1、腐蝕過程與機(jī)理
腐蝕就是物質(zhì)表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而受到破壞的現(xiàn)象。腐蝕可由沉積物引起，也可由酸堿性有害氣體引起，腐蝕程度視沉積物累積或有害氣體的濃度決定。
秸稈燃燒過程中受熱面上的沉積物若不及時(shí)清理，不但會(huì)降低燃燒設(shè)備的換熱效率，也會(huì)對(duì)受熱面造成嚴(yán)重的腐蝕。另外，一般認(rèn)為當(dāng)燃料中氯或硫的含量超過一定數(shù)值時(shí)，在燃燒過程中形成的有害酸性氣體在低溫下（酸露點(diǎn)）冷凝，形成的強(qiáng)酸液體就會(huì)腐蝕燃燒設(shè)備，并且在設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生結(jié)皮和堵塞現(xiàn)象。與木材等其他燃料相比，秸稈作物中的氯含量過高。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，中國(guó)的玉米秸稈中氯的含量為0.5%～1%，燃燒過程中燃料釋放出來的氯與煙氣中的其他成分反應(yīng)生成氯化物，然后與飛灰顆粒一起沉積在受熱面上形成沉積物，其中的氯化物就與受熱面上的鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將管壁中的鐵逐步轉(zhuǎn)移到沉積物中，從而使管壁越來越薄，對(duì)管壁造成嚴(yán)重的腐蝕。在當(dāng)前燃用生物質(zhì)的鍋爐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了受熱面腐蝕的問題。
生物質(zhì)成型顆粒燃料燃燒對(duì)設(shè)備造成的腐蝕通常分為四種情況：
秸稈顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料如下所示：
(1)爐膛水冷壁高溫腐蝕。主要由于生物質(zhì)成型顆粒燃料中硫元素、氯元素的存在，以及燃燒過程缺氧氣氛造成的。在缺氧氣氛條件下，高溫下的氧化鐵會(huì)轉(zhuǎn)化為亞鐵(FeS、Fe0等)形式，熔點(diǎn)降低；同時(shí)，H
2S、HC1及游離的S容易破壞金屬表面原有的氧化層，而導(dǎo)致水冷壁發(fā)生腐蝕。
(2)高溫對(duì)流受熱面的腐蝕。主要由于堿金屬形成的鹽類在受熱面沉積造成腐蝕。堿金屬離子在730℃左右就會(huì)凝結(jié)，然后與煙氣中有害氣體（S0
2、S0
3、HC1等）形成低熔化合物或共晶體——復(fù)合硫酸鹽及鹽酸鹽，在高溫時(shí)黏結(jié)在受熱面土并被燒結(jié)沉積，在590℃左右具有較強(qiáng)腐蝕性，造成過熱器及再熱器管道腐蝕，研究發(fā)現(xiàn)，沉積造成的腐蝕在550～730℃時(shí)比較嚴(yán)重。
(3)低溫受熱面腐蝕（低溫腐蝕）。主要由于受熱面壁溫低于煙氣中酸露點(diǎn)時(shí)，酸性氣體形成酸霧冷凝在受熱面形成腐蝕。根據(jù)酸性氣體的多少及酸露點(diǎn)的高低影響腐蝕程度不一樣，一般300℃以下低溫腐蝕就會(huì)發(fā)生，主要由酸霧形成的硫酸及鹽酸對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕。
(4)高溫氧化腐蝕。煙氣或者管內(nèi)蒸汽的溫度超過金屬的氧化溫度時(shí)，金屬氧化層被高溫破壞，造成高溫氧化腐蝕。
根據(jù)腐蝕機(jī)理可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。
化學(xué)腐蝕是鐵離子通過化學(xué)反應(yīng)被逐步轉(zhuǎn)移到沉積物當(dāng)中。受熱面原來致密的Fe2O3結(jié)構(gòu)保護(hù)膜遭到破壞，一部分變成不穩(wěn)定的亞鐵離子存在于表面沉積物當(dāng)中。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，沉積物越來越多，腐蝕程度不斷加劇，越來越多的鐵離子被轉(zhuǎn)移到沉積物中，受熱面逐漸變薄，直至出現(xiàn)漏洞。
試驗(yàn)證實(shí)，受熱面上脫落的沉積塊主要由三部分組成，一是表面沒有沉積的受熱面，其主要成分是鐵，其次是氧；二是沉積的中心部分，氯、鉀及鈉含量最高。在沉積物中，鐵的含量由中心向外是逐漸增加的。表7.8列出了沉積塊上不同部位的元素分析結(jié)果，
電化學(xué)腐蝕在沉積腐蝕受熱面的過程中扮演著重要角色。腐蝕面位于氧化層和管壁之間，主要是FeCl。扮演腐蝕作用。根據(jù)分析，腐蝕層中的FeCl。不是沉積與氧化層反應(yīng)形成的，而是沉積中的氯化物穿過氧化層與管壁中的鐵反應(yīng)的產(chǎn)物。沉積層中的氯化物與管壁中的鐵反應(yīng)，不斷地生成FeCl3，隨后FeCl3被氧化，Cl2又被還原出來再次與鐵反應(yīng)，增加了FeCl3濃度。同時(shí)，沉積層中的硫酸鹽與腐蝕層中的FeCl3反應(yīng)生成FeS，更多的管壁材料中的鐵被反應(yīng)丟失，加劇了腐蝕程度。
一臺(tái)生物質(zhì)鍋爐過熱器受熱面金屬在燃燒生物質(zhì)不到一年時(shí)間內(nèi)被腐蝕的實(shí)物照片，因?yàn)楦g嚴(yán)重，過熱器管道已經(jīng)開始漏水，不得不停爐并卸下此過熱器，更換新的過熱器。
2、降低腐蝕的方法和措施
產(chǎn)生腐蝕的最主要根源是沉積形成的，因此從理論上分析，降低腐蝕首先要減少OL積，其方法措施已在本章前節(jié)做了敘述。其次是對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，減少堿金屬及(：1的含量。最后是通過工藝和設(shè)計(jì)措施降低沉積形成，減少沉積造成的腐蝕程度，本節(jié)將對(duì)這幾個(gè)內(nèi)容作簡(jiǎn)要敘述。
(1)水洗法脫除堿金屬和氯。水洗法脫除秸稈中堿金屬和氯，是一種預(yù)防沉積腐蝕非常有效的預(yù)處理方式。在秸稈成型顆粒燃料成型之前對(duì)秸稈進(jìn)行處理，除去秸稈中所含的堿金屬和氯，是減少秸稈成型顆粒燃料燃燒過程中在受熱面上腐蝕的一種有效方法。一般采用水洗或自然放置一段時(shí)間便可減少堿金屬和氯元素的含量。
對(duì)秸稈水洗實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用水萃取可以除去80%的鉀和鈉以及90%的氯。采用預(yù)先熱解的辦法將生物質(zhì)燃料制成焦炭，然后再對(duì)焦炭進(jìn)行水洗，發(fā)現(xiàn)焦炭中71%的鉀、72%的氯和98%的鈉可以在80℃左右的熱水中被洗掉，但采用這種方法處理后還需進(jìn)行干燥，成本較高。試驗(yàn)測(cè)得，收獲糧食后，作物莖稈在田間經(jīng)受過雨淋后，其堿金屬和氯的含量會(huì)減少70%以上。
值得一提的是，隨著木質(zhì)纖維素爆破等預(yù)處理技術(shù)的突破，生物質(zhì)綜合利用技術(shù)有了較快的發(fā)展。生物質(zhì)預(yù)處理過程中，絕大部分堿金屬及有腐蝕作用的氯元素等得到了脫除，也為生物質(zhì)成型顆粒燃料直燃技術(shù)防腐蝕提供了極好的條件。例如，秸稈沼氣化工程與纖維素乙醇技術(shù)預(yù)處理及發(fā)酵過程使用了大量的水洗處理，絕大部分堿金屬和氯元素被洗出，發(fā)酵后剩余的木質(zhì)素可以用來生產(chǎn)顆粒燃料，可以廣泛用于生物質(zhì)鍋爐，其性能優(yōu)于純木質(zhì)顆粒燃料，使結(jié)渣、沉積與腐蝕的危害性大大降低。
(2)自然預(yù)處理法脫除堿金屬和氯。這是降低秸稈中堿金屬和氯的另外一種預(yù)處理方式。將收獲的秸稈在大自然中自然露天放置，使氯及堿金屬等流失，這種方法的指標(biāo)是垂萎度，即存放時(shí)間與氯和堿金屬的關(guān)聯(lián)度，用%表示，垂萎度越低，堿金屬和氯含量越低，越不易于產(chǎn)生腐蝕。
露天放置及水洗兩種條件下，新收獲的玉米秸稈中的堿金屬及氯含量的變化情況。其中表中露天放置的樣品是每隔10天取一次樣。
露天放置時(shí)，新收獲的玉米秸稈中的堿金屬及氯含量隨時(shí)間的變化而降低，但由于秸稈表面具有光滑的角質(zhì)層，堿金屬及氯隨時(shí)間變化的速度較慢；當(dāng)將玉米秸稈粉碎后再露天放置一年后，秸稈中的堿金屬及氯隨時(shí)間大量流失，分別降為0. 432，0.214，0.562。
水洗后，秸稈中的堿金屬及氯的含量更低，因此，如果先將秸稈粉碎后進(jìn)行水洗，然后露天放置進(jìn)行自然干燥，最后入庫(kù)存放，不但能減少其中的堿金屬及氯的含量，降低秸稈燃燒在受熱面上形成的沉積物及腐蝕，同時(shí)也降低了水洗后的干燥成本。但是這種方法也存在耗水量過大、干燥時(shí)間太長(zhǎng)等問題。
(3)通過結(jié)構(gòu)與機(jī)理控制沉積及腐蝕產(chǎn)生。根據(jù)秸稈類生物質(zhì)燃燒特性，合理設(shè)計(jì)生物質(zhì)燃燒設(shè)備，主要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：分段供風(fēng)、分室燃燒以控制燃燒溫度，不給沉積提供合適的溫度及環(huán)境氣氛。
一款雙層爐排生物質(zhì)成型顆粒燃料鍋爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，這是一種典型的生物質(zhì)成型顆粒燃料燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)思路，充分結(jié)合生物質(zhì)成型顆粒燃料的特點(diǎn)，集中采用了分段供風(fēng)、分室燃燒的結(jié)構(gòu)，而且采用雙層爐排結(jié)構(gòu)，低溫裂解與高溫燃燒分開進(jìn)行，爐排進(jìn)行低溫裂解避免爐排結(jié)渣，可燃?xì)庠诤蟛咳紵腋邷厝紵岣咝剩豢扇嘉镎鄯刀嗔鞒倘紵杀ＷC較大灰粒以及提早沉降，減輕換熱面沉積與腐蝕的程度。
運(yùn)行過程可以描述如下：生物質(zhì)成型顆粒燃料經(jīng)上爐門加在上爐排上，點(diǎn)火后，引風(fēng)機(jī)由此吸人空氣與燃料混合部分開始燃燒，此時(shí)屬于低溫?zé)峤鈪^(qū)（低于500℃，沉積腐蝕程度低）；同時(shí)熱解產(chǎn)生大量可燃揮發(fā)氣體透過燃料層、低溫?zé)峤鈱颖灰L(fēng)機(jī)吸入燃燒室遇二次空氣進(jìn)行高溫燃燒，多余可燃?xì)饨?jīng)燃盡室再次燃燒（可燃?xì)飧邷厝紵^900℃，堿金屬離子730℃凝結(jié)，因此沒有堿金屬沉積附著于受熱面）。尤為關(guān)鍵的是，雙層爐排的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證了在燃燒過程中較大的灰粒經(jīng)過二次燃燒室及燃盡室進(jìn)行兩次沉降，剩余的小顆粒落入后部換熱面沉積下來的可能性減少，因此沉積腐蝕減輕。
試驗(yàn)結(jié)果表明，通過雙層爐排分燃燒室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多段供風(fēng)控制燃燒溫度，多次沉降灰粒等過程，破壞沉積形成的氣氛，能夠達(dá)到減輕腐蝕程度的效果。
除以上介紹的鍋爐燃燒過程發(fā)生的沉積腐蝕之外，空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕也常常影響燃燒設(shè)備正常運(yùn)行，因此，需要采取必要的措施防止或減輕低溫腐蝕程度。
對(duì)于減輕低溫腐蝕，主要采用以下幾種措施：一是提高空氣預(yù)熱器受熱面的壁溫，實(shí)踐中常采用提高空氣人口溫度的方法來提高空氣預(yù)熱器受熱面壁溫；二是冷段受熱面采用耐腐蝕材料，使用耐腐蝕的金屬材料可以減緩腐蝕進(jìn)程與程度，同時(shí)也會(huì)增加設(shè)備造價(jià)，需要根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)使用；三是采用降低露點(diǎn)或抑制腐蝕的添加劑，一般采用石灰石添加劑以降低煙氣中S03和HC1等濃度；四是降低過量空氣系數(shù)和減少漏風(fēng)，避免S03產(chǎn)生，減輕腐蝕。
利用混燒等降低沉積量或利用吹灰等機(jī)械方法清除沉積，也可以減少沉積對(duì)受熱面的腐蝕，具體方法與措施與7.2.4 -節(jié)所述相同，這里不再贅述。
（轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明；富通新能源顆粒機(jī)
m.ac12313.com）
