干熄焦余热锅炉省煤器、蒸发器的高温腐蚀防护实践

在钢铁行业，干熄焦技术因能持续稳定回收红焦显热、大幅减少环境污染，已成为焦化生产的核心技术。干熄焦余热锅炉作为干熄焦系统的关键设备，其省煤器和蒸发器承担着热量回收与能量转换的重任。然而，在实际运行中，省煤器和蒸发器长期处于高温、高尘及腐蚀性气体交织的复杂环境，高温腐蚀问题愈发突出。这不仅降低了设备热效率，还可能引发安全事故，严重影响企业经济效益与安全生产。因此，深入探究干熄焦余热锅炉省煤器、蒸发器的高温腐蚀机理，并采取有效防护措施，具有重要现实意义。

一、高温腐蚀原理与类型

干熄焦余热锅炉省煤器和蒸发器面临的高温腐蚀，是多种因素共同作用的结果。干熄焦过程中，焦炭与循环气体中的氧气、水蒸气、二氧化碳等发生化学反应，生成一氧化碳、氢气等还原性气体；同时，焦炭中的硫、氯等杂质释放到循环气体中，形成含有二氧化硫、硫化氢、氯化氢等腐蚀性气体的复杂环境。

（一）硫化物腐蚀

在高温环境下，循环气体中的二氧化硫（SO₂）和硫化氢（H₂S）会与金属表面发生化学反应。当温度处于 400 - 600℃时，金属铁（Fe）与硫化氢反应生成硫化亚铁（FeS），反应方程式为：Fe + H₂S → FeS + H₂。硫化亚铁在高温下进一步被氧化，形成疏松多孔的氧化膜，该氧化膜无法有效阻挡腐蚀性气体继续侵入，从而加速金属腐蚀。此外，二氧化硫在一定条件下被氧化为三氧化硫（SO₃），三氧化硫与水蒸气结合形成硫酸蒸汽，当金属表面温度低于硫酸蒸汽露点温度时，硫酸蒸汽会在金属表面凝结，引发硫酸腐蚀。

（二）氯化物腐蚀

循环气体中的氯化氢（HCl）在高温环境下腐蚀性极强。氯化氢会与金属表面的氧化膜反应，破坏氧化膜完整性。例如，氯化氢与铁的氧化物（Fe₂O₃）反应生成氯化铁（FeCl₃）和水，反应方程式为：Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O。生成的氯化铁在高温下分解，产生的氯气（Cl₂）会进一步与金属反应，加速腐蚀进程。而且，氯化物还会促进硫化物腐蚀，二者相互作用，加剧金属腐蚀程度。

（三）冲刷腐蚀

干熄焦余热锅炉内的循环气体携带大量焦炭粉尘，这些粉尘在高速流动过程中对省煤器和蒸发器的受热面产生冲刷作用。粉尘颗粒撞击金属表面，会破坏金属表面的氧化膜，使新鲜金属暴露在腐蚀性气体中，加速腐蚀进程。同时，冲刷作用还会造成金属表面磨损，进一步缩短设备使用寿命。

二、省煤器、蒸发器高温腐蚀现状与危害

在实际运行中，干熄焦余热锅炉省煤器和蒸发器的高温腐蚀问题十分严峻。对多家钢铁企业干熄焦装置的调研显示，省煤器和蒸发器的受热面管壁厚度在运行一段时间后显著减薄。部分企业的省煤器运行 1 - 2 年后，管壁厚度减薄量可达原壁厚的 30% - 50%，甚至出现爆管事故。蒸发器的腐蚀情况同样不容小觑，尤其在蒸发段的入口和出口区域，由于温度和介质成分变化，腐蚀更为严重。

高温腐蚀对干熄焦余热锅炉的危害主要体现在以下几方面。首先，腐蚀导致设备热效率降低。受热面管壁减薄后，导热性能变差，热量传递效率下降，影响余热锅炉的产汽量和蒸汽品质。其次，腐蚀引发的爆管事故会造成设备停机维修，不仅增加维修成本，还会影响企业正常生产，带来巨大经济损失。此外，高温腐蚀还可能引发安全隐患，泄漏的高温介质和腐蚀性气体对操作人员人身安全构成威胁。

三、高温腐蚀防护实践

（一）材料选择与优化

选用耐腐蚀性能优良的材料是预防高温腐蚀的基础。对于省煤器和蒸发器的受热面管材，目前常用材料有普通碳钢、低合金钢和不锈钢等。普通碳钢价格低廉，但耐腐蚀性能欠佳，在高温腐蚀环境下使用寿命较短。低合金钢通过添加铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等合金元素，提高了钢材强度和耐腐蚀性能，在一定程度上可缓解高温腐蚀问题。然而，对于腐蚀严重区域，不锈钢材料更为适用。例如，316L 不锈钢因含有较高的铬、钼元素，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性，能在高温、高腐蚀性气体环境中保持稳定性能。在一些新建干熄焦余热锅炉项目中，采用 316L 不锈钢作为省煤器和蒸发器的受热面管材，有效延长了设备使用寿命。

除常规金属材料外，新型耐蚀合金材料也在不断研发与应用。例如，镍基合金具有优异的高温强度和耐腐蚀性能，在高温、高硫、高氯等极端环境下表现卓越。虽然镍基合金材料成本较高，但在腐蚀严重的关键部位使用，可显著提升设备的可靠性和稳定性，从长远看具有良好经济效益。

（二）涂层技术应用

涂层技术是一种有效的高温腐蚀防护手段。在金属表面涂覆一层耐腐蚀涂层，可隔绝金属与腐蚀性气体接触，起到保护作用。目前，应用于干熄焦余热锅炉省煤器和蒸发器的涂层主要有金属涂层和陶瓷涂层。

金属涂层通常采用热喷涂技术施工，常用金属材料有镍铬合金、铝铬合金等。热喷涂技术利用高温热源将金属材料加热至熔融或半熔融状态，再通过高速气流将其喷射到金属表面，形成一层致密涂层。这种涂层与基体金属结合牢固，具有良好的耐腐蚀性和耐磨性。例如，采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术在省煤器和蒸发器的受热面喷涂镍铬合金涂层，涂层孔隙率低，能有效阻挡腐蚀性气体侵入，延长设备使用寿命。

陶瓷涂层具有硬度高、耐高温、耐腐蚀等优点。常见陶瓷涂层材料有氧化铝（Al₂O₃）、氧化锆（ZrO₂）等。陶瓷涂层可采用等离子喷涂、化学气相沉积（CVD）等方法制备。等离子喷涂技术通过高温等离子体将陶瓷粉末加热至熔融状态，然后喷射到金属表面形成涂层。化学气相沉积技术则利用气态物质在金属表面发生化学反应，沉积形成陶瓷涂层。陶瓷涂层能在高温环境下形成稳定保护膜，有效抵御硫化物、氯化物等腐蚀性气体侵蚀。

（三）运行参数优化

合理优化干熄焦余热锅炉的运行参数，对减轻高温腐蚀意义重大。首先，控制循环气体成分是关键。通过调整焦炭质量和干熄焦工艺参数，降低循环气体中硫、氯等腐蚀性气体含量。例如，采用低硫焦炭作为原料，降低焦炭中的硫含量；优化干熄炉内的气体循环系统，提高气体氧化还原气氛控制精度，减少硫化氢等还原性气体生成。

其次，控制受热面壁温。过高的壁温会加速金属腐蚀速率，因此需合理设计余热锅炉结构和运行参数，确保受热面壁温处于合适范围。可通过调整锅炉给水温度、蒸汽负荷等参数，控制受热面温度分布。同时，加强对受热面壁温的监测，及时发现温度异常并进行调整。

此外，控制循环气体流速也能有效减轻冲刷腐蚀。过高的气体流速会加剧粉尘对受热面的冲刷作用，因此需根据设备设计要求和实际运行情况，合理调整循环气体流速。在保证热量回收效率的前提下，适当降低气体流速，减少粉尘对受热面的磨损和腐蚀。

（四）维护与检修策略

建立科学合理的维护与检修策略，是保障干熄焦余热锅炉安全稳定运行的重要举措。定期对省煤器和蒸发器进行检查维护，及时发现并处理腐蚀问题。在日常巡检中，通过目视检查、超声波测厚等手段，监测受热面管壁厚度变化和表面腐蚀情况。对于发现的局部腐蚀区域，及时采取补焊、喷涂等修复措施。

制定合理的检修周期，对省煤器和蒸发器进行全面检修维护。在检修过程中，清理受热面表面的积灰和腐蚀产物，检查管材腐蚀情况和连接部位密封性。对于腐蚀严重的管材，及时进行更换。同时，对涂层进行检查修复，确保涂层的完整性和防护性能。

此外，加强对操作人员的培训，提高其对高温腐蚀问题的认识和处理能力。操作人员应严格按照操作规程进行设备运行和维护，及时发现并处理异常情况，避免因操作不当导致高温腐蚀问题加剧。

四、结论与展望

干熄焦余热锅炉省煤器和蒸发器的高温腐蚀问题，是影响设备安全稳定运行和企业经济效益的重要因素。通过深入研究高温腐蚀原理和类型，结合实际生产情况，采取材料选择与优化、涂层技术应用、运行参数优化以及维护与检修策略等综合防护措施，可有效减轻高温腐蚀危害，延长设备使用寿命。

随着钢铁行业对节能环保要求不断提高，干熄焦技术将得到更广泛应用。未来，针对干熄焦余热锅炉高温腐蚀防护的研究将持续深入。一方面，需进一步研发新型耐腐蚀材料和涂层技术，提升材料耐腐蚀性能和涂层防护效果；另一方面，利用先进监测技术和大数据分析手段，实现对高温腐蚀过程的实时监测和预测，为设备维护和管理提供更科学依据。同时，加强跨学科、跨领域合作，借鉴其他行业先进经验，不断完善干熄焦余热锅炉高温腐蚀防护技术体系，推动干熄焦技术可持续发展。