受到諸多因素(燃燒溫度，燃料含硫量，玻璃原料含硫量，排煙的含灰量，含水量以及過(guò)量空氣系數等)的影響，很難從理論上推導出精確的通用公式。國內外各研究機構根據各自經(jīng)驗推導出了不同的公式。主要有前蘇聯(lián)1973年《鍋爐機組熱力計標準方法》經(jīng)驗公式、穆勒曲線(xiàn)、Halstead曲線(xiàn)、A.G.Okkes公式、Haase&Borgmann估算公式及H.A.Bapahoba公式等。

由于浮法玻璃熔爐煙氣余熱鍋爐與玻璃生產(chǎn)線(xiàn)同步施工同步投產(chǎn)，煙氣量及成分是根據燃料組分計算得到，過(guò)量空氣受窯爐施工質(zhì)量的影響，飛灰濃度按照經(jīng)驗值估算。如果采用前蘇聯(lián)1973年《鍋爐機組熱力計標準方法》經(jīng)驗公式等可能會(huì )引起不小主觀(guān)誤差。本文建議采用H.A.Bapahoba公式進(jìn)行計算。

tld=186+201g~bH20+261g6SO3

式中φH20、φSO3，分別代表煙氣中水蒸氣和SO3的體積百分含量。煙氣中的SO2：，有0.25%～5%會(huì )進(jìn)一步轉變成SO3。隨著(zhù)煙氣的流動(dòng)，當煙溫小于200℃時(shí)，煙氣中的SO3有99%和水蒸氣結合生成H2SO4蒸汽。SO3濃度、水蒸氣含量和H2SO4蒸汽濃度是影響酸露點(diǎn)的主要因素。由上面公式計算結果見(jiàn)表2。

表2玻璃窯排氣的酸露點(diǎn)

由表2可見(jiàn)，采用不同燃料，在不同含硫率及轉化率下，煙氣的算露點(diǎn)存在很大差別，而試驗表明，排煙溫度每升高15～20℃，鍋爐熱效率會(huì )降低約l%，為了避免低溫受熱面出現腐蝕同時(shí)兼顧余熱電站的經(jīng)濟性和環(huán)保性，余熱電站投產(chǎn)后對煙氣成分標定是非常有必要。