燃气热水锅炉尾部受热面低温腐蚀问题及预防措施

    田　龙

    摘要：本文系统的阐述了燃气热水锅炉产生低温腐蚀的原因及其防治措施，旨在保证锅炉高效运行，减少锅炉检修维护费用，延长锅炉使用寿命。

    关键字：燃气热水锅炉；低温腐蚀

    随着经济的发展及环保要求的提高，民用燃料逐渐被液化石油气或天然气替代。目前，我国北方地区常采用小型燃气热水锅炉冬季供暖，但由于供暖周期长，锅炉负荷在供暖期内变化大。为了降低燃气费用，大多数供暖企业在实际运行中都会采取锅炉小负荷输出、低温供水的运行方式。由于排烟温度较低，受热面壁温受锅水温度低的影响，造成受热面壁温比烟气露点温度低，产生大量的冷凝水，使尾部受热面表面产生严重的腐蚀。我公司采用的2台蒸汽式锅炉，投运几年来产生了不同程度的腐蚀问题，对锅炉安全运行造成一定的影响。以下将简单介绍造成锅炉尾部受热面低温腐蚀问题的原因及预防措施。

    1造成锅炉尾部受热面的低温腐蚀问题的原因

    燃气热水锅炉的腐蚀主要有低温腐蚀和化学腐蚀两种。与燃煤锅炉的低温腐蚀相似，燃气锅炉的低温腐蚀也是由于酸性物质引起的一种腐蚀。天然气在燃烧过程中生成的二氧化碳(C+O2→CO2)，遇到冷凝水后水解成碳酸(CO2+H2O→H2CO3)，造成了锅炉的低温腐蚀。由于碳酸显弱酸性且易挥发，所以燃气热水锅炉的低温腐蚀经常被人们所忽略，而没有引起足够的重视。

    化学腐蚀指的是锅炉内金属表面与氧和水发生化学反应所产生的腐蚀，这种腐蚀是活性铁在氧的作用下与炉内的冷凝水反应生成氢氧化亚铁〔2Fe+O2+2H2O→2Fe(OH)2〕，氢氧化亚铁继续与氧气和水发生反应生成氢氧化铁〔4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3〕的过程。氢氧化亚铁在酸碱性溶液中显示不同的酸碱度，在碱性溶液中为显酸性的亚铁酸H2FeO2，在酸性物质中为显碱性的氢氧化亚铁Fe(OH)2。由于冷凝水呈弱酸性，氢氧化亚铁与冷凝水中的碳酸进一步反应生成碳酸亚铁〔Fe(OH)2+H2CO3→FeCO3+2H2O〕；碳酸亚铁继续与碳酸发生中和反应生成重碳酸亚铁〔Fe(OH)2+H2CO3→Fe(HCO3)2〕；最终碳酸亚铁和重碳酸亚铁与冷凝水中的溶解氧发生氧化-还原反应生成氢氧化铁并释放出二氧化碳：

    4Fe(CO)3+O2+6H2O→4Fe(OH)3+4CO2

    4Fe(HCO3)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3+8CO2

    如上述铁的腐蚀过程中二氧化碳起了相当大的作用，当二氧化碳融于水变成碳酸后，碳酸经过加热变成蒸汽直接腐蚀金属的表面使锅炉产生低温腐蚀，主要发生在氢氧化亚铁对金属表面的钝化作用还没有形成以前。随着冷凝水中碳酸浓度的增加，氢氧化铁的生成使锅炉金属表面产生了化学腐蚀，化学腐蚀可以发生在锅炉使用以后的各个阶段。如：在供暖期内的备用锅炉，这时锅炉虽然没有运行，炉内既没有燃烧产物也没有酸性物质的产生，但由于锅炉在备用状态时炉内的水仍然参与循环，这时受热面外表面温度接近锅炉系统的供水温度，从燃烧器鼓风机进口漏入炉膛内的冷空气与受热面接触后就产生了大量的冷凝水。冷凝水中的溶解氧和铁表面发生氧化反应直接生成氢氧化亚铁和氢氧化铁。氢氧化铁是一种棕色胶性粘滑的沉淀物，随着冷凝水中氢氧化铁浓度的增加，它会粘在温度较高的锅炉受热面上使其发生起皮和分层等苛性腐蚀，甚至使受热面产生局部苛性脆化的严重后果。燃气热水锅炉在停止运行时也会发生化学腐蚀，例如：在夏季高温、高湿天气，如果锅炉内存有水，锅炉受热面外表面与炉内的存水温度低于锅炉房室内温度，当含有大量水分、且温度较高的空气与锅筒和烟管内壁表面接触后必然会产生大量的凝结水，造成与备用锅炉的腐蚀过程相同的腐蚀过程。因此，锅炉在停运期间也必须采取有效措施以防止腐蚀的发生。

    2有效预防低温腐蚀的措施

    低温腐蚀和化学腐蚀都是由于冷凝水的存在而产生的，因此，控制锅炉冷凝水的生成是减轻燃气热水锅炉产生腐蚀的关键。目前常采用以下几个措施：

    2.1 降低过量空气系数

    过量空气系数的大小决定了烟气中氧气含量高低，过量空气越大，烟气中的游离氧分子越多。降低过量空气系数，不仅能降低燃气锅炉的热损失、提高热效率，还能降低烟气露点温度，防止低温腐蚀。因此，燃气热水锅炉在投入使用前的调试过程中应进行烟气含氧量的检测，将过量空气系数控制在1.2以下，并在生产运行中特别是燃气压力波动或改变时经常进行检测和校验，以达到控制烟气中氧含量、降低炉内金属表面发生氧化反应的目的。

    2.2 减少锅炉内腔的空气接触

    燃气热水锅炉作为备用锅炉停运时，燃烧器鼓风机进风口风门挡板通常会停止在其停机时的打开位置，这时冷空气会在烟囱的负压作用下继续在炉膛内流动，使锅炉受热面上凝结出冷凝水，造成锅炉的腐蚀。因此，锅炉在按照实际运行需要改为备用炉时，操作人员应在燃烧器停止运转以后观察其风门挡板的位置，并通过给燃烧器程序控制器再一次供电的方法，使燃烧器风门挡板复位后停止在全关闭的位置，通过减少进入锅炉的空气量以降低锅炉内冷凝水的产生。燃气热水锅炉在夏季或长期停运时，除了将燃烧器鼓风机进风口挡板全关闭以外，还应该将锅炉的烟囱出口挡板关闭，如果能用适当的材料将这两个口密封，基本使炉膛与空气隔绝，同时在炉膛内投放足够的干燥剂对锅炉进行干法保养，这将有效地避免锅炉在夏季由于冷凝水而产生的腐蚀。

    2.3 适当提高受热面壁温

    带尾部受热面的燃气锅炉低温腐蚀比较普遍，而且腐蚀程度严重，国内在防止低温腐蚀方面积累了一些经验和方法。要避免低温腐蚀的产生，根本方法是使壁温高于烟气露点，一般为了安全，并考虑到负荷变化和壁温不均，取壁温比露点高5～10℃。由于锅水温度低于管壁温度，而管壁温度低于烟气温度，管壁温度的提高与锅水温度、烟气温度有关，考虑到热损失的制约，烟气温度的提高非常有限。在设计中合理选取排烟温度，在运行中适当控制烟温，提高锅水温度成为一种有效办法。

    2.4 提高锅炉出水温度

    当供热系统有多台锅炉并联运行时,应按照供暖温度的要求,通过控制锅炉运行数量的方法,使系统以尽可能少的锅炉投入运行,运行的锅炉应设定至较高的锅炉出水温度,使锅炉排烟温度高于烟气的露点温度,减少锅炉的低温腐蚀。较高的锅炉出水温度使炉膛温度显著提高,天然气燃烧生成的水能迅速变成水蒸气后通过烟囱排除,避免了冷凝水的出现和化学腐蚀的产生。

    2.5 采用锅炉出水和采暖用户两个温度运行的方式

    提高锅炉的出水温度是避免锅炉产生腐蚀最直接有效的措施之一。在春、秋季节供给用户低温热水，冬季使锅炉以较高出水温度运行，按照供暖温度要求随时调节高温出水供给用户流量，使用户端维持在另一个较低采暖水温度的双温位运行方法。不仅可以满足用户的各种使用温度要求，还能从根本上解决了燃气热水锅炉普遍存在的低温腐蚀问题。

    2.6 使用添加剂

    为防止燃气热水锅炉尾部低温腐蚀常使用各种添加剂，固体类如白云石、锌粉和硅、硼等的氧化物；液体类如氯化镁的水溶液；气体类如氨气等。但是即使同一种添加剂在不同条件下所得到的效果也不相同，这与添加剂的用量、加入方法、均匀分布程度等一系列因素有关。

    参考文献

    [1]张耀荣．浅析燃气锅炉的发展前景[J]．河北煤炭，2008．

    [2]韩明杰，刘金敬．燃气锅炉尾部受热面低温腐蚀的原因及预防措施[J]．冶金动力，2007．

    [3]王传文，张生凯．燃气锅炉受热面低温腐蚀 积灰探析与预防[J]．莱钢科技，2006．

    [4]章宏．浅谈WNS型燃油燃气热水锅炉的低温腐蚀和冷凝水聚集及防止措施[J]．甘肃科技纵横，2005．