Коррозия поверхностей нагрева котельных агрегатов


Коррозией называют разрушение металла под действием внешней среды в результате химических или электрохимических процессов.

По месту возникновения различают коррозию наружную, возникающую на наружной, соприкасающейся с дымовыми газами стороне поверхности нагрева, и внутреннюю, возникающую на внутренней, соприкасающейся с водой и паром стороне поверхности нагрева.

По характеру разрушений различают коррозию равномерную, когда разрушается равномерно вся поверхность металла, соприкасающаяся с корродирующей средой, и местную, когда металл разрушается на отдельных участках поверхности. Местную коррозию различают язвенную, когда образуются довольно широкие язвы, входящие глубоко в металл, точечную, когда такие язвы имеют диаметр, не превышающий 1 мм, и межкристаллическую когда разрушение металла происходит по границам зерен.

Различают также химическую и электрохимическую коррозию; последняя отличается тем, что происходящие при ней химические реакции сопровождаются возникновением электрического тока, чего не бывает при химической коррозии.

Наружная коррозия

Наружная коррозия поверхностей нагрева котельного агрегата различается низкотемпературная — кислородная и сернокислотная, которая может возникнуть при сжигании каждого вида топлива, и высокотемпературная — ванадиевая, которая возникает только при сжигании мазута.

Кислородной коррозии подвержены воздухоподогреватели, когда в них поступает слишком холодный воздух, и водяные экономайзеры, когда в них подают слишком холодную воду. В этих случаях в зоне воздухоподогревателя или водяного экономайзера, близкой к месту входа в них воздуха или воды, температура труб становится более низкой, чем температура конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах, т. е. ниже точки росы. В результате на трубах начинает оседать влага, образовавшаяся вследствие конденсации водяных паров, причем растворенный в ней кислород вступает во взаимодействие с металлом труб, вызывая разъедание их.

Вероятность кислородной коррозии увеличивается с повышением влажности топлива и содержания в нем водорода, так как эти факторы, увеличивая количество влаги, содержащейся в дымовых газах, повышают температуру точки росы; последняя составляет при сжигании АШ 27—28 °С, при сжигании бурых углей средней влажности 45—55 °С, при сжигании мазута 44—45 °С, при сжигании природного газа 54—55 °С, при сжигании торфа 55—60 °С. Поверхности нагрева, выполненные из стали, разрушаются быстрее, чем чугунные.

В основном от кислородной коррозии страдают воздухоподогреватели, йотом у что они расположены в области более низкой температуры дымовых газов по сравнению с водяными экономайзерами и температура воздуха, подаваемого в воздухоподогреватель, значительно ниже температуры воды, подаваемой в водяной экономайзер. Коррозия воздухоподогревателей приводит к сквозному проеданию труб, в результате которого появляется переток воздуха в газовый поток, что приводит тс повышению количества дымовых газов, перегрузке дымососов и ограничению производительности котельных агрегатов из-за недостатка тяги и дутья.

Кислородную коррозию труб воздухоподогревателя устраняют подогревом воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, до температуры, превышающей на 5—10 °С температуру точки росы дымовых газов. Подогрев воздуха осуществляют отводом во всасывающую линию дутьевого вентилятора части воздуха, нагретого в воздухоподогревателе (рециркуляция), или установкой специального калорифера для подогрева воздуха, подаваемого в воздухоподогреватель, паром из паропровода или от отбора турбин на электростанции.

Сернокислотная коррозия может возникнуть при сжигании топлива, содержащего заметное количество серы, например подмосковного угля или высокосернистого мазута. Коррозия происходит потому, что некоторая незначительная часть серы топлива, окисляющаяся не до сернистого ангидрида SO2, а до серного ангидрида SO3, соединяясь с водяными парами, содержащимися в дымовых газах, образует серную кислоту H2SO4. В результате в дымовых газах получаются не водяные пары, а двухкомпонентная система H2O—H2SO4, которая ведет себя иначе, чем водяные пары. Когда такая система, находящаяся в парообразном состоянии, охлаждается, из нее начинает выделяться в жидком виде концентрированная серная кислота, причем этот процесс начинается при температуре, значительно более высокой, чем температура конденсации водяных паров.

В котельных агрегатах температура образования жидкой серной кислоты в дымовых газах определяется приведенным содержанием серы в топливе; при сжигании топлива с приведенным содержанием серы 0,05 % кг/тыс.кал она равна ≈ 65 °С, а при сжигании топлива с приведенным содержанием серы 0,4—1,0 доходит до 125—140 °С. Из-за малого содержания H2SO4 в дымовых газах на трубах конденсируется очень незначительное количество серной кислоты, так что быстрого разъедания металла не происходит. Тем не менее со временем коррозия достигает значительных размеров и трубы приходится менять. Скорость сернокислотной коррозии своеобразно зависит от температуры металлической поверхности, имея ярко выраженный максимум при температуре 120—140 °С и заметно уменьшаясь по обе стороны от него.

Устранять сернокислотную коррозию путем подогрева воздуха, подаваемого в воздухоподогреватель, нецелесообразно, так как это привело бы к заметному повышению температуры отходящих газов и потери тепла с ними. Уменьшения и устранения сернокислотной коррозии достигают путем выполнения части воздухоподогревателя, находящейся в зоне наибольшей коррозии, из чугунных ребристых труб либо путем защиты труб н местах интенсивной коррозии некорродирующим покрытием, например эмалью. Одновременно с этим стремятся снизить температуру начала выделения жидкой серной кислоты из дымовых газов путем использования присадок, связывающих SO2, содержащийся в дымовых газах, и превращающих его в соединения, не вызывающие коррозии, а также адсорбирующих SO3, затормаживающих реакцию перехода SO2 в SO3 и вызывающих реакцию восстановления SO3 в SO2. Такие присадки применяют главным образом при сжигании мазута, но их можно применять и при сжигании высокосернистого твердого топлива. При сжигании мазута уменьшения сернокислотной коррозии можно также достигнуть ведением режима горения при очень малых избытках воздуха (1,02—1,05), что уменьшает количество SO2, переходящего в SO3 в процессе горения.

Ванадиевая коррозия, возникающая в высокотемпературной части газового тракта при сжигании мазута, определяется тем, что и его минеральной части содержатся соединения ванадия, количество которых в пересчете на V2O5 доходит до 40 и даже 70 % общего количества минеральных примесей. Попадая в дымовые газы и соприкасаясь в газоходах со стальными деталями, температура, которых превышает - 600—650 °С (например, с подвесками и т. п.), ванадиевые соединения вызывают интенсивную коррозию их. В котельных агрегатах высокого и сверхкритического давления, кроме того, может возникнуть коррозия высокотемпературной части пароперегревателя. Уменьшить ванадиевую коррозию можно также применением присадок.