蒸気発生器の低温腐食の原因と予防策

ボイラー低温腐食とは何ですか？

ボイラー後部伝熱面（エコノマイザ、空気予熱器）に発生する硫酸腐食は、後部伝熱面部の排ガス温度および管壁温度が低いことから低温腐食と呼ばれます。エコノマイザ管に低温腐食が発生すると、短期間で漏洩が発生し、安全上のリスクが生じます。また、修理のために炉を停止すると、経済的な損失も大きくなります。

ボイラーの低温腐食の主な原因

燃料中の硫黄は燃焼して二酸化硫黄（S+O2=SO2）を生成します。二酸化硫黄は触媒の作用でさらに酸化され、三酸化硫黄（2SO2+O2=2SO3）を生成します。SO3と排ガス中の水蒸気は硫酸蒸気（SO3+H2O=H2SO4）を生成します。硫酸蒸気の存在は排ガスの露点を大幅に上昇させます。空気予熱器内の空気温度が低いため、予熱器内の排ガス温度は高くなく、壁面温度は排ガス露点よりも低いことがよくあります。このように、硫酸蒸気は空気予熱器の加熱面に凝縮し、硫酸腐食を引き起こします。低温腐食は空気予熱器でよく発生しますが、燃料中の硫黄含有量が高く、過剰空気係数が大きく、排気ガス中のSO3含有量が高く、酸露点が上昇し、給水温度が低い（タービンが高温で停止する）場合、エコノマイザ管も低温腐食を発症する可能性があります。

ボイラー低温腐食事例

ある会社の循環流動床ボイラーは、1年未満で断続的に運転を開始したが、下部エコノマイザ管の複数の配管に穴が開き、漏れが発生していた。ボイラー燃料は瀝青炭とスラッジの混合物であり、エコノマイザ管の材質は20鋼（GB/T 3087-2008）であり、エコノマイザ入口温度は通常100℃未満であった。

材料組成分析、機械的性質試験、金属組織分析、走査型電子顕微鏡による形態およびエネルギースペクトル分析、X線回折による相分析などにより、エコノマイザ管の穿孔および漏洩の原因を分析しました。分析の結果、エコノマイザ管は低温で運転されており、腐食生成物にはSおよびCl元素が多く含まれていることが判明しました。エコノマイザ管の外壁は、低温運転時の低温腐食と運転停止時の酸腐食の影響を受け、最終的には石炭の節約につながります。パイプは腐食し、穿孔され、漏洩が発生しました。

低温腐食防止対策
1. 空気予熱管の壁温度を上げて、壁温度が煙道ガスの露点よりも高くなるようにします。
2. 排ガスに添加剤を加えてSO3を中和し、硫酸蒸気の発生を防ぎます。3. 空気予熱器とエコノマイザには低温耐腐食性材料を使用します。
4. 低酸素燃焼を使用して、排気ガス中の過剰な酸素を減らし、SO2 から SO3 への変換を防止および軽減します。
5. 酸露点温度を検出することにより、特定の作業条件下での酸露点を正確に把握でき、排気ガス温度を調整して最適な状態を実現し、省エネとボイラーの寿命延長につながります。