余热锅炉中烟气侧腐蚀导致管道故障的分析

余热锅炉烟气侧腐蚀引起的管道故障分析S.srikantha、* b.ravikumarb、swap an k.dab、k.gopallakrishna、k.nandakumarc、p.vijay ANCa national metallgical laboratory madras centre，csir madras complex post ttti，taramani，chennay-600 113，Indiab materials character ization division，national metallgical laboratory，jamshedpur-831007，IndiaC research development section，baraat heavy electric limited，tiruchirappali-，India摘要信息由高速柴油机驱动的燃气轮机产生废气，利用这一部分的余热锅炉会因烟气侧腐蚀而发生故障，本文对这种故障进行了分析。锅炉不同区域收集的沉淀物通过化学分析、扫描电镜和x射线衍射分析进行了描述。实施了研究锅炉部件之间烟气相互作用的热力学模型，发现高腐蚀的特性及其在低温部分出现的故障与该地区形成的水合硫酸铁剂有直接关系。关键词：锅炉故障省煤器管道腐蚀分析冶金检查引言1在印度的一个发电站，高速柴油机驱动和排出燃气涡轮的废气正在通过一个余热锅炉。燃气轮机排出的废气的组成部分为(wt%): CO2-6.48%、O2-15.62%、N2-72.92 h20-3.72%、SO2-0.04%和Ar-1表1显示了余热锅炉概念上的线形图。在不同生产工艺的条件下，余热锅炉各部分使用的材料规格见表1。据悉，废热锅炉连续运行近5万小时后，在省煤器管道、凝结水预热器、低压省煤器、高压省煤器部分反复出现间歇性故障。省煤器管道故障通常发生在散热器之间，管道通过支撑板的弯曲部分和连接器上。据悉，高压蒸发器、省煤器、凝结水预热器部分形成了大量附着在上面的沉积物。余热锅炉各部分形成的沉积物性质总结在表2中。在故障的地方发现了管接头及路边管的薄。从管道水边的表面看，远离故障地区或故障的地区没有观察到明显的氧化膜/沉积物。图1余热锅炉的概念图fig . 1 . conceptual diagram of the waste heat recovery boiler。表1余热锅炉各种部件的工艺条件和材料规范table 1 process conditions and material specification for the various components of the waste heat recovery boiler锅炉组件烟气温度进口/出口(oC)加热面积(M2)ASME建筑材料标准高压过热器561/525 oC5800.9Sa 213-t22 (c-0.15%，Mn-0.3-0.6%，s-0.3% max，p-0.3% max，Si-0.5%，Cr-1.92.6%，mo-0.871.13%，restfe)高压过热器525/475 oC5800.9SA213-T22高压蒸发器475/294 oC29，004.5Sa 210-gr.a1 (c-0.27%，Mn-0.93%，s-0.058% max，p-0.048% max，Si-0.10%，rest Fe)高压省煤器294/223 oC26604.0SA210-Gr.A1高压省煤器162/151 oC23677.1SA210-Gr.A1凝结水预热器151/151 oC20303.1SA210-Gr.A1表2余热锅炉的部分沉降特性table 2 nature of deposits in the various sections of the waste heat recovery boiler锅炉部件沉积物颜色沉积物特性1凝结水预热器白色部分粘性2高压省煤器黄色粘性和附着3高压省煤器黄色粘性和附着4高压蒸发器黄色粘性和附着5高压过热器从黑到棕粉末和松散两种方法通过湿化学分析，通过x射线衍射和扫描电子显微镜确定沉淀物的性质和组成的方法，目前沉淀物的存在形式。使用西门子D-500衍射分析器进行x射线衍射分析，使用co-ka (ka=1.7926a)。显微镜分析是使用JEOL JSM840A扫描电子显微镜的后向散射电子成像模式进行的。因为均衡。使用F * A * C * T软件提供的热力学数据库和F * A * C * T软件的自由能量子最小化技术，推导出平衡状态下烟气-金属相互作用所产生的平衡相结构。3结果和讨论锅炉各部分收集的沉积物的全部化学成分在表3中提出。可见过热器的沉积物主要是Fe2O3和少量硫酸盐。高压蒸发器、高压省煤器及凝结水预热器收集的沉积物中含有大量Fe2O3的硫酸盐和水分。进一步看，沉积物中硫酸盐和水分的含量随着金属表面烟气的减少而增加。x射线衍射分析的锅炉各部分出现沉淀物的步骤见表4。x射线衍射分析表明，过热器的沉积物主要由赤铁矿和刚玉的固体溶液组成，但高压蒸发器和省煤器部分的沉积物主要由水合硫酸铁硫酸盐和硫酸氧化铁组成。扫描电子显微镜从废热锅炉各部分收集的沉积物的样品照片见图2。沉积物的粒度分布在1-50微米之间。沉积物的大小和形态表明，沉积物不是通过蒸汽，而是通过烟雾和金属表面的相互作用形成的。原子数的比较可以在后向散射图像中看到。通过热力学建模，可以预测烟和金属表面相互作用的阶段。在最简单的情况下，热力学分析可以生成等温优势面积图(logPO2和logPSO2的平面图)2。使用Factrege 1软件构建FeS-o系统的823K和723 K优点区域图和Factrege提供的热力学数据库分别见图3和图4。根据当时氧和硫的二氧化碳分压(图3和图4所示的点)，可以看出烟和金属表面的相互作用在823K产生Fe2 O3，在较低的温度下产生Fe2(SO4)3。这意味着氧化铁的形成有利于过热器部分，硫酸亚铁的形成有利于蒸发器和省煤器部分。在已确立的优势区域图中，与气体状态的二氧化硫和氧相比，金属表面存在的杂质和其他物质(假定在建设中铁的活性一致)可以忽略。如果没有关于这种简化的假设，自由能量最小化过程可以确定现阶段平衡状态的配置。通过FACTSAGE软件，确定了当前阶段的平衡状态在不同温度下对应于锅炉的各个部分，并在表5中进行了总结。目前还不包括低于5%(wt)的阶段。在热力学建模研究预测中，通过x射线衍射分析，可以观察过热器管道中赤铁矿和刚玉形成的阶段。另外，热力学的建模研究预测，硫酸亚铁将由高压蒸发器和省煤器的氧化铁以及高压省煤器和凝结水预热器的低温部分形成的硫酸形成。但是，x射线衍射(XRD)的分析表明，这个地区形成的沉积物的实体是水合铁硫酸盐。硫酸铁是黄色钻石吸湿性水溶性盐。热力学模拟研究无法预测其他几种水合铁硫酸盐和铁酸硫酸盐，因为在这些阶段的热力学数据不适用于现有文献，因此不包含在F * A * C * T数据库中。省煤器管道烟气侧腐蚀的失败和形成与溶于水的硫酸制剂有关。凝结水预热器的故障可以归因于低温腐蚀。低温腐蚀是因为硫酸低于露点温度而凝结腐蚀金属表面。早些时候有关电站锅炉低温腐蚀的文献报道3，4。表3沉淀的完整化学成分(wt%)(湿化学分析)table 3 complete chemical composition(wt .%)of the deposits(wet chemical analysis)表4 x射线衍射分析检测到的各种沉淀阶段table 4 phase detected in the various deposits by X-ray diffraction analysis图2后向散射电子成像模式的沉淀扫描电镜照片。原子数的比较可以看到在后向散射成像(a)过热器中沉淀。(b)高压蒸发器沉淀；(c)高压省煤器沉淀 (d)高压省煤器沉淀II；(e)凝结水预热器沉淀fig . 2 . SEM micrographs of the deposits in the back scattered electron imaging mode .atomic number contrast can be seen in the back scattered images :(a)super heater deposit；(b)HP evporator deposit；(c)HP-economiser I deposit；(d)HP-economiser II deposit；(e) condenseate pre heater deposit。图3是823K Fe-S-O系统中的优势面积图fig . 3 . predominance area diagram of the Feso system at 823k。表5预测了主要阶段(5% (wt)形成的各种沉淀Table 5 major phase (5 wt .%)predicted to form in the various deposits图4 723K Fe-S-O系统的O2和SO2日志比较表fig . 4 . log p2vs log PSO 2 plot of the Feso system at 723k。4结论1)化学分析、SEM-EDAX研究和x射线衍射分析结果表明，过热器部分的沉积物主要包括氧化铁(Fe2O3)，而高压蒸发器和省煤器的沉积物主要由水合硫酸铁硫酸盐和铁羟基硫酸盐组成。由于赤铁矿的存在，过热器沉积物呈深红色粉末状。高压蒸发器和省煤器沉积物呈粘滞性和浅黄色。这是因为一些沉淀物是由吸水水溶性硫酸铵生成的。(2)热力学模拟研究预测，过热器部分形成的沉积物主要是赤铁矿(Fe2O3)，高压蒸发器和省煤器部分的沉积物主要是硫酸钡，凝结器预热器的沉积物主要是赤铁矿和水合硫酸。3)基于上述研究结果，过热器管道、高压蒸发器及省煤器的烟力侧腐蚀可以说是由于当前情况下气体状态下不同形式的硫磺与金属表面的反应。也可以推断出过热器线圈的烟气侧腐蚀特性(由于Fe2O3的形成)温和，高压蒸发器和省煤器的腐蚀特性(由于水合硫酸铁的形成)严重。热力学表明，在此温度下形成水合硫酸，凝结水预热器线圈的腐蚀特性也可能很高。(4)高压蒸发器和省煤器部分的腐蚀特性与这些地区形成的水合硫酸铁铵有直接关系。热力学上，在低温度(低于500 )和烟气中含有更高的二氧化硫和氧气的条件下，硫酸铁很容易形成。表示谢意国家冶金实验室和巴拉特重型设备限制，宣布泰米尔纳德邦的管理权限参考文献1f * a* c * t programs and databases . 447 ber wick，mount royal，Quebec(Canada): therm fact ltd .2001.2kellog hh . a critical review of sulphation equlibria . tran