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水泥窑余热锅炉的安全运行及预防措施

文章作者:艺能锅炉   发布时间:2019-01-23
水泥窑余热锅炉受热面在周围介质(空气、烟气、锅炉水、水蒸气等)的作用下,发生化学或电化学反应而引起金属破坏的现象称为腐蚀
水泥窑余热锅炉受热面在周围介质(空气、烟气、锅炉水、水蒸气等)的作用下,发生化学或电化学反应而引起金属破坏的现象称为腐蚀。腐蚀一旦发生,对余热锅炉的运行危害。余热锅炉作为水泥行业节能降耗的动力设备,其所使用的热源以水泥窑锻烧排出的余热烟气为主。许多水泥窑生产线和余热锅炉同步建设使用,余热锅炉的设计烟气参数采用的是水泥窑设计时的产量烟气参数。
目前大部分水泥窑在投入运行后,其实际产能远远大于设计值。受水泥窑产能大幅度提高的影响,余热锅炉的进风烟气温度也会发生变化,这样就造成余热锅炉烟气温度偏离了设计值。通常窑头余热锅炉温度会高于设计值,而窑尾余热锅炉温度则随着投料量的增加而逐渐降低。由于锅炉运行参数偏离设计值运行,许多水泥企业出现窑头余热锅炉高温烟风磨损和窑尾余热锅炉低温含氧腐蚀损坏的案例,影响到企业的正常生产,运行成本也有所增加。
(1)氧腐蚀:在气水系统中,较易发生的金属腐蚀是钢材受到水中溶解氧的腐蚀。铁受水中溶解氧的腐蚀,是一种电化学腐蚀,铁与氧形成两个电极,组成腐蚀电池,铁的电极电位总是比氧的电极电位低,所以在铁氧腐蚀电池中铁是阳极。此外,氧还能将溶于水中的Fe(OH)z氧 化,生成Fe(OH)2沉淀,从而加快腐蚀。其特征是,在表面形成许多小型鼓包,其直径自1~30mm不等,这种腐蚀为溃疡腐蚀。
(2)酸腐蚀:锅炉金属的酸腐蚀是指由H+引起的腐蚀。某些物质随给水带入锅炉内,在锅炉内分 解、降解和水解时,就有可能产生酸性物质,如水中碳酸盐、物等都可能引起酸性腐蚀,酸腐蚀主要是二氧 化碳腐蚀。
锅炉给水系统中的碳酸盐进入锅炉后,会发生热分 解,放出CO2。 CO2对钢铁的腐蚀一般为均匀腐蚀,使金属均匀地变薄。因为CO2对钢铁的腐蚀产物是可溶性的金属碳酸氢盐,可溶于水,所以在金属表面上没有腐蚀产物积累,而且随着H+的消耗,弱酸( H2CO3)继续进行电离,补充水中消耗的H+,这些都有利于产生均匀腐蚀。因为窑尾余热锅炉的水处理通常是通过软化和锅炉内药剂处理,给水和锅炉水中pH值足够大,有的缓冲能力,一般不会发生CO2的酸性腐蚀。
(3)水蒸气腐蚀:是指高度过热的蒸气,与钢铁发生化学反应而引起的一种化学腐蚀,这种腐蚀大多在过热器中发生。
(4)应力腐蚀:锅炉金属的应力腐蚀是指金属在应力和腐蚀性介质的共同作用下产生的一种腐蚀形式,它通常包括应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳和苛性脆化等。该腐蚀多发生在焊缝或焊接热影响区。
(5)沉淀物下腐蚀:正常的运行情况下,锅炉水的pH值在9一11左右,这时在金属的表面上会形成一层很致密的FesOa保护膜,不会发生严重的腐蚀现象。但是当锅炉受热面上有沉积物存在时,由于传热不良,沉淀物下的金属壁温升高,锅炉水蒸发浓缩,从而产生酸性腐蚀、碱性腐蚀和电化学腐蚀,统称为沉淀物下腐蚀。当锅炉水pH值低于8时,pH越小,腐蚀越快。由于H+起到去极化作用,而且反应产物都是易溶的,不易形成保护膜。当锅炉水pH值高于13时,pH越大,腐蚀越快。
在正常运行条件下,锅炉水的pH值经常能保持在正常的9~11之间,一旦金属表面结垢,出现沉积物,沉积物下的锅炉水在高温下高度浓缩,从而具备的腐蚀性,使锅炉金属遭到侵蚀。
根据前述5种常见锅炉腐蚀,分析窑尾余热锅炉发生腐蚀的原因,第 一个可以排除的是应力腐蚀,发生腐蚀的位置并不是集中在焊缝处。个可以排除的是水蒸气腐蚀,腐蚀位置也并非发生在过热器。第三个可以排除酸腐蚀的可能性,因为锅炉水pH值在10~11之间,而且pH值是一个容易测量且不容易测量出错的数值。另外,酸腐蚀一旦发生,窑头锅炉也不会幸免。因此,氧腐蚀和沉淀物下腐蚀是导致窑尾余热锅炉发生腐蚀的两个可能因素。从腐蚀的形态来看,氧腐蚀比较相符。
当然,发生氧腐蚀的较根本原因还是氧元素溶解入锅炉水中所致,那么会有一个疑问,为什么窑尾余热锅炉发生了腐蚀,而窑头余热锅炉并未发生同样的腐蚀。这与锅炉的结构和运行参数有关系,窑尾余热锅炉是光管结构,在窑产量提升后,烟气运行的温度,由原设计参数330℃降到275~290℃,长期运行。该运行温度远偏离设计值。由于光管没有受热面加强传热且温度值偏低,则管内气水转化速度较设计温度低很多。而窑头锅炉为翅片管结构,烟气运行温度为450℃左右,其换热面有翅片传热,因此汽化速度较窑尾余热锅炉高很多。另外,余热锅炉给水不可能100%除氧,对于水气滞留的位置氧腐蚀更容易发生,所以氧腐蚀发生在窑尾余热锅炉,而不会发生在窑头余热锅炉的现象是成立的。
窑尾余热锅炉管束长时间低于设计烟风温度运行(设计烟温330℃,实际烟风温度285℃ ),致使管束循环流速长期低于设计值,管束内壁由于水气滞留,氧腐蚀严重,造成多次泄漏。经与设计院、锅炉厂沟通,为窑尾余热锅炉运行及发电量正常,需对该炉管束重新设计改造。
窑尾余热锅炉蒸发器共五层,由上向下排序为1,2,3,4,5层。为了加快管束内的气水循环,其中第 一层原设计较上部一排管束带有倾角。因为管束内的水循环速度由5层到1层依次递减,所以第 一层的循环速度较慢。再加上SP炉入口温度在285℃左右,远远低于设计值330℃,使循环速度进一步降低,造成管束内壁由于水气滞留,氧腐蚀严重。为了避免水气滞留造成氧腐蚀,对锅炉2,3层重新按照1层方式设计,较上部一排管束带有倾角。而4,5层管束循环流速很高,无需改变原设计。
由于余热锅炉运行环境,温度、压力以及腐蚀性介质使其相应部件具备产生多种腐蚀的条件。除低温腐蚀外,还有气水腐蚀、溶解氧腐蚀、氢腐蚀、游离CO2腐蚀、沉积物垢下腐蚀、灰垢腐蚀、应力腐蚀等。只有充分认识产生这些腐蚀的原因,才能采取的预防措施,使锅炉免遭腐蚀破坏。锅炉的腐蚀往往是一种综合性的问题,多种腐蚀同时出现,可相互,也可互为因果。因此,在采取预防措施前需要系统地分析腐蚀原因,进行综合治理。
 
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