14.2. Корозія металу елементів котла

В результаті фізико-хімічних процесів, що виникають при взаємодії металу з омиваючим його середовищем, може виникати процес руйнування металу, який називають корозією. Якщо корозійний процес супроводжується протіканням електричного струму, його називають електрохімічною корозією.

Суть електрохімічної корозії полягає в тому, що при зіткненні металу з електролітами створюються умови для виникнення на поверхні оборотних і необоротних електродів, різниця потенціалів яких і обумовлює наявність корозійного струму. Якщо процес корозії підкоряється законам хімічних гетерогенних реакцій і при цьому не виникає електричний струм, його називають хімічною корозією. Для умов роботи металу поверхонь нагріву при відносно високій їх температурі характерна електрохімічна корозія.

14.3. Високотемпературна корозія зовнішніх поверхонь нагріву

В результаті дії продуктів згорання високої температури на поверхні металу утворюється оксидна плівка. При високій температурі металу процес утворення окалини посилюється. Найбільш інтенсивна високотемпературна корозія яка має місце за наявності сірчистих з'єднань в продуктах згорання. У області високих температур газів при зіткненні газів з гарячими поверхнями нагріву має місце утворення SО₃ з SО₂ за наявності локальних надлишків кисню. У більшості випадків, нагрітий до високої температури метал пароперегрівача служить каталізатором окислення SО₂ в SО₃ при цьому найбільшу каталітичну активність має плівка окалини Fe₂О₃. Каталітична дія на утворення SО₃ надає також шар золи при температурі приблизно 600°С. За наявності оксидів сірки в газах відбувається з'єднання їх з лужними компонентами золи і утворення сульфітів, які руйнівно діють на захисну плівку окалини.

Трубки вихідних ступенів пароперегрівачів найбільш схильні до газової корозії. Пошкодження трубок пароперегрівачів викликається окисленням SО₂ в SО₃ і утворенню при цьому сульфідних оксидів заліза на поверхні труб, які руйнівно діють на захисну плівку окалини.

Наявність в золі палива оксиду ванадію V₂О₅ також підсилює газову високотемпературну корозію внаслідок розчинювальної її дії на захисні плівки окалини. Зокрема, в мінеральних домішках мазуту оксид ванадію досягає 70 % у перерахунку на V₂O₅. Звичайно ванадієва високотемпературна корозія спостерігається на трубках пароперегрівача котлів високого і надвисокого тиску і на поверхні сталевих не охолоджуваних деталей, що знаходяться у області високих температур газів. Небезпека ванадієвої корозії може бути понижена шляхом збільшення швидкості газового потоку і діями по зменшенню відкладення золи, захистом трубок, наприклад, графітовими покриттями.

14.4. Низькотемпературна корозія зовнішніх поверхонь нагріву

Низькотемпературна корозія виникає при конденсації на поверхні нагріву водяної пари і утворенні рідкої плівки, що є електролітом. Конденсація водяної пари виникає при температурі поверхні нагріву нижче за точку роси, яка визначається парціальним тиском водяної пари в продуктах згорання, що збільшується з підвищенням вогкості палива і вмісту в ньому водню. Наприклад, точка роси в продуктах згорання вугілля марки АШ рівна 27—28 °С, бурого вугілля 45—55 °С, мазуту 44—45°С і природного газу 54—55 °С. Наявність в продуктах згорання SО₂ і SО₃ підвищує температуру точки роси до 100—110°С.

На рис. 14.2 показані залежності температури точки роси від наявності SО₃ і H₂SО₄ в продуктах згорання.

Для особливо сірчистих палив температура точки роси підвищується до 150°С. За наявності водяної пари і сірчистих сполук в продуктах згорання утворюється пароподібна система Н₂О—H₂SО₄. Температура утворення рідкої сірчистої кислоти в продуктах згорання визначається вмістом сірки в паливі і при спалюванні палива з S^п =0,012% кг/МДж рівна 65°С, а при S^п =0,l ÷ 0,2 % кг/МДж вона складе 125—140 °C.

К

Рис. 14.2. Залежність температури точки роси t_р від вмісту SО₃ (а) і H₂SО₄ (б) в продуктах згорання

онденсація чистої водяної пари при температурі поверхні нижче за точку роси за відсутності вмісту в газах сірчистих з'єднань може викликати кисневу корозію у повітрепідігрівачі, розташованому у області низьких температур, і в результаті призвести до скрізного роз'їдання труб і перетікання повітря в газове середовище. Наявність в газах сірчистих з'єднань і конденсації на поверхнях нагріву рідкої плівки, що містить H₂SО₄, активізують корозію.

Найактивніше низькотемпературна корозія проявляється у повітрепідігрівачах, в яких мають місце найбільш низькі температури гріючих теплоносіїв. Температура стінки труби повітрепідігрівача, °С, виходячи з балансу теплоти внутрішньої і зовнішньої її поверхні, визначається за формулою, °С

,

(14.4)

де і — температури продуктів згорання на виході з повітрепідігрівача і повітря на вході в нього °С; і — коефіцієнти тепловіддачі з боку повітря і газу, Вт/(м²·К).

З виразу (14.4) виходить, що t_cт може бути одержана вище за температуру точки роси за рахунок збільшення температури повітря, що поступає у повітрепідгрівач, і зменшення . Зменшення , яке можливо за рахунок зниження швидкості повітря, пов'язане із збільшенням необхідної площі поверхні нагріву, а при забрудненні внутрішньої поверхні труб виносом не підвищує t_cт і при цьому недоцільне. Широко вживаним методом запобігання корозії повітрепідігрівача є підвищення температури поступаючого в нього повітря звичайно шляхом рециркуляції гарячого повітря у повітрепідігірвачі або попередньому підігріві повітря в парових підігрівачах.

Для виключення низькотемпературної корозії в першому ході повітрепідігірвача можливо застосування в ньому емальованих трубок або виготовлення їх з некородуючих матеріалів. У котлах, що працюють на сірчистому мазуті, присадка доломіту до мазуту, вживана для запобігання високотемпературній корозії, також знижує і низькотемпературну корозію в економайзерах і повітропідігрівниках.