回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器低溫露點(diǎn)腐蝕研究及預(yù)防策略

房 新

（國(guó)家能源集團(tuán)宿遷發(fā)電有限公司，江蘇宿遷 223803）

0 引言

近年來(lái)隨著環(huán)保壓力不斷增大和燃料成本的增加，各大型火力發(fā)電廠廣泛采用配煤摻燒和脫硫、脫硝改造的方式來(lái)降低煤價(jià)和減少NOx排放。為了保證低負(fù)荷下脫硝催化劑反應(yīng)還原溫度，某電廠在尾部煙道布置了一級(jí)省煤器，排煙溫度降低20～30 ℃。回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器一般安裝在鍋爐煙道內(nèi)煙溫最低區(qū)域，特別是空氣預(yù)熱器的冷端，空氣的溫度最低、煙氣溫度也最低，冷端換熱元件最容易產(chǎn)生腐蝕和堵灰，一旦發(fā)生腐蝕和堵灰，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成空氣預(yù)熱器換熱元件的煙氣通道堵塞，引風(fēng)機(jī)阻力增大、鍋爐正壓燃燒，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

煤炭含硫量低于0.3%，鍋爐尾部低溫區(qū)域布置的空氣預(yù)熱器受熱面腐蝕情況不明顯，其壽命可達(dá)6 年。隨著各大型火力發(fā)電廠廣泛采用配煤摻燒，導(dǎo)致燃煤品質(zhì)越來(lái)越差，煤的硫份和灰份增加后，煙氣中SO3的含量必然增加。煙氣露點(diǎn)溫度降低、結(jié)露現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器低溫段受熱面腐蝕日趨嚴(yán)重，漏風(fēng)系數(shù)不斷升高，嚴(yán)重影響鍋爐設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。另外，SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原技術(shù)）脫硝裝置投入運(yùn)行還直接導(dǎo)致鍋爐煙氣系統(tǒng)阻力增加1000 Pa 和空氣預(yù)熱器傳熱元件及殼體的嚴(yán)重磨損。

隨著配煤摻燒力度的不斷加大和SCR 脫硝裝置投入，鍋爐煙氣系統(tǒng)阻力、低溫腐蝕和磨損對(duì)設(shè)備特別是空氣預(yù)熱器影響越發(fā)突出，目前已成為電廠普遍存在的問(wèn)題。

1 空氣預(yù)熱器冷端低溫腐蝕機(jī)理分析

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器處于鍋爐尾部低溫區(qū)域，燃料中或多或少都含有硫分，當(dāng)燃料中的硫燃燒生成SO2（二氧化硫），其中由于脫硝設(shè)備的投運(yùn)有一部分SO2在催化劑和煙氣的作用生成硫酸。由于空氣預(yù)熱器下部冷端空氣的溫度較低，空氣預(yù)熱器下部煙氣溫度不高，當(dāng)冷端換熱元件壁溫低于露點(diǎn)溫度時(shí)，硫酸蒸汽就會(huì)在波形板上凝結(jié)，并腐蝕金屬波形板。

（1）煤粉中含硫量增加導(dǎo)致煙氣中SO3（三氧化硫）含量增加。煤粉中含有的硫分在爐膛燃燒過(guò)程中和脫硝催化劑作用下導(dǎo)致煙氣中SO3的含量增加。

（2）煙氣中露點(diǎn)變化的影響。煙氣對(duì)受熱面的腐蝕常用酸露點(diǎn)的高低來(lái)表示，燃煤鍋爐由于煙氣中存在SO3，就會(huì)在空氣預(yù)熱器換熱元件波形板上形成硫酸蒸汽，煙氣中硫酸蒸汽含量越高，其酸露點(diǎn)（煙氣中硫酸蒸汽凝結(jié)的濕度）的越高，可以高達(dá)140～150 ℃。煙氣露點(diǎn)溫度與燃料含硫量有關(guān)，根據(jù)我國(guó)燃料的含硫量露點(diǎn)溫度一般在105～130 ℃（圖1）。實(shí)際運(yùn)行情況下空氣預(yù)熱器冷端煙氣溫度為120～130 ℃，在低負(fù)荷時(shí)溫度接近110 ℃，必然造成低溫腐蝕加劇。

（3）煙氣溫度的影響。隨著水力、風(fēng)力、太陽(yáng)能、核電等新能源應(yīng)用，火力發(fā)電廠備受沖擊基本不能滿負(fù)荷工作。為確保低負(fù)荷機(jī)組運(yùn)行下脫硝裝置的正常投運(yùn)（選擇性催化還原溫度一般320～400 ℃），在SCR 與空氣預(yù)熱器之間布置一級(jí)省煤器，這導(dǎo)致尾部煙溫降低20～30 ℃和堵灰壓差大。煙氣溫度對(duì)低溫腐蝕也有直接的作用，當(dāng)煙氣溫度高時(shí)，冷凝的硫酸液滴在空氣預(yù)熱器冷端波形板表面的遷移速度也會(huì)受到影響，進(jìn)而影響受熱面的腐蝕速度（圖2）。

圖1 燃煤含硫量與煙氣露點(diǎn)溫度的關(guān)系

（4）過(guò)?？諝庀禂?shù)的影響。煤粉在爐膛內(nèi)部處于低氧狀態(tài)下燃燒不僅可以減少熱損失，也可以有效防止低溫腐蝕。一般火力發(fā)電廠的鍋爐過(guò)?？諝庀禂?shù)a 在1.1～1.3，實(shí)際上其大小與腐蝕速度緊密聯(lián)系（圖3）。

圖2 布置一級(jí)省煤器導(dǎo)致的溫降示意

圖3 過(guò)剩空氣系數(shù)與腐蝕速度的關(guān)系

（5）吹灰方式的影響?；剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器采用飽和蒸汽進(jìn)行吹灰，如果吹灰前未將凝結(jié)水疏盡會(huì)導(dǎo)致其與灰泥附在波形板上，這種潮濕的積灰又繼續(xù)捕捉飛灰，使積灰很快加厚，加劇了積灰與腐蝕。

（6）硫酸濃度和凝結(jié)酸量對(duì)腐蝕速率的影響。影響腐蝕速率主要有凝結(jié)的酸量、酸露的濃度和金屬壁溫3 個(gè)因素。當(dāng)空氣預(yù)熱器冷端波形板壁溫低于露點(diǎn)時(shí)，煙氣中的硫酸蒸汽便會(huì)在波形板上凝結(jié)。不同濃度的硫酸對(duì)波形板的腐蝕速率也不同，在56%時(shí)腐蝕速度最高，然后隨著硫酸濃度的下降腐蝕速度也逐漸降低。

（7）設(shè)備磨損、漏風(fēng)現(xiàn)象造成的影響?；鹆Πl(fā)電廠采用配煤摻燒，使飛灰含量的增加導(dǎo)致空氣預(yù)熱器本體磨損嚴(yán)重，差壓大的位置磨損得最嚴(yán)重。冷一次風(fēng)的泄漏進(jìn)一步降低了煙溫，使煙氣結(jié)露現(xiàn)象加劇，越容易發(fā)生堵灰和腐蝕現(xiàn)象。

（8）管道泄漏的影響。空氣預(yù)熱器處滅火蒸汽管或省煤器泄漏，煙灰和水混為泥糊狀，極易堵塞，加上煙溫烘烤積灰成為塊狀，非常堅(jiān)固，檢修時(shí)很難疏通。

2 防止空氣預(yù)熱器低溫腐蝕的措施

（1）對(duì)燃料摻燒的控制。各大型火力發(fā)電廠都在采用配煤摻燒，不采購(gòu)高硫分的煤炭不可行，只能在燃煤場(chǎng)應(yīng)對(duì)不同煤種進(jìn)行混合配煤工作，找到較為合理的摻燒比例，控制入爐煤的含硫量，防止高硫燃料集中進(jìn)入鍋爐。

（2）控制或降低SO2的氧化率和氨逃逸率。環(huán)保壓力的不斷加大，各大型火力發(fā)電廠脫硫、脫硝改造已相繼上馬，采用噴氨法的選擇性催化劑還原，雖然減少了NOx的排放，同時(shí)導(dǎo)致一定的氨逃逸。根據(jù)國(guó)內(nèi)外各電站經(jīng)驗(yàn)：漏氨率一般設(shè)計(jì)范圍為2～5 μL/L，SO2到SO3的轉(zhuǎn)化率控制為1%。

（3）控制空氣預(yù)熱器冷端排煙溫度和進(jìn)口風(fēng)溫。對(duì)應(yīng)大型火電機(jī)組可以考慮在送、一次風(fēng)機(jī)出口增加暖風(fēng)器，提高空氣預(yù)熱器冷端出口煙溫，使出口溫度高于煙氣露點(diǎn)。此外還可以采用提高排煙溫度、開(kāi)熱風(fēng)再循環(huán)、加暖風(fēng)器等措施提高空氣預(yù)熱器入口溫度。一般情況下，排煙溫度大于120 ℃時(shí)，空氣預(yù)熱器的進(jìn)風(fēng)溫度控制在15～20 ℃就可以避免煙氣結(jié)露而造成的堵灰和低溫腐蝕現(xiàn)象。

（4）控制煙氣中過(guò)量空氣系數(shù)。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中要嚴(yán)格控制煙氣中氧含量，減小過(guò)?？諝庀禂?shù)，煙氣中過(guò)剩的氧會(huì)增大SO3的生成量，爐膛火焰中心溫度越高、過(guò)量空氣越多，生成的SO3就會(huì)越多。因此在機(jī)組運(yùn)行中要求運(yùn)行人員精心操作，合理配風(fēng)，各人孔門、看火孔應(yīng)關(guān)嚴(yán)，漏焊的殼體或煙道應(yīng)及時(shí)補(bǔ)焊封嚴(yán)，使燃燒狀態(tài)最佳，減少SO3的生成。國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)煙氣中的過(guò)?？諝庀禂?shù)降至1.01～1.02 時(shí)，煙氣露點(diǎn)降低42～52 ℃，對(duì)防止低溫腐蝕十分有利，所以要重視低氧燃燒。

（5）改善吹灰方式和布置，提高吹灰效果。在空氣預(yù)熱器蒸汽吹灰管道布置時(shí)盡量減少疏水管道彎管，同時(shí)吹灰邏輯進(jìn)行修改，吹灰前必須進(jìn)行疏水，疏水滿足條件后容許吹灰。采用多種吹灰方式對(duì)空氣預(yù)熱器傳熱元件吹掃，傳熱元件結(jié)露型堵灰采用蒸汽吹掃，而傳熱元件的硫酸氫氨型堵灰宜采用高壓水沖洗，當(dāng)然頻繁增加吹灰容易造成煙氣的含水量增加以及空氣預(yù)熱器換熱元件吹損加重。

（6）采用耐腐蝕的材料，提高經(jīng)濟(jì)效益。某公司空氣預(yù)熱器冷端波形板采用搪瓷材料后發(fā)現(xiàn)冷端波形板無(wú)堵灰、有較好的耐腐蝕、煙氣流通阻力小、傳熱效果好、耐磨損性能等，大大降低了空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)，風(fēng)機(jī)耗電明顯下降，鍋爐能滿負(fù)荷運(yùn)行，防腐效果十分顯著，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

（7）改造換熱元件，增大通流間隙。隨著各大型火力發(fā)電廠廣泛采用配煤摻燒，導(dǎo)致燃煤品質(zhì)越來(lái)越差，煤的硫分和灰分增加后，空氣預(yù)熱器冷端堵灰越趨明顯。可以考慮通過(guò)換熱元件改造、增大波形板間通流間隙來(lái)有效避免堵灰現(xiàn)象。

（8）加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)改造，降低漏風(fēng)率。隨著各大型火力發(fā)電廠廣泛采用配煤摻燒，空氣預(yù)熱器冷端堵灰越趨明顯，目前采取的高壓水沖洗不僅成本較高，而且需要停運(yùn)機(jī)組，給機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)諸多不利，可以考慮換熱元件改造、降低漏風(fēng)率等來(lái)避免堵灰現(xiàn)象。

（9）其他。更換空氣預(yù)熱器處滅火蒸汽控制閥，杜絕管內(nèi)凝結(jié)水泄漏進(jìn)入煙道。

3 結(jié)束語(yǔ)

盡管配煤摻燒、SCR 脫硝裝置的投運(yùn)對(duì)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器產(chǎn)生了一系列不利影響，但是在目前總體大環(huán)境下，降低火電企業(yè)的發(fā)電成本同時(shí)，必須達(dá)到環(huán)保要求減少NOx排放。新型材料搪瓷波形板的應(yīng)用，基本緩解了電廠回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器冷端波形板在煙道內(nèi)的低溫腐蝕現(xiàn)象，提高了回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器使用壽命，降低漏風(fēng)率，節(jié)約風(fēng)機(jī)電耗，保證機(jī)組長(zhǎng)周期的正常穩(wěn)定運(yùn)行，提高整個(gè)電廠的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。