干熄焦余熱鍋爐省煤器、蒸發器的高溫腐蝕防護實踐

在鋼鐵行業，干熄焦技術因能持續穩定回收紅焦顯熱、大幅減少環境污染，已成為焦化生產的核心技術。干熄焦余熱鍋爐作為干熄焦系統的關鍵設備，其省煤器和蒸發器承擔著熱量回收與能量轉換的重任。然而，在實際運行中，省煤器和蒸發器長期處于高溫、高塵及腐蝕性氣體交織的復雜環境，高溫腐蝕問題愈發突出。這不僅降低了設備熱效率，還可能引發安全事故，嚴重影響企業經濟效益與安全生產。因此，深入探究干熄焦余熱鍋爐省煤器、蒸發器的高溫腐蝕機理，并采取有效防護措施，具有重要現實意義。

一、高溫腐蝕原理與類型

干熄焦余熱鍋爐省煤器和蒸發器面臨的高溫腐蝕，是多種因素共同作用的結果。干熄焦過程中，焦炭與循環氣體中的氧氣、水蒸氣、二氧化碳等發生化學反應，生成一氧化碳、氫氣等還原性氣體；同時，焦炭中的硫、氯等雜質釋放到循環氣體中，形成含有二氧化硫、硫化氫、氯化氫等腐蝕性氣體的復雜環境。

（一）硫化物腐蝕

在高溫環境下，循環氣體中的二氧化硫（SO?）和硫化氫（H?S）會與金屬表面發生化學反應。當溫度處于 400 - 600℃時，金屬鐵（Fe）與硫化氫反應生成硫化亞鐵（FeS），反應方程式為：Fe + H?S → FeS + H?。硫化亞鐵在高溫下進一步被氧化，形成疏松多孔的氧化膜，該氧化膜無法有效阻擋腐蝕性氣體繼續侵入，從而加速金屬腐蝕。此外，二氧化硫在一定條件下被氧化為三氧化硫（SO?），三氧化硫與水蒸氣結合形成硫酸蒸汽，當金屬表面溫度低于硫酸蒸汽露點溫度時，硫酸蒸汽會在金屬表面凝結，引發硫酸腐蝕。

（二）氯化物腐蝕

循環氣體中的氯化氫（HCl）在高溫環境下腐蝕性極強。氯化氫會與金屬表面的氧化膜反應，破壞氧化膜完整性。例如，氯化氫與鐵的氧化物（Fe?O?）反應生成氯化鐵（FeCl?）和水，反應方程式為：Fe?O? + 6HCl → 2FeCl? + 3H?O。生成的氯化鐵在高溫下分解，產生的氯氣（Cl?）會進一步與金屬反應，加速腐蝕進程。而且，氯化物還會促進硫化物腐蝕，二者相互作用，加劇金屬腐蝕程度。

（三）沖刷腐蝕

干熄焦余熱鍋爐內的循環氣體攜帶大量焦炭粉塵，這些粉塵在高速流動過程中對省煤器和蒸發器的受熱面產生沖刷作用。粉塵顆粒撞擊金屬表面，會破壞金屬表面的氧化膜，使新鮮金屬暴露在腐蝕性氣體中，加速腐蝕進程。同時，沖刷作用還會造成金屬表面磨損，進一步縮短設備使用壽命。

二、省煤器、蒸發器高溫腐蝕現狀與危害

在實際運行中，干熄焦余熱鍋爐省煤器和蒸發器的高溫腐蝕問題十分嚴峻。對多家鋼鐵企業干熄焦裝置的調研顯示，省煤器和蒸發器的受熱面管壁厚度在運行一段時間后顯著減薄。部分企業的省煤器運行 1 - 2 年后，管壁厚度減薄量可達原壁厚的 30% - 50%，甚至出現爆管事故。蒸發器的腐蝕情況同樣不容小覷，尤其在蒸發段的入口和出口區域，由于溫度和介質成分變化，腐蝕更為嚴重。

高溫腐蝕對干熄焦余熱鍋爐的危害主要體現在以下幾方面。首先，腐蝕導致設備熱效率降低。受熱面管壁減薄后，導熱性能變差，熱量傳遞效率下降，影響余熱鍋爐的產汽量和蒸汽品質。其次，腐蝕引發的爆管事故會造成設備停機維修，不僅增加維修成本，還會影響企業正常生產，帶來巨大經濟損失。此外，高溫腐蝕還可能引發安全隱患，泄漏的高溫介質和腐蝕性氣體對操作人員人身安全構成威脅。

三、高溫腐蝕防護實踐

（一）材料選擇與優化

選用耐腐蝕性能優良的材料是預防高溫腐蝕的基礎。對于省煤器和蒸發器的受熱面管材，目前常用材料有普通碳鋼、低合金鋼和不銹鋼等。普通碳鋼價格低廉，但耐腐蝕性能欠佳，在高溫腐蝕環境下使用壽命較短。低合金鋼通過添加鉻（Cr）、鉬（Mo）、釩（V）等合金元素，提高了鋼材強度和耐腐蝕性能，在一定程度上可緩解高溫腐蝕問題。然而，對于腐蝕嚴重區域，不銹鋼材料更為適用。例如，316L 不銹鋼因含有較高的鉻、鉬元素，具有良好的耐腐蝕性和抗氧化性，能在高溫、高腐蝕性氣體環境中保持穩定性能。在一些新建干熄焦余熱鍋爐項目中，采用 316L 不銹鋼作為省煤器和蒸發器的受熱面管材，有效延長了設備使用壽命。

除常規金屬材料外，新型耐蝕合金材料也在不斷研發與應用。例如，鎳基合金具有優異的高溫強度和耐腐蝕性能，在高溫、高硫、高氯等極端環境下表現卓越。雖然鎳基合金材料成本較高，但在腐蝕嚴重的關鍵部位使用，可顯著提升設備的可靠性和穩定性，從長遠看具有良好經濟效益。

（二）涂層技術應用

涂層技術是一種有效的高溫腐蝕防護手段。在金屬表面涂覆一層耐腐蝕涂層，可隔絕金屬與腐蝕性氣體接觸，起到保護作用。目前，應用于干熄焦余熱鍋爐省煤器和蒸發器的涂層主要有金屬涂層和陶瓷涂層。

金屬涂層通常采用熱噴涂技術施工，常用金屬材料有鎳鉻合金、鋁鉻合金等。熱噴涂技術利用高溫熱源將金屬材料加熱至熔融或半熔融狀態，再通過高速氣流將其噴射到金屬表面，形成一層致密涂層。這種涂層與基體金屬結合牢固，具有良好的耐腐蝕性和耐磨性。例如，采用超音速火焰噴涂（HVOF）技術在省煤器和蒸發器的受熱面噴涂鎳鉻合金涂層，涂層孔隙率低，能有效阻擋腐蝕性氣體侵入，延長設備使用壽命。

陶瓷涂層具有硬度高、耐高溫、耐腐蝕等優點。常見陶瓷涂層材料有氧化鋁（Al?O?）、氧化鋯（ZrO?）等。陶瓷涂層可采用等離子噴涂、化學氣相沉積（CVD）等方法制備。等離子噴涂技術通過高溫等離子體將陶瓷粉末加熱至熔融狀態，然后噴射到金屬表面形成涂層。化學氣相沉積技術則利用氣態物質在金屬表面發生化學反應，沉積形成陶瓷涂層。陶瓷涂層能在高溫環境下形成穩定保護膜，有效抵御硫化物、氯化物等腐蝕性氣體侵蝕。

（三）運行參數優化

合理優化干熄焦余熱鍋爐的運行參數，對減輕高溫腐蝕意義重大。首先，控制循環氣體成分是關鍵。通過調整焦炭質量和干熄焦工藝參數，降低循環氣體中硫、氯等腐蝕性氣體含量。例如，采用低硫焦炭作為原料，降低焦炭中的硫含量；優化干熄爐內的氣體循環系統，提高氣體氧化還原氣氛控制精度，減少硫化氫等還原性氣體生成。

其次，控制受熱面壁溫。過高的壁溫會加速金屬腐蝕速率，因此需合理設計余熱鍋爐結構和運行參數，確保受熱面壁溫處于合適范圍。可通過調整鍋爐給水溫度、蒸汽負荷等參數，控制受熱面溫度分布。同時，加強對受熱面壁溫的監測，及時發現溫度異常并進行調整。

此外，控制循環氣體流速也能有效減輕沖刷腐蝕。過高的氣體流速會加劇粉塵對受熱面的沖刷作用，因此需根據設備設計要求和實際運行情況，合理調整循環氣體流速。在保證熱量回收效率的前提下，適當降低氣體流速，減少粉塵對受熱面的磨損和腐蝕。

（四）維護與檢修策略

建立科學合理的維護與檢修策略，是保障干熄焦余熱鍋爐安全穩定運行的重要舉措。定期對省煤器和蒸發器進行檢查維護，及時發現并處理腐蝕問題。在日常巡檢中，通過目視檢查、超聲波測厚等手段，監測受熱面管壁厚度變化和表面腐蝕情況。對于發現的局部腐蝕區域，及時采取補焊、噴涂等修復措施。

制定合理的檢修周期，對省煤器和蒸發器進行全面檢修維護。在檢修過程中，清理受熱面表面的積灰和腐蝕產物，檢查管材腐蝕情況和連接部位密封性。對于腐蝕嚴重的管材，及時進行更換。同時，對涂層進行檢查修復，確保涂層的完整性和防護性能。

此外，加強對操作人員的培訓，提高其對高溫腐蝕問題的認識和處理能力。操作人員應嚴格按照操作規程進行設備運行和維護，及時發現并處理異常情況，避免因操作不當導致高溫腐蝕問題加劇。

四、結論與展望

干熄焦余熱鍋爐省煤器和蒸發器的高溫腐蝕問題，是影響設備安全穩定運行和企業經濟效益的重要因素。通過深入研究高溫腐蝕原理和類型，結合實際生產情況，采取材料選擇與優化、涂層技術應用、運行參數優化以及維護與檢修策略等綜合防護措施，可有效減輕高溫腐蝕危害，延長設備使用壽命。

隨著鋼鐵行業對節能環保要求不斷提高，干熄焦技術將得到更廣泛應用。未來，針對干熄焦余熱鍋爐高溫腐蝕防護的研究將持續深入。一方面，需進一步研發新型耐腐蝕材料和涂層技術，提升材料耐腐蝕性能和涂層防護效果；另一方面，利用先進監測技術和大數據分析手段，實現對高溫腐蝕過程的實時監測和預測，為設備維護和管理提供更科學依據。同時，加強跨學科、跨領域合作，借鑒其他行業先進經驗，不斷完善干熄焦余熱鍋爐高溫腐蝕防護技術體系，推動干熄焦技術可持續發展。