鍋爐的高效運轉(zhuǎn),往往將我們的目光牢牢吸引在爐膛燃燒的核心地帶。然而,真正的危機常常潛伏在容易被忽略的“低溫戰(zhàn)區(qū)”——尾部煙道。當(dāng)高溫?zé)煔夤鼟吨魵馀c酸性氣體流經(jīng)省煤器、空氣預(yù)熱器等尾部受熱面時,溫度逐漸下降。一旦煙溫跌破一個關(guān)鍵的臨界值——煙氣露點,一場悄無聲息卻破壞力巨大的腐蝕戰(zhàn)役便正式打響。
氣態(tài)介質(zhì)瞬間凝結(jié)成腐蝕性極強的液膜,牢牢附著在金屬表面,持續(xù)侵蝕設(shè)備結(jié)構(gòu)。這不僅會削弱鍋爐壽命,導(dǎo)致頻繁的維修與部件更換,更暗藏著巨大的安全隱患與嚴(yán)重的能效損耗。要真正探究尾部腐蝕的根源,我們必須首先讀懂這場危機的“啟動開關(guān)”:煙氣露點。
一、什么是煙氣露點?
通俗來講,煙氣露點是指煙氣中的水蒸氣開始凝結(jié)成液態(tài)水的溫度。但這僅僅是理想情況下的“熱力學(xué)露點”或“水露點”。例如,在燃油鍋爐中,煙氣水蒸氣分壓約為0.08~0.14個絕對大氣壓,其熱力學(xué)露點僅在41~52℃之間。如果腐蝕僅由水引起,問題將簡單得多。
真正的罪魁禍?zhǔn)祝亲屵@個露點溫度大幅飆升的幕后推手——硫酸。
二、煙氣露點與哪些因素有關(guān)?兩大核心因素深度解析
煙氣露點并非固定不變,它主要受以下兩大核心因素的支配:
1.水蒸氣含量(基礎(chǔ)露點)
這是決定露點的基本面。煙氣中的水蒸氣含量越高,其分壓就越大,水蒸氣本身開始凝結(jié)的溫度(熱力學(xué)露點)也就越高。但這只是奠定了基礎(chǔ),通常不是導(dǎo)致嚴(yán)重腐蝕的主因。
2.燃料含硫量與硫酸蒸氣(露點飆升的關(guān)鍵)
這是導(dǎo)致露點急劇升高、引發(fā)強腐蝕的核心機制。其過程如下:
硫酸的生成:燃料中的硫在燃燒時首先生成二氧化硫(SO?),其中一小部分(約1%~2%)在煙道中會進一步氧化成三氧化硫(SO?)。
露點的劇變:三氧化硫與煙氣中的水蒸氣迅速結(jié)合,形成硫酸蒸氣(H?SO?vapor)。硫酸蒸氣的凝結(jié)溫度遠(yuǎn)高于水蒸氣。例如,當(dāng)煙氣中硫酸蒸氣的濃度達到10%時,露點可飆升至驚人的190℃左右。
腐蝕的發(fā)生:當(dāng)尾部受熱面的金屬壁溫低于這個被抬高的“硫酸露點”時,硫酸蒸氣便會迅速凝結(jié)成濃硫酸液膜,對金屬產(chǎn)生強烈的腐蝕作用。
值得注意的是,影響這個過程的還有幾個重要變量:
過量空氣系數(shù)(α):過量的空氣越多,為SO?向SO?的轉(zhuǎn)化提供了更充足的氧氣,會導(dǎo)致更多的SO?生成,從而進一步提高露點。
燃燒方式與燃料類型(燃煤vs.燃油):這是一個至關(guān)重要的對比。
燃煤鍋爐:煤粉爐燃燒時,煤中約90%的灰分以飛灰形式存在于煙氣中。這些飛灰具有強大的吸附作用,能有效捕捉并固定一部分硫酸蒸氣,從而顯著降低煙氣中游離硫酸蒸氣的濃度,使實際煙氣露點下降。
燃油鍋爐:燃油中灰分含量極微,煙氣幾乎不具備吸附硫酸蒸氣的能力。因此,即使含硫量相同,燃油鍋爐的煙氣露點也明顯高于燃煤鍋爐,其尾部受熱面的低溫腐蝕問題也往往嚴(yán)重得多。
三、總結(jié)與應(yīng)對策略
綜上所述,鍋爐尾部腐蝕的根源在于金屬壁溫低于硫酸露點。而硫酸露點的高度,直接由燃料含硫量、過量空氣系數(shù)以及燃料類型(灰分含量)共同決定。
要有效防范這場“低溫地帶的隱形危機”,我們必須:
控制源頭:優(yōu)先選用低硫燃料,這是最根本的解決之道。
優(yōu)化燃燒:精確控制過量空氣系數(shù),在保證完全燃燒的前提下,盡量減少多余的空氣,以抑制SO?的生成。
提高壁溫:通過設(shè)計優(yōu)化和運行調(diào)整,確保尾部受熱面的最低壁溫始終高于當(dāng)前燃料下的實際煙氣露點,從而避免凝結(jié)的發(fā)生。
材料升級:對于無法避免低溫區(qū)的部位(如空氣預(yù)熱器冷端),采用耐腐蝕材料(如搪瓷管、考登鋼)或涂覆防腐涂層。
讀懂煙氣露點的“臨界密碼”,就等于掌握了預(yù)測和防范鍋爐尾部腐蝕的主動權(quán)。唯有將關(guān)注點從爐膛的“高溫核心”延伸至煙道的“低溫地帶”,才能確保鍋爐在全生命周期內(nèi)安全、高效、長壽地運行。
