谈铜冶炼厂余热锅炉腐蚀及控制措施

翁寒波

摘 要：采用余热锅炉可以减少冶炼行业生产中的能源消耗，在实际工作中，余热锅炉会利用冶炼产生的废气、废液等可燃物质加热锅炉中的水，然后再将产生的热水和蒸汽可以用于其他工業生产环节。需要注意的是，余热锅炉经过长时间使用后会出现一定程度的腐蚀状况，如果不能对锅炉腐蚀进行有效控制，必然会导致余热锅炉的使用效率和安全受到消极影响。因此，本文将对余热锅炉的腐蚀机理进行具体分析，并针对性提出避免腐蚀的相应措施，以求为铜冶炼行业的发展提供借鉴。

关键词：铜冶炼；余热锅炉；腐蚀；控制措施

引言

常见的余热锅炉有燃油锅炉、燃气锅炉、燃煤锅炉等。关于余热锅炉在我国的应用，最早的记录见于1993年的铜陵金昌冶炼厂；在冶铜设备上加装余热锅炉后，该冶炼厂实现了产能和资源利用方面的双重优化。余热锅炉在工业生产中的重要性不言而喻，为了确保冶炼生产的稳定进行，相关生产单位应必须对余热锅炉腐蚀机制的认识，并在此基础上完善控制措施构建。

一、腐蚀产生的原因及机理

冶炼设备在生产过程中会面对烟气、积尘、积垢等不良因素的影响，从而产生设备腐蚀等故障。基于维持设备设用效率，延长设备使用寿命的现实需要，以下将对铜冶炼生产过程中常见的腐蚀机理进行具体分析。

1.露点腐蚀

关于余热锅炉腐蚀及其控制的研究必须建立在充分了解设备运转环境的基础上。受生产工艺的影响，铜冶炼过程中会产生大量硫化物。正如应用广泛的火法铜冶炼系统的入炉原料中便含有超过百分之二十的硫，所以在处理冶铜产出的工艺烟气时，冶炼厂往往会选择利用其制酸。在制酸系统工作的同时，一部分二氧化硫会转化为硫酸蒸汽，硫酸蒸汽触碰到管壁后降温凝凝结成硫酸溶液，尽管硫酸溶液总量不多，但在日积月累的影响下，锅炉管壁和膜式壁会逐渐受到腐蚀，从而变薄、变脆，最终影响余热锅炉的安全运转。根据这种腐蚀的发生特性，人们习惯称其为“低温腐蚀”。

2.氧腐蚀

氧腐蚀在金属冶炼生产行业中极为常见，氧腐蚀被定义为电化学腐蚀，这是因为金属暴露在潮湿的空气中时，将会和氧气发生反应。在反应过程中，氧和铁在潮湿环境中充当电极，共同构成腐蚀原电池。在氧和铁构成的电池中，铁的电位比氧低，所以铁作为阳极游离帖子里被阴极吸收，从而在金属表面形成各类氧化物。该现象的化学方程式为Fe→Fe2++2e；O2+2H2O+4e→4OH-。经过氧气腐蚀后的金属氧化物会呈现出裸露、疏松的特点，而且这种腐蚀状况极容易扩散，稍不注意便会造加剧管道的腐蚀问题。

3.酸性腐蚀

矿物加工后排出的废弃多呈酸性，余热锅炉对其进行处理时不免会受到腐蚀。当酸性物质接触金属壁后，酸性物质中的氢离子会产生去极化作用，即2H++2e→H2，而且酸性物质会破坏金属管壁表面的保护膜。另外，潮湿环境下的氧铁反应会加剧酸性物质的腐蚀。事实上，锅炉正常运转状况下不会直接受到酸性物质的腐蚀，因为锅炉中的水基本呈弱碱性，不会腐蚀保护膜下的管壁。然而不能忽略的是，余热锅炉中不能消耗的蒸汽会与冶炼产生的酸性废气结合，渗入循环水管道等锅炉构件。当酸性液体产生后，循环水管道将首当其冲受到影响。

二、腐蚀预防措施

1.露点腐蚀的计算

在正确认识余热锅炉腐蚀机理的前提下，还要对各种腐蚀性因素进行深入研究，如此才能制定出科学、高效的腐蚀预防措施。对于腐蚀露点的计算，应掌握余热锅炉中的烟气成分应在充分掌握烟气成分的前提下展开。

1.1.三氧化硫转化率的确定

二氧化硫转化成三氧化硫的过程比较复杂，而且可以发生的设备部位众多。一般来说，二氧化硫的产生与冶炼生产活动有直接关系，但是在烟道、电收吸尘器也会有部分二氧化硫存在。二氧化硫向三氧化硫转换的关键是原子氧，二氧化硫吸收活性大的氧原子后便转化为三氧化硫。当然，转化是双向的，在高温辐射的环境下，三氧化硫的氧原子也会分离，然而形成二氧化硫。

关于三氧化硫的转化，可以从相关资料中得出以下认识。恒定压力下，低温条件下的三氧化硫转化比较活跃，当温度达到1000摄氏度左右时，三氧化硫的转化保持在极低水平。不过在实际生产环节中，三氧化硫的转化会受多种因素的影响。所以在制定放腐蚀措施时，应分析烟气是否含砷、水等。

二氧化硫向三氧化硫的转换需要催化，工业烟气中的常见成分中恰好含有二氧化硅、砷的氧化物等催化剂。依照研究图标的显示，催化剂效用最佳的温度范围是500℃～800℃。另外，灰尘的存在会对三氧化硫的形成产生促进作用。结合专业计算方法，可以测得生产实践中的二氧化硫转化率为5%～9%，出于生产安全方面的要求，计算结束后取值应取最大值。

1.2.硫酸蒸汽的酸露点温度的计算

含硫气体和水蒸气结合生成硫酸蒸汽，当管壁温度降低，硫酸蒸汽便凝结依附，开始腐蚀保护膜和管壁。由此可以认识到，硫酸蒸汽是否可以腐蚀管壁，直接影响因素是管壁温度。人们习惯把硫酸蒸汽凝结的最低温度成为酸露点温度，影响酸露点数值的因素有烟气水含量、三氧化硫浓度等，具体计算公式如下：

C=98×VSO3/（80×VSO3+18×VH2O）（1）

VSO3=K×VSO2（2）

1.3.查出酸露点温度。

不同余热锅炉的酸露点温度存在差异，常见的艾萨余热锅炉露点腐蚀温度为228℃；转炉余热锅炉露点腐蚀温度为205℃。

2.氧腐蚀的预防

长期使用后的余热锅炉中可能会产生锈蚀问题，锈蚀指的是金属表面出现疏松混合物质，外形特征类同于铁锈，主要成分为Fe（OH）3和Fe3O4等氧化产物。这种状况的产生可以归咎氧腐蚀，氧腐蚀出现在余热锅炉中是因为热力除氧器的实际工作效率没有达到设计要求；除此以外，水质监控的缺失也是氧腐蚀产生的重要原因，尽管当前使用的锅炉设备中基本都会按GB12145进行水质控制，但是管理不善导致的测量问题给氧腐蚀创造了可乘之机。所以对氧腐蚀的预防，应从监控水质和确保除氧器正常运行入手。采用合适材料强化保温层性能，减少锅炉管道与氧气的接触，减少锅炉管道中的水蒸气含量，可以通过以下措施实现：

碱性物质对锅炉管道可以起到钝化作用，当酸性化合物腐蚀保护膜时，碱性物质会先发生反应，产生钝化保护膜。为了加强钝化效果，条件允许的情况下可以直接喷洒碱性化合物，加快钝化保护膜形成效率，进而达到隔绝腐蚀因素对管壁影响的目的。

3.酸腐蚀的预防

酸腐蚀控制的根本措施在于降低酸性气体和水蒸气的结合效率。在实际生产过程中，可以采取以下方法：优化生产技艺，提高锅炉蒸汽使用及排空效率；加强生产设备密闭性，减少转炉吹炼过程中的烟气排放；减少管道中的水蒸气含量，采取加装防雨设施，杜绝蒸汽凝结水与锅炉管道直接接触。

三、结束语

腐蚀问题的存在会直接影响余热锅炉的运行效率，严重情况下甚至会对生产安全造成威胁。对于余热锅炉腐蚀问题，相关生产单位必须引起重视，在充分了解腐蚀机理的情况下结合实际生产状况调整腐蚀控制措施，以求提高生产效率和生产安全系数，推动冶炼行业的持续健康发展。

参考文献

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