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)是一個高耗能行業(yè)，燃料在玻璃熔化過程中釋放的熱量約有40%被煙氣帶走，造成嚴(yán)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(dāng)可觀的經(jīng)濟效益，對節(jié)能減排也做出了積極的貢獻。從2007年9月，國內(nèi)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有發(fā)生，由于發(fā)展緩慢，往往不易引起覺察;一旦出現(xiàn)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自燃料燃燒所釋放化學(xué)反應(yīng)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。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;選擇原料時通常要考慮燃料的供應(yīng)價格，長期供應(yīng)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(dǎo)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：玻璃熔窯熔化時燃料及玻璃原料中的硫燃燒會生成二氧化硫(s+0：=SO)，少量二氧化硫在催化劑的作用下會進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(jié)合形成硫酸蒸汽(SO+H0：HSO)。所謂酸露點就是煙氣中硫酸蒸汽的凝結(jié)溫度，與煙氣中的SO，濃度直接相關(guān)，根據(jù)道爾頓分壓定律，酸露點溫度等于煙氣中硫酸蒸汽的分壓力所對應(yīng)的飽和溫度。煙氣中水蒸汽含量為10%～15%時，純水蒸汽的露點僅為45～54℃，而硫酸蒸汽的凝結(jié)溫度比水高很多，因此煙氣中只要含有少量的硫酸蒸汽，露點溫度就顯著升高。當(dāng)水蒸汽分壓力為10%的煙氣中硫酸蒸汽含量為5～50ppm時，余熱鍋爐煙氣的硫酸露點溫度升高為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溫度，硫酸蒸汽就會凝結(jié)在受熱面上，發(fā)生氧化反應(yīng)生成FeSO，F(xiàn)eSO繼續(xù)吸收煙氣中水分，最后形成腐蝕層脫離管壁;長此以往，會使鍋爐產(chǎn)生爆管事故，影響電站正常運行。

3、煙氣酸露點計算

由于煙氣酸露點受到諸多因素(燃燒溫度，燃料含硫量，玻璃原料含硫量，排煙的含灰量，含水量以及過量空氣系數(shù)等)的影響，很難從理論上推導(dǎo)出精確的通用公式。國內(nèi)外各研究機構(gòu)根據(jù)各自經(jīng)驗推導(dǎo)出了不同的公式。主要有前蘇聯(lián)1973年《鍋爐機組熱力計標(biāo)準(zhǔn)方法》經(jīng)驗公式、穆勒曲線、Halstead曲線、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)線同步施工同步投產(chǎn)，煙氣量及成分是根據(jù)燃料組分計算得到，過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(biāo)準(zhǔn)方法》經(jīng)驗公式等可能會引起不小主觀誤差。本文建議采用H.A.Bapahoba公式進行計算。

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%會進一步轉(zhuǎn)變成SO3。隨著煙氣的流動，當(dāng)煙溫小于200℃時，煙氣中的SO3有99%和水蒸氣結(jié)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的主要因素。由上面公式計算結(jié)果見表2。

表2玻璃窯排氣的酸露點

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