楊凱軍

（河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院唐山分院，河北 唐山 063000）

1 前言

在當(dāng)前時(shí)代發(fā)展背景下，能源領(lǐng)域當(dāng)中，可再生能源中生物質(zhì)屬于其中的一種，針對(duì)生物質(zhì)的能源開(kāi)發(fā)與利用，是對(duì)當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)企業(yè)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中存在的能源及環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行改善以及解決的有效途徑之一。生物質(zhì)能源可以在發(fā)電工作中進(jìn)行應(yīng)用，在發(fā)揮作用時(shí)主要是通過(guò)生物質(zhì)鍋爐來(lái)完成的。對(duì)于生物質(zhì)鍋爐來(lái)講，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)存在許多的問(wèn)題，導(dǎo)致生物質(zhì)鍋爐本身的運(yùn)行效率以及運(yùn)行能力受到影響，在本文所論述內(nèi)容當(dāng)中，就主要是針對(duì)生物質(zhì)鍋爐所出現(xiàn)的低溫腐蝕問(wèn)題進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)的解決對(duì)策，使生物質(zhì)鍋爐連續(xù)運(yùn)行能力得到提升。

2 生物質(zhì)鍋爐低溫腐蝕問(wèn)題發(fā)生機(jī)理

生物質(zhì)鍋爐低溫腐蝕問(wèn)題發(fā)生機(jī)理主要有鍋爐內(nèi)部硫酸形成及對(duì)鍋爐金屬的腐蝕、生物質(zhì)鍋爐低溫腐蝕及堵灰的發(fā)生機(jī)理。

1）鍋爐內(nèi)部硫酸形成及對(duì)鍋爐金屬的腐蝕。對(duì)于生物質(zhì)鍋爐來(lái)講，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，內(nèi)部燃燒的生物質(zhì)燃料平均含硫濃度為0.38%左右這些硫元素在燃料當(dāng)中被燃燒之后會(huì)形成二氧化硫，而二氧化硫在一定條件下會(huì)與氧氣產(chǎn)生進(jìn)一步接觸，從而形成三氧化硫氣體。三氧化硫氣體并不是最終產(chǎn)物，還會(huì)與水蒸氣進(jìn)行進(jìn)一步結(jié)合，最終形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽本身的凝結(jié)露點(diǎn)溫度是110～160℃之間，或者是比該溫度范圍更高。對(duì)于生物質(zhì)鍋爐來(lái)講，內(nèi)部硫酸蒸氣的露點(diǎn)溫度越高，那么在生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)生煙氣當(dāng)中含酸量就會(huì)越大，從而導(dǎo)致的腐蝕堵灰問(wèn)題也就會(huì)越發(fā)的嚴(yán)重。當(dāng)生物質(zhì)鍋爐的空氣預(yù)熱器管壁溫度比硫酸的露點(diǎn)低時(shí)，硫酸蒸汽就會(huì)在管壁上凝結(jié)，然后對(duì)管壁產(chǎn)生腐蝕作用，因?yàn)檫@種現(xiàn)象是在生物質(zhì)鍋爐的尾部受熱面所產(chǎn)生的，而生物質(zhì)鍋爐本身尾部受熱面區(qū)域內(nèi)的煙氣以及管壁溫度相比較與硫酸整體來(lái)講都比較低，所以這種現(xiàn)象也被稱(chēng)之為低溫腐蝕，這就是生物質(zhì)鍋爐低溫腐蝕問(wèn)題的發(fā)生機(jī)理。對(duì)于生物質(zhì)鍋爐來(lái)講，被腐蝕過(guò)程中金屬壁面的腐蝕程度是與硫酸凝結(jié)量有直接聯(lián)系的同時(shí)，硫酸濃度的大小和金屬壁面溫度的高低也會(huì)對(duì)輔食進(jìn)度造成影響。在生物質(zhì)鍋爐壁面上附著的硫酸像一層膠膜，一方面會(huì)粘貼在管壁上進(jìn)行輔食，另一方面又會(huì)使生殖鍋爐內(nèi)部的煙灰被不斷吸附，然后形成硫酸鹽鈣化物質(zhì)并且逐漸增厚，最終使生物質(zhì)鍋爐的煙道出現(xiàn)堵塞。

2）生物質(zhì)鍋爐低溫腐蝕及堵灰的發(fā)生機(jī)理。對(duì)于生物質(zhì)鍋爐來(lái)講，出現(xiàn)低溫腐蝕現(xiàn)象最嚴(yán)重的區(qū)域就是過(guò)路內(nèi)部空氣預(yù)熱器的冷端，而低溫腐蝕發(fā)生時(shí)，主要包括兩種分別是化學(xué)腐蝕以及電化學(xué)腐蝕。在低溫狀態(tài)下，生物質(zhì)鍋爐的受熱面所發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象是不均勻的，這主要是由生物質(zhì)鍋爐內(nèi)部煙氣當(dāng)中所含有的三氧化硫濃度以及受熱面的積灰程度和煙氣沖刷所導(dǎo)致。對(duì)于生物質(zhì)鍋爐來(lái)講，發(fā)生低溫腐蝕時(shí)的腐蝕產(chǎn)物是由低價(jià)鐵的硫酸鐵以及鐵的硫化物共同組成的。同時(shí)在空氣預(yù)熱器的煙氣出口端，一些長(zhǎng)期沉積的硫酸溶液，會(huì)在管壁上進(jìn)行附著并溶解管壁的氧化膜，從而使硫酸溶液與金屬鐵之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成酸性粘結(jié)性灰，該生寵物當(dāng)中所包含的成分，包括硫酸鋁以及硫酸鈣和硫酸鐵以及硫酸亞鐵。這種生成物如果不能夠得到及時(shí)的清理，在嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生物質(zhì)鍋爐的煙氣通道被堵塞，而隨著通道被堵塞，煙氣的阻力會(huì)急劇增加，最終導(dǎo)致所有的生物質(zhì)鍋爐通道被堵死。所以對(duì)于生物質(zhì)鍋爐來(lái)講，低溫腐蝕和堵灰這兩種問(wèn)題的出現(xiàn)是相互促進(jìn)的，因?yàn)樵谏镔|(zhì)鍋爐內(nèi)部出現(xiàn)堵灰問(wèn)題時(shí)，內(nèi)部的傳熱效率會(huì)大大降低，從而使鍋爐的受熱面壁溫降低，然后在這種狀況下鍋爐內(nèi)部低溫腐蝕現(xiàn)象會(huì)加劇，而低溫腐蝕現(xiàn)象的加劇，則又會(huì)產(chǎn)生更多的堵灰問(wèn)題，所以在這種惡性循環(huán)下，生物質(zhì)鍋爐會(huì)被不斷破壞。

3 低溫腐蝕的防治技術(shù)措施

1）增加受熱面壁溫。對(duì)于生物質(zhì)鍋爐來(lái)講，在進(jìn)行低溫腐蝕機(jī)理分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)受熱面壁溫的降低是導(dǎo)致空氣預(yù)熱器出現(xiàn)低溫腐蝕的直接影響因素，所以對(duì)受熱面壁溫進(jìn)行提升是最有效的一種方法。對(duì)該區(qū)域及結(jié)構(gòu)的溫度進(jìn)行提升，可以從排煙溫度及入口空氣溫度這兩方面進(jìn)行改善。而如果從排煙溫度提高這一角度來(lái)進(jìn)行受熱面壁溫的提高，會(huì)導(dǎo)致生物質(zhì)鍋爐使用過(guò)程中排演損失大大增加，鍋爐本身的熱效率會(huì)降低，所以通過(guò)排煙溫度提升來(lái)提高受熱面壁溫是具有很大局限性的。在實(shí)際改善過(guò)程中，最常用的就是對(duì)空氣入口溫度進(jìn)行提升，可以使用暖風(fēng)器或者是熱風(fēng)實(shí)現(xiàn)再循環(huán)，但是在使用該方法的過(guò)程中會(huì)增加電量的消耗，使生物質(zhì)鍋爐本身的使用降低經(jīng)濟(jì)效益。所以進(jìn)一步改進(jìn)之后可以使用一次風(fēng)機(jī)，然后將入口由室外改到室內(nèi)，因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)的環(huán)境出現(xiàn)了變化，所以一次風(fēng)的溫度會(huì)提高2～3℃，這對(duì)于低溫腐蝕的減緩具有非常重要的作用。

2）耐腐蝕材料的應(yīng)用。對(duì)低溫腐蝕發(fā)生機(jī)理進(jìn)行分析的過(guò)程中，能夠發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樯镔|(zhì)鍋爐內(nèi)部的材料本身被硫酸蒸汽而腐蝕，所以導(dǎo)致了最終的低溫腐蝕問(wèn)題，因此在對(duì)低溫腐蝕問(wèn)題進(jìn)行改善與解決的過(guò)程中，可以對(duì)生物質(zhì)鍋爐內(nèi)部的材料進(jìn)行改善。嘗試應(yīng)用搪瓷材料作為空氣預(yù)熱器的冷端傳熱元件，通過(guò)大量的實(shí)踐應(yīng)用能夠發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，將一次風(fēng)空預(yù)器最底層的管箱整體更換成搪瓷管材質(zhì)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中搪瓷管道并沒(méi)有出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。所以對(duì)于空氣預(yù)熱器來(lái)講，使用搪瓷材料作為空氣預(yù)熱器管道的替代材料能夠使抗腐蝕效果以及性能大大提升，而且在改造過(guò)程中所投入的經(jīng)濟(jì)成本也并不高。

3）低氧燃燒方式的選擇與應(yīng)用。在生物質(zhì)鍋爐使用過(guò)程中，如果燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生的煙氣夾雜大量的過(guò)量氧氣，會(huì)使三氧化硫的生成量急劇增加。而在相關(guān)研究當(dāng)中表明，如果過(guò)量空氣的系數(shù)是在1.05以下，那么此時(shí)煙氣當(dāng)中所攜帶的過(guò)剩氧氣量會(huì)大大降低，從而使二氧化硫向三氧化硫轉(zhuǎn)化的過(guò)程大大減緩，甚至是消除能夠有效的避免硫酸蒸汽的形成，從而減輕低溫腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)在低氧燃燒狀態(tài)下生物質(zhì)鍋爐本身的排煙熱損失會(huì)極大程度的降低，這對(duì)于鍋爐的使用效率提升是具有非常積極作用的。除此之外就是需要注意低氧燃燒本身不僅僅存在有利的作用，同時(shí)也會(huì)存在不利的影響，可能會(huì)導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部的燃燒不充分，因此在實(shí)際鍋爐使用過(guò)程中，需要加強(qiáng)燃燒的調(diào)整，使生物質(zhì)鍋爐內(nèi)部的氧氣含量在3%～5%這一區(qū)間范圍內(nèi)，既能夠使生物質(zhì)鍋爐內(nèi)部的燃料完全燃燒，同時(shí)又降低了三氧化硫的生成。

4）加強(qiáng)定期的積灰清理。對(duì)于生物質(zhì)鍋爐來(lái)講，空氣預(yù)熱器的積灰在一定程度上使堵灰現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重，所以為了能夠使低溫腐蝕以及堵灰現(xiàn)象的出現(xiàn)概率降低，需要對(duì)空氣預(yù)熱器的積灰規(guī)律進(jìn)行研究，然后以此來(lái)開(kāi)展定期除灰作業(yè)，這樣既能夠使煙氣的流通面積增加，同時(shí)又能夠使流通過(guò)程中的阻力降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于原生物質(zhì)鍋爐來(lái)講，在新時(shí)期發(fā)展背景下是具有非常重要作用與意義的，能夠在極大程度上推動(dòng)當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)改革與可再生能源的充分利用，這對(duì)于未來(lái)的社會(huì)發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展將會(huì)起到非常重要的推動(dòng)作用，應(yīng)當(dāng)針對(duì)生物質(zhì)鍋爐所存在的低溫腐蝕問(wèn)題進(jìn)行積極研究與解決，從而使生物質(zhì)鍋爐的運(yùn)行效率以及運(yùn)行連續(xù)性得到提升，增加生物質(zhì)鍋爐的發(fā)電效率。