烟气余热锅炉受热面高温腐蚀与积灰结渣协同治理难题

在 “双碳” 战略背景下，烟气余热锅炉作为工业余热回收的核心装备，在电力、化工、冶金等领域的应用持续深化。然而，受热面面临的高温腐蚀与积灰结渣问题严重制约设备性能：据统计，二者协同作用可使锅炉热效率下降 15%-20%，年维护成本增加 30% 以上。高温腐蚀与积灰结渣并非独立存在，而是通过传热恶化 - 成分富集 - 结构损伤的链式反应形成恶性循环。因此，突破传统独立治理模式，构建协同防控体系成为行业关键技术瓶颈。

一、高温腐蚀与积灰结渣的协同作用机制

1.积灰结渣对高温腐蚀的促进路径

· 传热恶化：渣层导致管壁温度升高 50-100℃，加速硫化物腐蚀动力学过程

· 成分富集：积灰截留烟气中 80% 以上腐蚀性物质，局部 Cl⁻浓度可骤增 10 倍

· 流场畸变：结渣形成的凹凸表面引发烟气湍流，冲刷破坏氧化膜

2.高温腐蚀对积灰结渣的反馈效应

· 表面粗糙化：腐蚀形成的微坑使颗粒附着概率提升 30%

· 成分活性化：腐蚀产物 FeS₂与烟气反应生成液态 FeSO₄，促进灰分黏附

· 结构损伤：管壁减薄导致局部流速异常，加剧结渣非均匀性

三、协同作用的危害量化分析

1.安全风险评估

某燃煤电厂实测数据显示，协同作用使爆管概率提升 8.7 倍，当渣层厚度达 30mm 时，管壁年均减薄速率从 0.1mm 增至 0.8mm。

2.能效损失模型

建立传热 - 腐蚀耦合模型表明：渣层厚度每增加 1mm，热效率下降 0.8%；腐蚀导致的管壁粗糙度增加，使烟气阻力上升 12%-18%。

3.环保超标分析

结渣导致的燃烧不充分使 NOx 排放增加 25%，腐蚀产生的金属氧化物颗粒使 PM₂.5 浓度超标 1.3 倍。

四、典型工程案例解析

1.燃煤电站锅炉失效案例

某 300MW 机组余热锅炉运行 3 年后，高温再热器区域渣层厚度达 65mm，管壁出现深度 1.2mm 的硫化物腐蚀坑。检测显示，灰分中 K₂SO₄含量达 18%，管壁温度长期维持在 650-700℃的腐蚀敏感区间。

2.化工尾气锅炉堵塞案例

某石化企业处理含氯尾气的余热锅炉，运行 6 个月后省煤器堵塞率达 40%，管壁点蚀密度达 20 个 /cm²。分析表明，HCl 浓度 150ppm 的工况下，腐蚀速率较设计值提高 4.3 倍。

五、四维协同治理策略

1.材料防护体系构建

· 基体升级：采用 Inconel 625 合金替代常规 12Cr1MoV，耐硫化物腐蚀性能提升 3 倍

· 涂层创新：开发 Al₂O₃-TiO₂复合涂层，表面硬度达 HV1200，积灰附着力降低 60%

2.结构优化设计方案

· 流场重构：采用缩放管 + 扰流棒组合结构，使烟气湍流强度提升 40%，积灰速率下降 55%

· 智能吹灰：布置声波 - 蒸汽复合吹灰系统，实现温度 - 积灰双参数联动控制

3.运行调控技术创新

· 燃料适配：建立硫氯含量与运行参数的耦合模型，动态调整过量空气系数 ±5%

· 温度窗口：将受热面壁温控制在 580-620℃的安全区间，规避硫酸盐腐蚀峰值区域

本文证实高温腐蚀与积灰结渣存在显著协同效应，其耦合作用通过传热 - 传质 - 力学的多物理场耦合机制，对设备安全与能效造成复合损害。提出的四维协同治理体系，经工程验证可使锅炉非计划停炉次数减少 70%，热效率提升 8-12 个百分点。未来需进一步研究多污染物协同作用下的材料失效机理，开发智能自修复涂层等前沿技术，推动余热锅炉向本质安全方向发展。