再生烟气余热锅炉积灰成因及防止措施_工程实践

摘要

摘要：分析了催化裂化装置再生烟气余热锅炉积灰成因，探讨了防止措施。关键词：催化裂化装置；再生烟气余热锅炉；积灰；防止措施Causes and Prevention Measures for Fouling in Regene

摘要：分析了催化裂化装置再生烟气余热锅炉积灰成因，探讨了防止措施。

关键词：催化裂化装置；再生烟气余热锅炉；积灰；防止措施

Causes and Prevention Measures for Fouling in Regenerative Flue Gas Waste Heat Boiler

LI Jun，LI Yong，GONG Xiaojie

Abstract：The eauses of regenerative flue gas waste heat boiler fouling for catalytic cracking unit is analyzed，and the prevention nleasures are discussed.

Key words：catalytic cracking unit；regenerative flue gas waste heat boiler； fouling；prevention measure

催化裂化装置再生烟气余热锅炉通常采用烟道式布置，其受热面包括过热器、蒸发器、省煤器等。受热面管壁积灰是再生烟气余热锅炉在使用过程中普遍存在的问题，往往造成换热效率降低，排烟温度高，烟气阻力大，还会加速管壁的腐蚀，危及锅炉安全运行，并使能耗增加。催化裂化装置再生烟气中常含有微量的腐蚀性介质(含硫的氧化物)，易导致受热面管壁的腐蚀。当烟气流程和参数特别烟气的流速选择不合理时，易使上游来的催化剂粉尘沉积在受热面上，从而造成管壁积灰^[1]。本文对催化裂化装置再生烟气余热锅炉积灰成因及防止进行探讨。

1 积灰的成因

再生烟气余热锅炉的结构见图1。根据积灰在受热面上的沾污程度，积灰可分为下列形态。

① 熔渣

熔渣主要在高温受热面(过热器)形成，由于烟气中灰分的熔点较低，而烟气入口温度又很高，灰分呈熔融状的颗粒，遇到受热面便粘在管壁上。这种熔渣的产生仅是物理过程。

② 高温粘结灰及腐蚀

高温粘结灰是指烟气中的硫与在高温中挥发成为分子的钠、钾等金属，在遇到高温受热面(过热器)时发生化学反应，反应产物凝结在受热面上引起的粘结灰。这种粘结灰具有无限增长的特点，这是由于化学反应后生成的硫酸盐(Na₂S0₄、K₂S0₄)，在高温条件下呈熔融状，具有黏性，大量捕集飞灰及催化剂而形成越来越厚的积灰。硫酸盐与受热面管壁氧化保护层(Fe₂O₃)发生高温腐蚀，反应式为：

3Na₂S0₄+Fe₂0₃+3S0₃→2Na₃Fe(S0₄)₃

3K₂S0₄+Fe₂0₃+3S0₃→2K₃Fe(S0₄)₃

③ 低温粘结灰及腐蚀

低温粘结灰发生在低温受热面上(蒸发器、省煤器)，这是由于积灰与凝结在低温受热面管壁上的硫酸盐作用而形成以硫酸钙为基质的物质，呈硬结状，易堵塞烟道，清理比较困难。低温腐蚀的产生取决于烟气中S0₃与水蒸气的含量，二者结合成硫酸蒸气，当遇到低于露点的受热面时就形成硫酸溶液，从而引起受热面的腐蚀，这种因蒸气凝结引起的腐蚀称为结露腐蚀^[2]。

④ 松灰

烟气中携带的飞灰及催化剂粒径一般都小于200μm，大部分是10～20μm的颗粒。当含灰的气流冲刷管束时，产生旋涡区，大颗粒由于惯性大，不易进入旋涡，进入旋涡区的大部分为微小颗粒。在分子力吸附作用和静电力的作用下，遇到低温受热面管壁便聚积下来。松灰呈干松状，易吹除，但其热阻很大，对传热有很大影响^[3]。积灰主要在管子背风面形成，当烟气流速较大时，迎风面基本没有积灰，因此积灰程度与烟气流速有关。3种烟气流速下管子的积灰状态见图2。图中，v₁＞v₂＞v₃。对于最高的烟气流速v₁，管子积灰最少，v₂积灰较多，v₃积灰最严重。因此，烟气流速越大，在管子的背风面越不易积灰。

2 积灰防止措施

① 合理的设计。在设计过程中，合理的烟气流速，适当的炉膛容积，加大进口管束的节距(采用管屏结构以及管间距大一些的受热面)，这都会有效地防止积灰的形成。

② 采用耐腐蚀材料。在低温受热面(省煤器)采用防腐材料(如ND钢)，在高温受热面(过热器)采用渗铝及表面涂碳化硅、氮化硅涂料。这虽然可以延长省煤器及过热器的使用寿命，但不能从根本上解决积灰腐蚀问题。

③ 温度的控制。在省煤器前设置给水预热器，使锅炉给水先进入预热器，再进入省煤器，从提高省煤器受热面壁温，防止低温粘结灰的形成及低温腐蚀。控制高温受热面的管壁温度(不高于540℃)，避免高温粘结灰的形成及高温腐蚀。

④ 保持受热面洁净。受热面积灰是引起高温和低温腐蚀的重要原因，因此应采取有效的除灰方法，及时清除积灰。常用的除灰方法有：合理布置吹灰器，采用振动、振打的方法以及用钢珠等方法除灰^[4]。

3 结论

受热面管壁上的积灰给锅炉的传热及安全造成影响，熔渣和高温粘结灰主要发生在高温受热面，而低温粘结灰和松灰主要发生在低温受热面。合理布置受热面管束、合理的管壁温度、合理的除灰方法都能有效防止积灰的形成，合适的烟气流速能使锅炉达到自清灰的作用，从而有效地防止锅炉的积灰，进而保证锅炉安全、经济可靠地运行。

参考文献：

[1] 徐森荣.再生烟气余热锅炉积灰成因与防止措施[J].石油化工设备，2003，32(3)：50-52.

[2] 冯俊凯，沈幼庭，杨瑞昌.锅炉原理及计算[M].北京：科学出版社，2003：41-76.

[3] 陈刚.余热锅炉积灰和腐蚀机理与防范措施[J].余热锅炉，2001(2)：1-5.

[4] 曾奕强，莫广明.余热锅炉积灰处理方法及其安全性经济性的关系[J].电站辅机，2005(3)：41-44.

(本文作者：李军¹ 李勇² 宫晓杰³ 1.抚顺石油机械有限责任公司辽宁抚顺 113004；2.辽宁石油化工大学机械工程学院辽宁抚顺 113001；3.辽宁石油化工大学化学与材料科学学院辽宁抚顺 113001)