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玻璃行业余热锅炉低温腐蚀原因有哪些

2021-09-13

我国是世界上玻璃需求最大的国家。玻璃行业是一个高耗能行业,燃料在玻璃熔化过程中释放的热量约有40%被烟气带走,造成严重污染和能量损失。余热利用对玻璃生产企业产生了相当可观的经济效益,对节能减排也做出了积极的贡献。从2007年9月,国内玻璃行业首条玻璃窑烟气余热发电项目并网发电至今,玻璃窑余热发电的相关技术已经日趋成熟,但低温受热面腐蚀时有发生,由于发展缓慢,往往不易引起觉察;一旦出现锅炉爆管事故,将为余热电站造成巨大经济损失。

余热锅炉低温腐蚀原因

1、烟气成分浮法玻璃窑池的熔化温度约1500~C,玻璃熔化所需的热量来自燃料燃烧所释放化学反应热。目前我国玻璃行业所使用的燃料主要分为固体燃料、气体燃料和液体燃料三大类。其中液体燃料主要有:重油,筑路油等;气体燃料主要有:天然气、发生炉煤气、煤层气等;固体燃料主要有:石油焦粉。玻璃生产企业为了降低生产成本,提高产品竞争力;选择原料时通常要考虑燃料的供应价格,长期供应的保障性。因此,玻璃熔窑存在燃用单种燃料和多种燃料组合的情形。不同的燃料将导致不同烟气量、烟气温度、烟气成分、粉尘特性。玻璃熔窑典型烟气成分见表1。

表1玻璃窑排气的典型烟气成分
表1玻璃窑排气的典型烟气成分

2、低温腐蚀原理

低温腐蚀的形成:玻璃熔窑熔化时燃料及玻璃原料中的硫燃烧会生成二氧化硫(s+0:=SO),少量二氧化硫在催化剂的作用下会进一步被氧化生成三氧化硫(2so+0=2S0,),三氧化硫再与烟气中的水蒸汽结合形成硫酸蒸汽(SO+H0:HSO)。所谓酸露点就是烟气中硫酸蒸汽的凝结温度,与烟气中的SO,浓度直接相关,根据道尔顿分压定律,酸露点温度等于烟气中硫酸蒸汽的分压力所对应的饱和温度。烟气中水蒸汽含量为10%~15%时,纯水蒸汽的露点仅为45~54℃,而硫酸蒸汽的凝结温度比水高很多,因此烟气中只要含有少量的硫酸蒸汽,露点温度就显著升高。当水蒸汽分压力为10%的烟气中硫酸蒸汽含量为5~50ppm时,锅炉烟气的硫酸露点温度升高为129~149℃。由于省煤器和低压蒸发器中介质温度较低,若管壁温度低于硫酸露点温度,硫酸蒸汽就会凝结在受热面上,发生氧化反应生成FeSO,FeSO继续吸收烟气中水分,最后形成腐蚀层脱离管壁;长此以往,会使锅炉产生爆管事故,影响电站正常运行。

3、烟气酸露点计算

由于烟气酸露点受到诸多因素(燃烧温度,燃料含硫量,玻璃原料含硫量,排烟的含灰量,含水量以及过量空气系数等)的影响,很难从理论上推导出精确的通用公式。国内外各研究机构根据各自经验推导出了不同的公式。主要有前苏联1973年《锅炉机组热力计标准方法》经验公式、穆勒曲线、Halstead曲线、A.G.Okkes公式、Haase&Borgmann估算公式及H.A.Bapahoba公式等。

由于玻璃窑余热锅炉与玻璃生产线同步施工同步投产,烟气量及成分是根据燃料组分计算得到,过量空气受窑炉施工质量的影响,飞灰浓度按照经验值估算。如果采用前苏联1973年《锅炉机组热力计标准方法》经验公式等可能会引起不小主观误差。本文建议采用H.A.Bapahoba公式进行计算。

tld=186+201g~bH20+261g6SO3

式中φH20、φSO3,分别代表烟气中水蒸气和SO3的体积百分含量。烟气中的SO2:,有0.25%~5%会进一步转变成SO3。随着烟气的流动,当烟温小于200℃时,烟气中的SO3有99%和水蒸气结合生成H2SO4蒸汽。SO3浓度、水蒸气含量和H2SO4蒸汽浓度是影响酸露点的主要因素。由上面公式计算结果见表2。

表2玻璃窑排气的酸露点
表2玻璃窑排气的酸露点

由表2可见,采用不同燃料,在不同含硫率及转化率下,烟气的算露点存在很大差别,而试验表明,排烟温度每升高15~20℃,锅炉热效率会降低约l%,为了避免低温受热面出现腐蚀同时兼顾余热电站的经济性和环保性,余热电站投产后对烟气成分标定是非常有必要。

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