动力锅炉烟道腐蚀原因分析及防护对策

摘要：锅炉烟道脱硫单元的低温腐蚀问题在工业中尤为常见，尤其是在烟气脱硫过程中，由于烟气中的酸性成分与低温环境相结合，导致设备及管道表面形成酸性液体，进而引发严重的腐蚀现象。这种腐蚀不仅缩短设备的使用寿命，还增加了维护和运营成本。因此，提出有效的预防方案，避免低温腐蚀问题尤为重要。本文将对动力装置中锅炉烟道脱硫单元的低温腐蚀原因进行深入分析，并提出具体的预防措施。

关键词：低温腐蚀；酸露点计算；烟道腐蚀；防护措施  

Cause analysis of flue corrosion of power boiler and protective measures

Han Weizhou

Abstract  Low-temperature corrosion of boiler flue desulfurization unit is one of the common causes of flue gas desulfurization, especially in the process of flue gas desulfurization, due to the combination of acidic components in the flue gas and low-temperature environment, acidic liquid is formed on the surface of the equipment, which leads to serious corrosion phenomenon. This corrosion not only shortens the service life of the equipment, but also increases maintenance and operating costs. Therefore, it is particularly important to put forward effective preventive measures to avoid low temperature corrosion. In this paper, the causes of low temperature corrosion in flue desulphurization unit of power plant boiler are systematically analyzed, and corresponding preventive measures are proposed.

Keyword  Low temperature corrosion  Acid dew point calculation  Flue corrosion  Protective measure    

一、前言

2023年11月，动力锅炉装置洗涤塔入口烟道发生泄漏。烟道下方区域局部出现裂纹和黑点，并伴随周边区域壁厚减薄现象。为此，对相关泄漏点及减薄严重区域紧急进行贴板处理。2024年6月，动力一站总烟道膨胀节也发生了渗漏。烟道的频繁泄漏很大程度上威胁着动力装置的平稳安全运行。因此，本文将对烟道腐蚀问题的成因进行详细分析，研究相应的防护对策，提出具有针对性的防护措施，提高动力装置锅炉运行安全性。

二、洗涤塔入口烟道布局及运行工况概述

2.1烟道主要参数

表1 洗涤塔入口烟道主要参数

2.2洗涤塔入口烟道布局

图1 洗涤塔入口烟道布局（俯视）

2.2洗涤塔运行工况概述

大庆炼化公司动力装置的锅炉烟气脱硫系统负责处理来自动力一站（1#、2#、3#炉）和动力二站（4#、5#、6#炉）共计六台锅炉排放的烟气。洗涤塔设计能够满足三台锅炉同时运行的条件。锅炉排出的烟气通过引风机进入洗涤塔，采用空塔喷淋技术对烟气进行脱硫处理，降低烟气中的二氧化硫和颗粒物含量，经过洗涤的烟气通过烟道由烟囱排向大气。脱硫过程中产生的废渣由具备资质的厂家进行回收，而废液则经PTU装置处理，净化后的废水进入大庆炼化公司的脱盐水站中和池，再排入卡梁泡外排水管网。

动力装置脱硫烟气系统由1#引风机、2#引风机、3#引风机、4#引风机、5#引风机、6#引风机、1#炉烟道挡板门、2#炉烟道挡板门、3#炉烟道挡板门、4#炉烟道挡板门、5#炉烟道挡板门、#6炉烟道挡板门、动力一站总烟道挡板、动力二站总烟道挡板、挡板门密封风机、烟道组成。

三、烟道腐蚀的宏观分析 

动力装置洗涤塔脱硫设施自2016年投入安装使用，截至目前累计运行时间已达3687小时。烟道外表面涂覆防腐涂料，外层包裹保温层。在对洗涤塔入口烟道泄漏点进行宏观检查时发现，该位置位于烟道的低点，局部腐蚀严重，底部存在长约50mm的裂纹，并且立面底部出现沙眼。泄漏位置渗出刺激性气味液体，周围附着有淡黄色，敲击易碎的结晶颗粒。进一步在该区域其他部位进行测厚检查，发现最薄处仅为1.26mm，远低于烟道原始壁厚5mm，壁厚减薄程度接近75%。此外，动力一站总烟道的膨胀节部位也发生了渗漏，周围同样附着有淡黄色的结晶颗粒，与洗涤塔入口烟道情况类似。

对上述结晶物质的少量样本进行pH值测试，显示结果为酸性。检测分析表明晶体中含有硫酸根、亚硫酸根、氯离子、铜离子和铁离子等成分。判断泄漏原因是由于锅炉内燃料燃烧后形成的烟气介质所引起的烟道低温腐蚀，尤其是在洗涤塔入口这一最低点处，因酸性液体组分浓度较高，造成的腐蚀相对严重。

图2 烟道腐蚀情况

四、低温腐蚀机理

锅炉烟道低温腐蚀的主要原因是烟气中的硫化物，而硫通常来源于燃料的燃烧过程［1］。燃料燃烧后，生成的SO2在高温环境下与氧气反应生成SO3。接着，SO₃与烟气中的水蒸气反应，形成硫酸蒸汽（H2SO4），部分未被转化的SO2也可能与水蒸气反应生成亚硫酸（H2SO3）。化学反应的具体过程如下：

2SO2 + O2 → 2SO3

SO2 + H2O → H2SO3

SO3 + H2O → H2SO4

据有关研究表明，当温度高于200℃～250℃时，SO3和水蒸气的反应速率较低，而当温度降至llO℃或更低后，SO3和水蒸气的反应是很快速的，从而形成硫酸蒸汽。当烟气中的硫酸蒸汽流过低于酸露点温度的受热面时，会迅速凝结成酸性液体，附着在金属表面上并引发腐蚀，其浓度随时间的延长而增加。这种酸性腐蚀不仅会使金属表面不断减薄，还可能在应力的共同作用下，诱发应力腐蚀开裂。

酸露点温度简介

锅炉尾部烟道受热面的最低壁温如果低于烟气的酸露点温度，烟气中的酸性成分会析出，直接腐蚀烟道表面，最终可能导致局部泄漏，威胁锅炉的安全稳定运行。为有效避免低温腐蚀问题，最根本的方法是确保烟道壁温始终高于酸露点温度［2］。因此，在设计和运行中应尽可能将烟道壁温控制在酸露点之上。考虑到烟道壁温和负荷变化不均，通常建议壁温保持在露点温度以上5℃至10℃的范围内，以降低酸液凝结的风险。

六、动力一站总烟道膨胀节腐蚀根本原因及防护措施

6.1动力一站总烟道膨胀节腐蚀根本原因

近期动力一站锅炉目前全部处于备用状态，烟道挡板关闭，烟道内不流动烟气。因此动力一站烟道壁温受环境气温影响保持在约20℃左右。烟道挡板结构由门板、密封材料、传动装置和支撑结构等组成，主要用于调节锅炉的排烟流量。由于动力一站总烟道挡板密封胶条存在老化现象，密封效果大幅下降，导致动力二站的烟气反窜至动力一站烟道内。

当含有硫酸蒸汽的烟气流进入动力一站烟道后，烟道内温度远低于烟气的酸露点，使得烟气中的硫酸蒸汽迅速凝结成酸液。由于动力一站烟道的结构特点，酸液易于聚集在低点区域，特别是在膨胀节部位，长期积累下会引发严重的低温腐蚀。

图3烟道挡板开关状态

6.2防护措施

定期检查和更换老化的密封胶条，确保挡板密封性能良好，防止烟气反窜至备用烟道中，从源头上减少酸性烟气的侵入风险。

在烟道低点处增加排水装置，及时清除可能积聚的酸液，同时定期进行清洗，以减少腐蚀性物质的滞留。

通过以上防护措施的实施，可以有效降低动力一站烟道膨胀节的低温腐蚀风险，确保锅炉系统的稳定运行并延长其使用寿命。

七、洗涤塔入口烟道酸露点计算

酸露点温度的精确计算是低温腐蚀防护中的关键［3］。Müller在1959年首次利用热力学关系式计算了含低浓度H2SO4蒸汽的烟气的酸露点温度，后续这一成果得到了许多研究者的实验证实，被广泛应用于酸露点测量方法的评估之中。基于Müller的研究成果，酸露点温度的计算主要依赖于Müller曲线法及其拟合回归方程。

酸露点计算方法依赖于烟气中SO₃气体的浓度，在动力装置锅炉的任何正常负荷范围内，SO2/SO3 转化率通常不超过2%。因此，在后续计算中，统一采用2%的转化率，确保所得的酸露点结果具有稳定性和适用性。

图4 Müller酸露点曲线图

    拟合回归方程：tsld＝116.5515＋16.03329㏒VSO3＋1.05377(㏒VSO3)2

    式中：VSO3--烟气中SO3体积百万分率。

    通过收集2024年动力装置锅炉烟气流量、SO2含量、H2O含量等数据、计算1月至10月烟气酸露点月均值，采用理论分析和数值计算相结合的方法，得出以下数据(见表1、2)。  

表1 动力装置洗涤塔入口排放指标月均值

表2 动力装置洗涤塔入口烟气露点月均值

对比烟气露点月均值和2024年1-10月每日洗涤塔入口烟道排放数据，统计得到洗涤塔入口烟道温度低于酸露点温度的日期。见表3。

表3 1-10月锅炉排烟温度低于酸露点温度日期统计

上述日期，洗涤塔入口烟道发生低温腐蚀的程度最大。从上表3得知，锅炉排烟温度低于酸露点的日期主要集中在6月份，因此6月份锅炉排烟数据较其他月份更具代表性。期间，动力装置仅运行4#炉一台锅炉，调取锅炉排烟温度历史趋势，统计上述日期锅炉尾部烟道最低排烟温度。计算从锅炉尾部到洗涤塔入口这段区域损失的烟温。见表4。

表4 6月锅炉尾部烟道至洗涤塔入口烟道区域温差

根据表4的分析，除去2024年6月3日的异常数据，洗涤塔入口烟气温度与酸露点温度相差仅约5℃左右。进一步观察，锅炉尾部烟道至洗涤塔入口区域的温度普遍降低了约10℃左右。这种温度变化为烟道的腐蚀提供了有利条件，因此需要采取有效的防护对策来降低腐蚀风险。

八、洗涤塔入口烟道腐蚀防护对策

脱硫单元烟道腐蚀环境复杂，从文献资料查阅，防腐工作大致可分为必要的工艺防护、合理的设备防护、严格的操作控制等。

6.1工艺防护

6.1.1避免锅炉低负荷运行

锅炉在低负荷状态下，其露点温度相应降低，更易导致排烟温度低于露点，从而引发或加重尾部烟道的低温腐蚀。因此，应尽量保持锅炉负荷在适当范围内，避免长时间处于低负荷运行。然而，由于动力装置锅炉负荷需根据生产需求不断调整，保持长期稳定负荷并不现实。

6.1.2提高排烟温度

将排烟温度提高至硫酸蒸汽的露点以上，可以高效地避免烟道低温腐蚀现象；但排烟温度的提高，必将带来锅炉热效率的下降，需综合考虑效益与安全。

6.1.3保持低氧燃烧

氧是促进SO₂转化为SO3的一个主要因素，严格控制烟气中的氧含量可以有效抑制SO3的生成，从而降低空气过剩系数。低氧燃烧还可以降低引、送风机电耗,是一种经济效益很高和很有发展前景的技术措施［4］。然而，在实施过程中需注意炉膛燃烧是否充分，以防止因燃料燃烧不充分而导致的其他问题。

6.1.4控制燃料

控制燃料中的硫含量是从根本上解决低温腐蚀问题的重要手段。通过加强炼油工艺的控制，要求操作人员严格按照相关标准进行操作，确保含硫燃料的脱硫过程细致入微，减少硫酸导致的腐蚀风险。与近年来动力装置使用的燃料比较，瓦斯的含硫量最低，主要由甲烷（CH4）构成，且仅含有少量硫化氢（H2S），对锅炉低温腐蚀的影响最小。抽出油的含硫量次之，其成分主要由石油裂解后的残油组成，含有一定比例的硫化物和金属杂质。油浆的含硫量则最高，通常在2%至4%之间，含有较高比例的杂质，对低温腐蚀的影响较大。在实际使用中，推荐优先使用瓦斯燃料，其次是抽出油，以降低低温腐蚀的发生概率。

6.1.5增加烟道温度

如表4分析所述，锅炉尾部烟道至洗涤塔入口区域的温度普遍降低约10℃左右，而洗涤塔入口的烟气温度与酸露点温度相差约5℃左右。考虑到烟道壁温和负荷变化不均，确保烟道壁温高于露点5℃至10℃，建议为烟道加装伴热线，以将壁温提高20℃以上。该措施不仅简单易行，而且成本较低，预期效益显著。

6.2设备防护

为降低烟道的露点腐蚀风险，还应从烟道防腐材料的选择及清洗措施入手，延长烟道的使用寿命，从而减少资源浪费。以下是几项主要的防腐措施：

6.2.1烟道内加装玻璃鳞片衬里

由于整体采用耐腐蚀材料的造价较高，目前普遍采用碳钢作为基体，结合经济实惠的非金属耐腐蚀材料作为衬里，是目前烟气脱硫系统防腐的一种主要的通用方法［5］。

目前火电厂烟气脱硫防腐主要采用玻璃鳞片衬里，其主要是由一定片径的玻璃鳞片与一定厚度的乙烯基酯树脂混合制成，并添加其他功能性助剂，最后以喷涂或涂抹的方式涂覆于金属表面，形成防腐涂层。玻璃鳞片具有优良的耐化学介质、高温湿态腐蚀性能，可以充分抵挡高温及温度骤变，耐磨性也较好。其水蒸气渗透率低、硬化收缩率小，线性膨胀率低。

玻璃鳞片通常在工厂内完成配制，现场施工则采用机械喷涂或人工涂抹，硬化过程在常温下进行，施工简便且易于修补，具有良好的经济性，因而成为烟气脱硫防腐的首选技术。

6.2.2烟道清洗

烟道低温受热面上凝结的硫酸液体会粘附烟气中的灰尘，形成难以清除的灰垢，严重时会导致烟气通道不畅甚至堵塞。因此，建议在停工检修期间定期对易腐蚀区域进行清洗，以保持烟道的清洁，减少烟气与其他物质接触的机会，从而有效降低腐蚀风险。通过定期维护与清洗，可以确保设备的正常运行，延长使用寿命。

参 考 文 献

[1]田龙.燃气热水锅炉尾部受热面低温腐蚀问题及预防措施[D].中国心技术新产品，2009(6)．

[2]闫爱忠.脱硫单元的设备腐蚀事故分析及防护措施[J].安全健康和环境,2008.8(9):5-7.

[3]蔡健辉．浅析火电厂锅炉尾部受热面低温腐蚀及防护措施[J]．中国高新技术企业，2013.

[4]刘福生,范艳霞．电站锅炉尾部受热面低温腐蚀案例分析及结论[J]．科技经济导刊，2015. 

[5]夏克尔·艾尼.电厂锅炉脱硫脱硝系统运行存在的问题和处理措施[J].百科论坛电子杂志,2020,2(12):1763.