生物质锅炉尾部烟道低温腐蚀分析

杨凯军

（河北省特种设备监督检验研究院唐山分院，河北 唐山 063000）

1 前言

在当前时代发展背景下，能源领域当中，可再生能源中生物质属于其中的一种，针对生物质的能源开发与利用，是对当前社会经济生产企业社会发展过程中存在的能源及环境问题进行改善以及解决的有效途径之一。生物质能源可以在发电工作中进行应用，在发挥作用时主要是通过生物质锅炉来完成的。对于生物质锅炉来讲，在实际运行过程中会存在许多的问题，导致生物质锅炉本身的运行效率以及运行能力受到影响，在本文所论述内容当中，就主要是针对生物质锅炉所出现的低温腐蚀问题进行研究，并提出相应的解决对策，使生物质锅炉连续运行能力得到提升。

2 生物质锅炉低温腐蚀问题发生机理

生物质锅炉低温腐蚀问题发生机理主要有锅炉内部硫酸形成及对锅炉金属的腐蚀、生物质锅炉低温腐蚀及堵灰的发生机理。

1）锅炉内部硫酸形成及对锅炉金属的腐蚀。对于生物质锅炉来讲，在实际应用过程中，内部燃烧的生物质燃料平均含硫浓度为0.38%左右这些硫元素在燃料当中被燃烧之后会形成二氧化硫，而二氧化硫在一定条件下会与氧气产生进一步接触，从而形成三氧化硫气体。三氧化硫气体并不是最终产物，还会与水蒸气进行进一步结合，最终形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽本身的凝结露点温度是110～160℃之间，或者是比该温度范围更高。对于生物质锅炉来讲，内部硫酸蒸气的露点温度越高，那么在生物质锅炉产生烟气当中含酸量就会越大，从而导致的腐蚀堵灰问题也就会越发的严重。当生物质锅炉的空气预热器管壁温度比硫酸的露点低时，硫酸蒸汽就会在管壁上凝结，然后对管壁产生腐蚀作用，因为这种现象是在生物质锅炉的尾部受热面所产生的，而生物质锅炉本身尾部受热面区域内的烟气以及管壁温度相比较与硫酸整体来讲都比较低，所以这种现象也被称之为低温腐蚀，这就是生物质锅炉低温腐蚀问题的发生机理。对于生物质锅炉来讲，被腐蚀过程中金属壁面的腐蚀程度是与硫酸凝结量有直接联系的同时，硫酸浓度的大小和金属壁面温度的高低也会对辅食进度造成影响。在生物质锅炉壁面上附着的硫酸像一层胶膜，一方面会粘贴在管壁上进行辅食，另一方面又会使生殖锅炉内部的烟灰被不断吸附，然后形成硫酸盐钙化物质并且逐渐增厚，最终使生物质锅炉的烟道出现堵塞。

2）生物质锅炉低温腐蚀及堵灰的发生机理。对于生物质锅炉来讲，出现低温腐蚀现象最严重的区域就是过路内部空气预热器的冷端，而低温腐蚀发生时，主要包括两种分别是化学腐蚀以及电化学腐蚀。在低温状态下，生物质锅炉的受热面所发生的腐蚀现象是不均匀的，这主要是由生物质锅炉内部烟气当中所含有的三氧化硫浓度以及受热面的积灰程度和烟气冲刷所导致。对于生物质锅炉来讲，发生低温腐蚀时的腐蚀产物是由低价铁的硫酸铁以及铁的硫化物共同组成的。同时在空气预热器的烟气出口端，一些长期沉积的硫酸溶液，会在管壁上进行附着并溶解管壁的氧化膜，从而使硫酸溶液与金属铁之间产生化学反应，最终生成酸性粘结性灰，该生宠物当中所包含的成分，包括硫酸铝以及硫酸钙和硫酸铁以及硫酸亚铁。这种生成物如果不能够得到及时的清理，在严重时会导致生物质锅炉的烟气通道被堵塞，而随着通道被堵塞，烟气的阻力会急剧增加，最终导致所有的生物质锅炉通道被堵死。所以对于生物质锅炉来讲，低温腐蚀和堵灰这两种问题的出现是相互促进的，因为在生物质锅炉内部出现堵灰问题时，内部的传热效率会大大降低，从而使锅炉的受热面壁温降低，然后在这种状况下锅炉内部低温腐蚀现象会加剧，而低温腐蚀现象的加剧，则又会产生更多的堵灰问题，所以在这种恶性循环下，生物质锅炉会被不断破坏。

3 低温腐蚀的防治技术措施

1）增加受热面壁温。对于生物质锅炉来讲，在进行低温腐蚀机理分析时，发现受热面壁温的降低是导致空气预热器出现低温腐蚀的直接影响因素，所以对受热面壁温进行提升是最有效的一种方法。对该区域及结构的温度进行提升，可以从排烟温度及入口空气温度这两方面进行改善。而如果从排烟温度提高这一角度来进行受热面壁温的提高，会导致生物质锅炉使用过程中排演损失大大增加，锅炉本身的热效率会降低，所以通过排烟温度提升来提高受热面壁温是具有很大局限性的。在实际改善过程中，最常用的就是对空气入口温度进行提升，可以使用暖风器或者是热风实现再循环，但是在使用该方法的过程中会增加电量的消耗，使生物质锅炉本身的使用降低经济效益。所以进一步改进之后可以使用一次风机，然后将入口由室外改到室内，因为进风的环境出现了变化，所以一次风的温度会提高2～3℃，这对于低温腐蚀的减缓具有非常重要的作用。

2）耐腐蚀材料的应用。对低温腐蚀发生机理进行分析的过程中，能够发现，因为生物质锅炉内部的材料本身被硫酸蒸汽而腐蚀，所以导致了最终的低温腐蚀问题，因此在对低温腐蚀问题进行改善与解决的过程中，可以对生物质锅炉内部的材料进行改善。尝试应用搪瓷材料作为空气预热器的冷端传热元件，通过大量的实践应用能够发现，在实际应用过程中，将一次风空预器最底层的管箱整体更换成搪瓷管材质，在实际运行过程中搪瓷管道并没有出现腐蚀现象。所以对于空气预热器来讲，使用搪瓷材料作为空气预热器管道的替代材料能够使抗腐蚀效果以及性能大大提升，而且在改造过程中所投入的经济成本也并不高。

3）低氧燃烧方式的选择与应用。在生物质锅炉使用过程中，如果燃烧过程中所产生的烟气夹杂大量的过量氧气，会使三氧化硫的生成量急剧增加。而在相关研究当中表明，如果过量空气的系数是在1.05以下，那么此时烟气当中所携带的过剩氧气量会大大降低，从而使二氧化硫向三氧化硫转化的过程大大减缓，甚至是消除能够有效的避免硫酸蒸汽的形成，从而减轻低温腐蚀现象的发生。同时在低氧燃烧状态下生物质锅炉本身的排烟热损失会极大程度的降低，这对于锅炉的使用效率提升是具有非常积极作用的。除此之外就是需要注意低氧燃烧本身不仅仅存在有利的作用，同时也会存在不利的影响，可能会导致锅炉内部的燃烧不充分，因此在实际锅炉使用过程中，需要加强燃烧的调整，使生物质锅炉内部的氧气含量在3%～5%这一区间范围内，既能够使生物质锅炉内部的燃料完全燃烧，同时又降低了三氧化硫的生成。

4）加强定期的积灰清理。对于生物质锅炉来讲，空气预热器的积灰在一定程度上使堵灰现象变得更加严重，所以为了能够使低温腐蚀以及堵灰现象的出现概率降低，需要对空气预热器的积灰规律进行研究，然后以此来开展定期除灰作业，这样既能够使烟气的流通面积增加，同时又能够使流通过程中的阻力降低。

4 结束语

综上所述，对于原生物质锅炉来讲，在新时期发展背景下是具有非常重要作用与意义的，能够在极大程度上推动当前的能源结构改革与可再生能源的充分利用，这对于未来的社会发展以及经济发展将会起到非常重要的推动作用，应当针对生物质锅炉所存在的低温腐蚀问题进行积极研究与解决，从而使生物质锅炉的运行效率以及运行连续性得到提升，增加生物质锅炉的发电效率。