高温烟气硫酸露点腐蚀与防护

文章导读

锅炉或加热炉运行过程中，炉温达1600℃上，燃料油在燃烧过程中生成高温烟气，高温烟气中含有一定量的SO2和SO3。在低温部位，SO3与空气或烟气中的水分生成硫酸，在露点部位冷凝，产生硫酸腐蚀，这种现象称为高温烟气硫酸露点腐蚀。硫酸露点腐蚀的程度不仅取决于燃料油中的硫含量，还受到SO2向SO3转化的转化率以及烟气中水含量的影响。其对设备腐蚀速率快，面积广，给安全生产带来了隐患。

▲来源：相章分享环保技术  作者：王加雄

锅炉或加热炉运行过程中，炉温达1600℃上，燃料油在燃烧过程中生成高温烟气，高温烟气中含有一定量的SO2和SO3。在低温部位，SO3与空气或烟气中的水分生成硫酸，在露点部位冷凝，产生硫酸腐蚀，这种现象称为高温烟气硫酸露点腐蚀。硫酸露点腐蚀的程度不仅取决于燃料油中的硫含量，还受到SO2向SO3转化的转化率以及烟气中水含量的影响。其对设备腐蚀速率快，面积广，给安全生产带来了隐患。

1、腐蚀机理

燃料重油中通常含有2%～3%的硫及含硫化合物，燃料中的硫燃烧生成二氧化硫，在催化剂的作用下进一步氧化生成三氧化硫。三氧化硫与烟气中的水蒸汽生成硫酸蒸汽。反应式如下:

S+O2S→O2

SO2+O2→2SO3

SO3+H2O→H2SO4

干SO3对设备几乎不发生腐蚀，但当它与烟气中的蒸汽结合形成硫酸蒸气时，却大大提高了烟气的露点，在装置的露点部位发生凝结。硫酸有很强的腐蚀性，它与受热面作用生成硫酸亚铁(FeSO4)，严重腐蚀设备。

2、高温烟气硫酸露点腐蚀与普通的硫酸腐蚀的区别

研究表明，两者有本质的区别。

①普通的硫酸腐蚀为硫酸与金属表面的铁反应生成FeSO4。反应式如下:

H2SO4+Fe→FeSO4+H2

②高温烟气硫酸露点腐蚀比较复杂。首先生成FeSO4，FeSO4在烟灰沉积物的催化作用下与烟气中的SO2和O2进一步反应生成Fe2(SO4)3，而Fe2(SO4)3对SO2向SO3的转化过程有催化作用。当pH值低于3时，Fe2(SO4)3本身也将对金属腐蚀生成FeSO4，形成FeSO4，Fe2(SO4)3，FeSO4的腐蚀循环，大大加快了腐蚀的进程。反应式如下:

H2SO4+Fe→FeSO4+H2

FeSO4+SO2+O2→Fe2(SO4)3

SO2+O2→SO3

pH值<3时，Fe2(SO4)3+Fe→FeSO4

据报道:用普通碳钢制成的设备，国内腐蚀穿孔的最短时间为12天。

3、腐蚀部位

3.1 空气预热器和烟道

由于空气预热器中空气的温度较低，预热器区段的烟气温度不高，壁温常低于烟气露点，这样硫酸蒸汽就会凝结在空气预热器受热面上，造成硫酸腐蚀。

3.2废热锅炉的省煤器及管道

当燃料中含硫量较高、过剩空气系数较大，烟气中SO3含量较高，露点升高，并且给水温度较低时，省煤器及管道也有可能发生低温腐蚀。

4、预防措施

为预防硫酸露点腐蚀，可采用下列技术措施:

4.1提高空气预热器管壁温度，使壁温高于烟气露点

由于烟气在露点以上基本不存在硫酸露点腐蚀的问题，因此可以通过提高排烟温度达到防腐蚀的目的。如:提高排烟温度、开热风再循环、加暖风器提高空气预热器入口温度等。但大量高温烟气排放掉，造成能量的浪费。此法的优点是简便易行，缺点是锅炉效率降低。

4.2减少SO3的生成量

①采用低氧燃烧，减少烟气中的过剩氧，阻止和减少SO2转变为SO3。低氧燃烧可以降低引、送风机电耗，是一项经济价值很高和很有发展前途的技术措施，但要求锅炉具有完善的燃烧设备和燃烧检测仪表，并对操作人员整体素质要求较高。

②在烟气中加入添加剂，中和SO3，阻止硫酸蒸汽的产生。此法的优点是不降低锅炉效率，缺点是增加运行成本，还要清除中和生成的产物。

4.3采用耐腐蚀的材料

①采用耐硫酸露点腐蚀钢

国内90年代开发的ND钢中加入了微量元素Cu，Sb和Cr，采用特殊的冶炼和轧制工艺，保证其表面能形成一层富含Cu，Sb的合金层。当ND钢处于硫酸露点条件下，其表面极易形成一层致密的含Cu，Sb和Cr的钝化薄膜。这层钝化膜是硫酸腐蚀的反应物，随着反应生成物的积累，阳极电位逐渐上升，很快就使阳极钝化，ND钢完全进入钝化区。该钢种已在几家炼油厂的加热炉系统应用，取得了较好的效果。
日本的JNS耐硫酸露点腐蚀钢板，既耐硫酸露点腐蚀，又耐大气腐蚀，经常用于火力电站的脱硫上。

②采用耐蚀烧结合金涂层

该涂层采用超合金耐蚀合金化原理，经特殊工艺制备而得。其最高使用温度在600℃左右(短时使用800℃)，导热性能卓越，与基体结合紧密，并且热膨胀性能与钢铁基材匹配好。工业应用表明，其耐硫酸露点腐蚀效果明显。

③采用玻璃管、搪瓷管或用陶瓷材料制造冷端

空气预热器。该方法防腐效果好，不降低锅炉效率，但漏风系数大。
采用耐腐蚀的材料预防硫酸露点腐蚀，效果明显，但成本高。

5、结束语

实际工作中，可根据具体情况选择合适的防护措施。此外，还应注意资料和信息的收集，密切关注腐蚀监测技术的最新动向，重视腐蚀失效案例的分析学习，以便更好地做好高温烟气硫酸露点腐蚀的防护工作。

本文转载《内蒙古石油化工》2009 年第15 期 王加雄 《高温烟气硫酸露点腐蚀与防护》

本文编辑：李丹

统筹：李晓佳

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