支元珍

（濟(jì)南鍋爐集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南250023）

　　摘要：實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器是設(shè)備整體最容易發(fā)生腐蝕問(wèn)題的一個(gè)部分，而一旦這一部分發(fā)生腐蝕問(wèn)題，不僅生物質(zhì)鍋爐整體的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)受到影響，與此同時(shí)，還會(huì)直接影響最終的生產(chǎn)效果。要解決生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器發(fā)生腐蝕的問(wèn)題，首先要明確腐蝕問(wèn)題的發(fā)生原因，然后采用有針對(duì)性的措施解決生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器發(fā)生腐蝕的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，全面提升生物質(zhì)鍋爐整體的運(yùn)轉(zhuǎn)效益和使用壽命。

　　前言

　　社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，各行各業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于能源的需求也在持續(xù)增加，而煤炭、石油均屬于不可再生能源，天然氣生成周期相對(duì)較長(zhǎng)，在此過(guò)程中，生物質(zhì)能源開(kāi)始越來(lái)越多地受到了人們的關(guān)注。相比于其他類型的能源，生物質(zhì)能源不僅具有清潔的特點(diǎn)，與此同時(shí)，這種能源還能夠真正實(shí)現(xiàn)固廢利用，最大限度地滿足環(huán)保所需。但是，生物質(zhì)鍋爐在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，高溫過(guò)熱器發(fā)生腐蝕的問(wèn)題也開(kāi)始越來(lái)越多地受到了人們的關(guān)注，其一方面會(huì)影響生物質(zhì)鍋爐整體的工作效率，另一方面也會(huì)對(duì)生物質(zhì)鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的安全性產(chǎn)生影響，因此，必須采取有效措施予以解決。

　　1生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱腐蝕問(wèn)題出現(xiàn)的原因

　　1.1過(guò)熱器管外壁在腐蝕的作用下逐漸變薄

　　從生物質(zhì)自身的特性來(lái)講，堿金屬含量較高是最突出的一個(gè)特點(diǎn)，而在實(shí)際燃燒生物質(zhì)的過(guò)程中，草類生物質(zhì)原料還會(huì)產(chǎn)生大量的氯元素，氯元素在與堿金屬元素相結(jié)合的過(guò)程中，導(dǎo)致煙氣中會(huì)包含大量的具有較高揮發(fā)性的化學(xué)物質(zhì)，在均相反應(yīng)的作用下，由于此時(shí)高溫過(guò)熱器管壁的溫度相對(duì)較高，因此，導(dǎo)致生成的化學(xué)物質(zhì)在高溫過(guò)熱器的管壁上逐漸凝結(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致高溫過(guò)熱器腐蝕問(wèn)題的發(fā)生[1]。而在持續(xù)不斷的腐蝕作用下，高溫過(guò)熱器管壁會(huì)逐漸變薄，因此，在工作過(guò)程中的安全隱患也會(huì)持續(xù)提升。

　　在腐蝕問(wèn)題的實(shí)際發(fā)生過(guò)程中，氯元素是顯性的催化劑，它會(huì)置換金屬管壁內(nèi)部的鐵或鉻元素，進(jìn)而加快關(guān)閉的腐蝕速度。從腐蝕物來(lái)源的角度來(lái)看，但生物燃料進(jìn)入鍋爐的那一刻，只要燃料內(nèi)部含有氯元素以及堿金屬元素，在管壁溫度處于一定范圍的情況下，腐蝕問(wèn)題的發(fā)生就成了必然。而一旦腐蝕問(wèn)題發(fā)生，抑制難度整體較高。

　　圖1為過(guò)熱器管外壁腐蝕情況的展示，通過(guò)分析可以得出結(jié)論，過(guò)熱器管外部越薄的位置，腐蝕的程度越嚴(yán)重，由此可見(jiàn)，一旦發(fā)生過(guò)熱氣管外壁變薄的問(wèn)題，就會(huì)出現(xiàn)惡性循環(huán)，管外壁變薄導(dǎo)致腐蝕作用加劇，腐蝕作用下管外壁進(jìn)一步變薄，進(jìn)而嚴(yán)重影響過(guò)熱氣管的使用壽命。

　　1.2在合適的溫度條件下腐蝕作用加劇

　　生物質(zhì)鍋爐在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)腐蝕問(wèn)題發(fā)生的條件進(jìn)行分析，研究人員發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)問(wèn)題，在蒸汽溫度不超過(guò)490攝氏度的情況下，高溫過(guò)熱器的腐蝕速度會(huì)大幅度降低，而一旦蒸汽溫度超過(guò)550度，高溫過(guò)熱器的腐蝕速度則會(huì)進(jìn)一步加快。與此同時(shí)，高溫過(guò)熱器管道的后段的腐蝕情況要高于前段的腐蝕情況。在蒸汽溫度不超過(guò)450度的情況下，管壁腐蝕屬正常情況，日常維護(hù)過(guò)程中可忽略不計(jì)，而當(dāng)蒸汽溫度超過(guò)490度的情況下，管壁的腐蝕速度會(huì)逐漸增加，溫度越高，增加速度越快[2]。通過(guò)對(duì)腐蝕溫度區(qū)間進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論，高溫過(guò)熱器腐蝕溫度增加區(qū)間與氯化物的熔融溫度區(qū)間以及堿金屬的熔融溫度區(qū)間保持高度一致，由此可見(jiàn)，高溫過(guò)熱器腐蝕問(wèn)題的發(fā)生與氯化物以及堿金屬元素依然具有十分重要的聯(lián)系。

　　1.3過(guò)熱器管內(nèi)壁氧化會(huì)加劇管壁的晶間發(fā)生腐蝕作用

　　通過(guò)分析過(guò)熱器管斷口位置的金相情況，研究人員發(fā)現(xiàn)在過(guò)熱器管內(nèi)壁位置存在厚度較高的氧化皮層，且部分氧化皮層已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)了脫落和開(kāi)裂的問(wèn)題。在氧化皮層過(guò)厚的情況下，過(guò)熱器的導(dǎo)熱作用會(huì)受到抑制，導(dǎo)致過(guò)熱器局部位置出現(xiàn)溫度過(guò)高的情況。在上述作用下，管壁的晶間腐蝕作用會(huì)進(jìn)一步加劇，氧化皮層的脫落速度和開(kāi)裂速度會(huì)進(jìn)一步加快，進(jìn)而加速過(guò)熱器管內(nèi)部堵塞，導(dǎo)致局部過(guò)熱問(wèn)題加劇，若未采取有效措施進(jìn)行處理的情況下，最終的結(jié)果就是在管壁最薄的位置出現(xiàn)爆管的問(wèn)題[3]。具體反應(yīng)發(fā)生過(guò)程如圖2所示。

　　1.4過(guò)熱器強(qiáng)度以及過(guò)熱器的厚度為腐蝕創(chuàng)造良好條件

　　當(dāng)過(guò)熱器管開(kāi)始發(fā)生斷裂問(wèn)題的時(shí)候，通常情況下，斷裂的開(kāi)口處都處于管壁最薄的位置，針對(duì)這一情況，做好過(guò)熱器管壁各個(gè)位置的承壓值計(jì)算就顯得十分有必要，合理計(jì)算其強(qiáng)度，能夠判斷過(guò)熱器管后期的使用壽命。但是，在實(shí)際操作的過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)熱器承壓強(qiáng)度以及過(guò)熱器的管壁厚度無(wú)法實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的情況，在這樣的情況下，腐蝕問(wèn)題的發(fā)生概率會(huì)進(jìn)一步增加，因此，在對(duì)生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器腐蝕問(wèn)題進(jìn)行處理的過(guò)程中，上述問(wèn)題需重點(diǎn)注意，否則，會(huì)使生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器的正常工作受到嚴(yán)重影響。

　　2生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱腐蝕問(wèn)題的解決對(duì)策

　　2.1做好三級(jí)過(guò)熱器溫控方面的工作

　　研究顯示，過(guò)熱器溫度是影響腐蝕速度的一個(gè)重要因素，因此，要想最大限度地避免生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器發(fā)生腐蝕的問(wèn)題，能夠?qū)⒏g的速度控制在可控的范圍之內(nèi)，做好高溫過(guò)熱器的溫控工作十分有必要[4]。本次研究中，研究人員主要采取三級(jí)過(guò)熱氣溫控的方式來(lái)防止過(guò)熱器管壁發(fā)生腐蝕的問(wèn)題。首先，在機(jī)組運(yùn)行的最初階段，上料系統(tǒng)在工作過(guò)程中的穩(wěn)定性還存在諸多不足，因此，復(fù)合控制難度整體較大，堵料問(wèn)題的發(fā)生概率較高，加之在攪拌生物質(zhì)燃料的過(guò)程中，由于不同類型的生物質(zhì)燃料在參配過(guò)程中存在不均勻的問(wèn)題，嚴(yán)重影響進(jìn)入鍋爐燃料熱值得穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)熱器出現(xiàn)溫度過(guò)高的問(wèn)題，研究顯示，過(guò)熱器內(nèi)部最高溫度可超過(guò)600攝氏度，這也是導(dǎo)致過(guò)熱器腐蝕問(wèn)題發(fā)生的一個(gè)最主要因素。而隨著上料系統(tǒng)完善程度的逐漸提升，過(guò)熱器溫度控制工作的開(kāi)展精準(zhǔn)度也會(huì)相應(yīng)增加，在此基礎(chǔ)上，有效避免過(guò)熱器溫度過(guò)高的情況出現(xiàn)。與此同時(shí)，根據(jù)過(guò)熱器工作過(guò)程中不同階段的情況，研究人員建立了三級(jí)溫度報(bào)警機(jī)制，并將其納入指標(biāo)考核的范圍之內(nèi)，不僅要做好溫度控制工作，同時(shí)需要做好超溫度范圍時(shí)間控制工作。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)階段我機(jī)構(gòu)所有使用的鍋爐過(guò)熱器進(jìn)行更換，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，性能表現(xiàn)良好，過(guò)熱器管壁的腐蝕速度有了大幅度延緩。

　　2.2根據(jù)實(shí)際需要改造吹灰汽源

　　要想有效避免生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器腐蝕過(guò)快問(wèn)題的發(fā)生，降低爆管問(wèn)題的發(fā)生概率，對(duì)蒸汽吹灰汽源進(jìn)行改造也是一個(gè)十分重要的因素。在吹灰汽源壓力過(guò)高、含水量較大的情況下，過(guò)熱器在工作的過(guò)程中也會(huì)相應(yīng)的受到影響，改造過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面的問(wèn)題：

　　首先，汽包的飽和蒸汽是吹灰汽源的蒸汽的最主要來(lái)源，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行減壓處理，蒸汽會(huì)流入吹灰分汽缸[5]。通常情況下，會(huì)將氣缸壓力設(shè)置為1MPa，此時(shí)，蒸汽溫度會(huì)達(dá)到飽和，但是在這樣的情況下，疏水排放的難度較高，進(jìn)而導(dǎo)致蒸汽中的含水量加大。而在使用三級(jí)過(guò)熱器的過(guò)程中，由于溫度整體較高，因此，非常容易產(chǎn)生熱疲勞的問(wèn)題，進(jìn)而加大水的動(dòng)能，加快管壁的吹損速度。

　　其次，由于飽和蒸汽主要來(lái)自于汽包，雖然已經(jīng)經(jīng)過(guò)減壓處理，壓力得到了大幅度降低，但是，仍然很難全面控制吹灰壓力。在壓力控制方式不當(dāng)?shù)那闆r下，蒸汽壓力還會(huì)相應(yīng)增加，加快過(guò)熱器管道磨損速度。

　　針對(duì)上述問(wèn)題，鍋爐生產(chǎn)單位給出如下建議，每隔8小時(shí)對(duì)鍋爐的受熱部位進(jìn)行一次循環(huán)吹灰，與此同時(shí)，有效改造吹灰汽源，吹灰過(guò)程中使用母管過(guò)熱器蒸汽，使過(guò)熱器管壁的溫度以及吹灰蒸汽的溫度能夠最大限度地保持一致。在此基礎(chǔ)上，合理調(diào)整疏水時(shí)間，以溫度控制為主，使蒸汽的溫度能夠保證達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行吹灰頻率的調(diào)整，在此基礎(chǔ)上，使吹灰工作的開(kāi)展能夠使高溫過(guò)熱器所受到的影響降到最低。

　　2.3合理控制燃料內(nèi)部的含水量

　　生物質(zhì)鍋爐在實(shí)際燃燒的過(guò)程中，由于燃料普遍具有較高的含水量，而一旦含水量較高的燃料進(jìn)入到鍋爐之后，著火的速度也會(huì)相應(yīng)變慢，進(jìn)入加快爐內(nèi)的硫化速度，導(dǎo)致燃燒速度加快，影響燃料的燃燒速度，在燃料的熱值無(wú)法得到充分發(fā)揮的情況下，往往會(huì)消耗更多燃料。與此同時(shí)，著火速度變慢也會(huì)在一定程度上增加爐膛上部的溫度，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)熱蒸汽超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在過(guò)熱器管壁溫度過(guò)高的情況下。因此，要想切實(shí)保證鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，必須保證燃料的水分含量在可控的范圍之內(nèi)，首先，在收購(gòu)燃料的過(guò)程中需要控制好含水量，尤其是針對(duì)人類加水的問(wèn)題，需嚴(yán)格杜絕，與此同時(shí)，在保存生物燃料的過(guò)程中去做好防水工作，進(jìn)而有效避免燃料含水量過(guò)高的問(wèn)題。

　　2.4合理選擇管材材料

　　管材材料的選擇也是避免生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器腐蝕過(guò)快問(wèn)題的一個(gè)重要影響因素，在進(jìn)行改造或設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，一方面需要對(duì)材料的成本價(jià)格進(jìn)行考量，另一方面需要考慮更換成本以及停機(jī)的損失，管材需具備較強(qiáng)的耐氯腐蝕性，例如，現(xiàn)階段市場(chǎng)上常見(jiàn)的Super304、TP347H材料都具有較強(qiáng)的耐氯性能。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，生物質(zhì)鍋爐在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)高溫過(guò)熱器發(fā)生腐蝕問(wèn)題的原因進(jìn)行分析，提出有針對(duì)性的解決策略，與此同時(shí)，實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中收到了較好的效果。但是，針對(duì)其中存在的一些問(wèn)題仍然沒(méi)有得以有效解決，還需要在今后的工作中加強(qiáng)研究，為生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器整體使用壽命的提升打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]陳福東.生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器管腐蝕機(jī)理的研究及對(duì)策[J].鍋爐制造，2018（05）：40-42.

　　[2]李允龍.過(guò)熱器腐蝕問(wèn)題與有效防范措施[J].設(shè)備管理與維修，2018（08）：190-192.

　　[3]周振華，薛東劍，羅昭強(qiáng)，等.生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器腐蝕失效分析[J].熱能動(dòng)力工程，2017，32（10）：128-131+148.

　　[4]王振宇，曹義杰，張子梅.生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器腐蝕原因分析及對(duì)策[J].浙江電力，2016，35（09）：53-56.

　　[5]宋鴻偉，甄邯偉.生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器腐蝕機(jī)理的研究[J].鍋爐制造，2010（05）：14-18.