锅炉腐蚀原因分析及防腐措施应对

锅炉腐蚀原因分析及防腐措施应对
江苏省南京市六合区雄州街道金宁国际大厦2104室，祁杰，188****1516
摘要：锅炉是电厂等运行系统的重要组成部分，是实现能源转化的关键环节。

长期以来，锅炉受热面腐蚀问题困扰着相关的企业，不少企业都曾因腐蚀问题而被迫停机检修。

本文以
火力发电厂为例，解析了造成锅炉腐蚀的相关因素以及后续防腐的一些对策。

根据相关数据，目前我国燃煤电厂发生的锅炉腐蚀事故占到了70%，其中的腐蚀问题更
是对火力发电企业员工的生命安全构成了极大的威胁。

关键词：锅炉腐蚀；原因分析；防腐措施；应对策略
引言
随着科技的进步和人民的生活水平的提高，电力在国民经济和国民经济中的作用日益显现，社会对电力的需求不断加大，这对我国的电力企业发展也产生了巨大的机遇与挑战。

在
这种情况下，锅炉的腐蚀问题已成为制约火力发电企业发展的一个主要问题。

所以，探讨企
业锅炉的腐蚀问题，并提出针对性的对策，对于目前许多企业来说，都是一个迫切需要解决
的问题。

1.火力发电厂锅炉的高温腐蚀问题
1.1使水冷管的壁薄化
根据相关的研究，企业锅炉在腐蚀和磨损的影响下，其壁厚的腐蚀速率为0.3mm/a。

在
一些严重的锅炉部位，比如水冷壁的管道，会以1.0-1.5毫米/a的速率减小，这对企业锅炉
的运行安全构成了极大的威胁。

1.2起动管道突发爆炸
企业锅炉在正常运行时，一方面由于大量的燃煤飞灰的冲刷和撞击，造成了管道壁的磨损，从而导致了锅炉管壁的厚度下降。

在高温的作用下，有很大的几率会发生爆炸；二是因
为管道突然爆裂，导致检修，从而影响到电厂的正常生产，从而导致电力产量下降，工人的
工作强度和其他成本，对企业的经济效益有直接的影响。

2.企业锅炉的腐蚀原因分析
2.1煤炭质量差
煤炭质量差，氧化物、硫、碱金属等杂质含量高，温度高时，熔体中的腐蚀性物质浓度
升高，会使锅炉发生腐蚀。

在企业的燃煤锅炉中，会形成三种强腐蚀性的盐类：硫酸盐、氯
化物和硫化物。

硫酸会腐蚀锅炉的表面，在高温下，会腐蚀锅炉的表面。

根据相关研究，目
前国内企业锅炉的腐蚀主要是由氯化物和硫化物引起的，而在燃烧时，由于一氧化碳和硫化
氢的浓度较高，会使腐蚀速率加快。

质量越差的煤炭，黄铁矿（FeS2）含量越高，硫原子越多，硫化氢越多，与铁质的锅炉管壁反应，就会产生腐蚀。

所以，采用含硫成分较高的煤炭，会引起炉膛的腐蚀。

2.2高温火焰在炉内的冲刷
企业的锅炉一般都是非常高的，水冷壁、再热器、过热器等部件长期处于高温状态，会
被大量的灰尘和其他物质侵蚀，从而导致管道爆炸。

尤其是水冷管道，在高温下会更加脆弱。

一方面，炉膛内部的高温会加速硫酸的分解，从而加速腐蚀；另一方面，管道的表面温度太高，尤其是在350℃以上的高温下，会产生大量的腐蚀性物质。

如果不及时解决这一问题，
很可能会因为管道的厚度过小而引起炉膛加热问题，甚至发生爆炸。

爆炸事故不仅会影响正
常设备的正常运行和正常工作的正常进行，而且还会危及工人的生命和电力供应。

其次，如
果再热器和过热器长期处于高温环境下，很可能会产生大量的氧化皮，导致表面起泡，最后
由于积炭太多，导致管道堵塞，从而导致严重的事故。

2.3飞灰的侵蚀
飞灰是企业锅炉运行时必然会产生的一种物质，由于煤炭中肯定有一些没有彻底燃烧掉
的微粒。

燃煤电厂锅炉在长期运行过程中，由于煤粉飞灰的不完全燃烧，会造成一定程度的
炉尾受热面的磨损和侵蚀。

当锅炉运行时，大量的煤粉、煤烟、飞灰等会儿进入到锅炉的受
热面，由于温度过高，会使受热面的壁板越来越薄，从而引起炉膛的磨损和腐蚀。

3.企业锅炉的防腐措施
企业锅炉受热面如管壁、再热器等受热面的侵蚀，会对壁厚和通畅造成不良影响，严重
威胁着发电厂的正常生产。

深入分析了企业锅炉受热表面的腐蚀问题，并提出相应的防腐蚀
措施，以减少因腐蚀引起的安全事故，提高发电厂的生产效率和安全性。

3.1提高燃油质量
在对企业锅炉进行改造时，在煤的选用和选用上，一是选用含硫量低的煤；二是引入现
代先进的烟气脱硫技术，如微波、强磁分离技术，对煤进行预处理，从而达到降低煤中硫的
目的。

在选择脱硫工艺的时候，要注意的是如何清理烟囱内的粉尘，防止残留物质对烟道造
成不利的影响。

3.2提高煤炭的细度
在对煤进行适当的预处理后，对煤的粒径进行了进一步的控制，使煤的粒径尽量减小，
使其变得更均匀。

粗大的煤炭会增加燃烧的难度，产生大量的飞灰，使锅炉的设备受到侵蚀
和磨损，从而产生高温腐蚀。

因此，必须采用粒度分离器、磨煤机等设备来进一步处理煤炭。

3.3低温缺氧的应用
高温低氧技术是指将温度超过800℃的高温气体注入到锅炉中，使其含氧量低于15%，
然后随着高温气体进入到锅炉中。

采用这种方法，可以有效地减少或消除锅炉尾端受热面的
低温腐蚀和高温下的腐蚀问题。

同时，采用低氧燃烧可以有效地减少三氧化硫的生成，降低
锅炉尾部受热面的侵蚀。

从上个世纪九十年代开始，采用高温低氧工艺，可以有效地改善锅
炉的工作效率，降低烟气中的碳排放，降低能耗，提高电厂的运行经济效益。

3.4改善还原气氛
为了解决目前企业锅炉的严重腐蚀问题，提出了改进还原气氛的方法：一是在水冷管壁
上加装飞灰监测仪，安装可方便调节的贴壁风装置，确保风况达到锅炉内部的要求；其次，
根据锅炉内部温度的变化及监测结果，及时调整风量及风力；最后，可以通过加大双通道燃
烧器的风宽进行还原性气氛的改善。

4.浅谈锅炉的几种常见的腐蚀类型及处理方法
4.1高温硫化
在较高的温度下，该金属与硫磺介质H2S,SO2,Na2SO4进行硫化。

通过有机硫反应生成
硫化物的工艺被称作高温金属硫化。

由于硫化速度一般要高于氧化速度2个量级，所以这一
过程的重要性要大于氧化过程。

所得到的硫化物具有独特的性能、体积比不稳定、容易脱膜、晶格缺陷、熔点、沸点较低、易于形成各种化合物。

该硫化物易于与氧化物、硫酸盐、金属
等形成一种低熔点的共结晶材料。

高温硫化是一种高温腐蚀形式，其破坏程度要大于单纯的
氧化。

硫化过程中硫的形态会影响到高温硫化速率。

由 M+RS→MS+R;M+H2S→MS+H2反
应方程可知，高温硫化有无氢气环境和氢气环境二种腐蚀形式。

在400℃无氢条件下，碳钢
与SO2、硫蒸汽、水蒸汽发生反应，形成疏松、易脱落、没有保护作用的硫化铁，加速腐蚀。

随着温度的升高，其腐蚀速率逐渐加快。

在有氧条件下，硫化氢不能腐蚀碳钢。

在超过250℃时，H2S极易分解为具有较强活性的 S、H2 S，而 S则与铁形成硫化物，在较高的温度下，
S的腐蚀速度要快于H2S。

在高温硫化腐蚀期间，发生了反应，生成了硫化铁，并产生了氢。

硫化铁会阻止H2S与母材的接触，从而降低H2S对母材的侵蚀，而H2与H2S共存时，因氢
原子不断渗入到硫化物的结垢中，形成了疏松的多孔结构，从而使得H2S介质继续向外扩散、渗透。

在高温下，大部分的硫化过程都是均匀的，甚至是局部的。

破坏特点一是管壁上有粘
稠的物质（灰），在灰渣的作用下发生化学腐蚀。

二是硫化物的侵蚀属金属表面腐蚀，其力
学性质基本相同。

对钢结构进行脱硫处理的主要方法是：
①在钢的表面喷一层防腐层，在钢的表面喷上一层铝基防锈涂料，以达到保护水冷壁的
目的。

②对煤粉中的含硫量进行控制，对粉细度R90控制在10%~13%范围内，并保证其细度均匀。

③改进靠近水冷壁的壁面大气：在较热的地方，在翅片上设置一个喷嘴，并进行适当的
充气，以打破此区域的还原气氛。

4.2露点腐蚀（低温硫化）
锅炉尾端受热面（节煤器、空气预热器）的硫化物的侵蚀.由于尾部受热面的烟气和管
壁的温度比较低，故称之为“低温腐蚀”。

因为这种腐蚀仅在加热表面形成。

主要的防腐蚀方法是：
①使用生铁的节能装置。

②采用低氧燃烧，对烟气中的氧气进行严格的控制，以防止SO3的产生。

③对煤炭含硫量进行控制。

④采用添加剂，可以中和SO3的吸附，并减少燃油的粘度。

4.3碱性脆性
碱脆是由高应力、高浓度碱性介质的共同作用而导致的应力腐蚀。

破坏特征：
①通常仅在锅炉汽包胀大和汽包铆接接触处出现裂缝。

②主要裂纹为明显的分枝裂纹，属晶间裂纹。

③碱脆会使金属部件彻底断裂，不会产生显著的变形。

防腐蚀方法：
①保持较低的碱度，并通过控制熔池中的相对碱性来实现对高炉水的协同处理。

②结构的合理设计，制造工艺的合理，不使用铆接、膨胀等。

4.4垢下腐蚀
当锅炉的受热表面结垢或水渣沉淀时，在水垢或水渣的作用下，会产生腐蚀，称为垢下腐蚀。

结垢的侵蚀可以分为碱性和酸性两种。

这与锅水中的 PH值有关。

(1)碱腐蚀：当有沉淀物在锅炉的受热面上时，由于沉淀物的传热性能远低于加热表面的金属，因此，在沉淀物的底部，金属的温度会上升，从而使沉淀物和金属间的沸水更容易被均匀地混合。

在锅水PH高于13的情况下，在平底水中包含自由 NaOH时，用 NaOH溶解了金属壁上的氧化膜。

是一种电化学腐蚀作用增强的现象。

其机制：由于氧化膜中的高电势，使其成为阴极，而在金属壁上则产生较低的电势。

反应方程为：Fe3O4+4 NaOH→2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O; Fe+2 NaOH→Na2FeO2+H2。

结果为金属表面有不规则的蚀坑，坑内有松散的腐蚀物，清除金属表面的沉积物，可见侵蚀坑中的白色沉淀是碳酸盐。

破坏特点：金属表面呈贝壳形的蚀坑，其表面被侵蚀的产品所覆盖。

(2)酸腐蚀：在沉淀的情况下，氯化镁、氯化钙与锅水反应，生成氢氧化镁、氢氧化钙、盐酸，从而降低 PH值，从而对钢材进行酸性腐蚀。

如果金属表面有一层坚硬的、致密的水垢，而氢气无法进入到汽水混合物中，就会使钢和碳钢中的碳化铁（碳化物）发生反应，导致钢的碳化。

并在一定程度上改变了金属的组织结构，从而产生了细小的晶间裂缝。

作用机制：在锅水中存在硬度（MgCl2、CaCl2）的情况下，MgCl2+2H2O→Mg
(OH)2↓+2 HCl;CaCl2+2H2O→Ca (OH)2↓+2 HCl。

结果 PH降低时，钢的酸蚀率降低。

阳极极 Fe+Fe2++2 e，阴极2 [H+]+2 e→H2↑.如果结垢较密，硬度较高，则H2不易溢出，则与渗碳材料发生反应。

导致：①碳钢的脱碳。

②CH4会在金属内部的晶格点之间形成挤压，从而导致细小的晶间裂缝，从而导致金属的脆性和爆裂。

破坏特点：腐蚀处的金相组织有较大的脱碳，产生微小的裂缝，严重时，管壁会变薄而引起爆管。

防腐蚀的方法是：
①做好水质的处理，预防结垢，控制供水。

②防止铁锈腐蚀，进行水质治理，控制锅水 pH，合理排放。

③在新的锅炉开始使用之前，应对其内部进行清洗，并对其进行化学处理。

结束语
总而言之，企业锅炉的燃烧作业是一项复杂的工作，如不能有效地处理好锅炉的腐蚀问题，将会对企业的安全和运行造成很大的影响。

针对火电厂锅炉的腐蚀问题，针对火电厂的实际工作，深入分析其腐蚀类型和成因，采取科学的方法和技术，采取科学的防护措施，切实改善目前严重困扰火电厂锅炉腐蚀问题，对提高火电厂工作效率与安全运营具有重要的现实意义。

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