煙氣余熱鍋爐受熱面高溫腐蝕與積灰結渣協(xié)同治理難題

在 “雙碳” 戰(zhàn)略背景下，煙氣余熱鍋爐作為工業(yè)余熱回收的核心裝備，在電力、化工、冶金等領域的應用持續(xù)深化。然而，受熱面面臨的高溫腐蝕與積灰結渣問題嚴重制約設備性能：據統(tǒng)計，二者協(xié)同作用可使鍋爐熱效率下降 15%-20%，年維護成本增加 30% 以上。高溫腐蝕與積灰結渣并非獨立存在，而是通過傳熱惡化 - 成分富集 - 結構損傷的鏈式反應形成惡性循環(huán)。因此，突破傳統(tǒng)獨立治理模式，構建協(xié)同防控體系成為行業(yè)關鍵技術瓶頸。

一、高溫腐蝕與積灰結渣的協(xié)同作用機制

1.積灰結渣對高溫腐蝕的促進路徑

· 傳熱惡化：渣層導致管壁溫度升高 50-100℃，加速硫化物腐蝕動力學過程

· 成分富集：積灰截留煙氣中 80% 以上腐蝕性物質，局部 Cl?濃度可驟增 10 倍

· 流場畸變：結渣形成的凹凸表面引發(fā)煙氣湍流，沖刷破壞氧化膜

2.高溫腐蝕對積灰結渣的反饋效應

· 表面粗糙化：腐蝕形成的微坑使顆粒附著概率提升 30%

· 成分活性化：腐蝕產物 FeS?與煙氣反應生成液態(tài) FeSO?，促進灰分黏附

· 結構損傷：管壁減薄導致局部流速異常，加劇結渣非均勻性

三、協(xié)同作用的危害量化分析

1.安全風險評估

某燃煤電廠實測數據顯示，協(xié)同作用使爆管概率提升 8.7 倍，當渣層厚度達 30mm 時，管壁年均減薄速率從 0.1mm 增至 0.8mm。

2.能效損失模型

建立傳熱 - 腐蝕耦合模型表明：渣層厚度每增加 1mm，熱效率下降 0.8%；腐蝕導致的管壁粗糙度增加，使煙氣阻力上升 12%-18%。

3.環(huán)保超標分析

結渣導致的燃燒不充分使 NOx 排放增加 25%，腐蝕產生的金屬氧化物顆粒使 PM?.5 濃度超標 1.3 倍。

四、典型工程案例解析

1.燃煤電站鍋爐失效案例

某 300MW 機組余熱鍋爐運行 3 年后，高溫再熱器區(qū)域渣層厚度達 65mm，管壁出現深度 1.2mm 的硫化物腐蝕坑。檢測顯示，灰分中 K?SO?含量達 18%，管壁溫度長期維持在 650-700℃的腐蝕敏感區(qū)間。

2.化工尾氣鍋爐堵塞案例

某石化企業(yè)處理含氯尾氣的余熱鍋爐，運行 6 個月后省煤器堵塞率達 40%，管壁點蝕密度達 20 個 /cm2。分析表明，HCl 濃度 150ppm 的工況下，腐蝕速率較設計值提高 4.3 倍。

五、四維協(xié)同治理策略

1.材料防護體系構建

· 基體升級：采用 Inconel 625 合金替代常規(guī) 12Cr1MoV，耐硫化物腐蝕性能提升 3 倍

· 涂層創(chuàng)新：開發(fā) Al?O?-TiO?復合涂層，表面硬度達 HV1200，積灰附著力降低 60%

2.結構優(yōu)化設計方案

· 流場重構：采用縮放管 + 擾流棒組合結構，使煙氣湍流強度提升 40%，積灰速率下降 55%

· 智能吹灰：布置聲波 - 蒸汽復合吹灰系統(tǒng)，實現溫度 - 積灰雙參數聯(lián)動控制

3.運行調控技術創(chuàng)新

· 燃料適配：建立硫氯含量與運行參數的耦合模型，動態(tài)調整過量空氣系數 ±5%

· 溫度窗口：將受熱面壁溫控制在 580-620℃的安全區(qū)間，規(guī)避硫酸鹽腐蝕峰值區(qū)域

本文證實高溫腐蝕與積灰結渣存在顯著協(xié)同效應，其耦合作用通過傳熱 - 傳質 - 力學的多物理場耦合機制，對設備安全與能效造成復合損害。提出的四維協(xié)同治理體系，經工程驗證可使鍋爐非計劃停爐次數減少 70%，熱效率提升 8-12 個百分點。未來需進一步研究多污染物協(xié)同作用下的材料失效機理，開發(fā)智能自修復涂層等前沿技術，推動余熱鍋爐向本質安全方向發(fā)展。