淺議火力發電廠空氣預熱器防腐

國家電力投資集團公司蒙東能源通遼發電總廠 028000

摘要：近年來，發電廠鍋爐空氣預熱器的防腐一直受到關注。為充分利用煙氣余熱，降低排煙溫度，提高鍋爐熱效率，工業鍋爐的尾部都加裝了空氣預熱器。但是作為鍋爐尾部的空氣預熱器，通常是含有水蒸汽和硫酸蒸汽的低溫煙氣區域，工作條件比較惡劣，容易出現低溫腐蝕和堵灰。處在鍋爐低溫區域的空氣預熱器，一旦發生低溫腐蝕和堵灰，就會造成煙氣通道堵塞，引風阻力增大，鍋爐正壓燃燒。這不但降低了鍋爐出力，甚至造成被迫停爐。腐蝕的結果會造成空氣預熱器管子泄漏損壞，造成嚴重漏風，引起燃燒工況惡化。嚴重時不得不經常更換受熱面，既增加了維修工作量和材料損耗，又影響了鍋爐的正常運行，冷空氣進入煙氣側，還會降低煙溫，加速低溫腐蝕及堵灰的速度，從而影響鍋爐安全運行。本文闡述了鍋爐空氣預熱器低溫腐蝕機理及預防措施。

關鍵詞：鍋爐；燃料；空氣預熱器

1 腐蝕機理

造成鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕的原因有兩點：一是煙氣中存在著三氧化硫；二是受熱面的金屬壁溫低于煙氣中的酸露點溫度。鍋爐燃料中或多或少的都含有硫。當燃用含硫量較多的燃料時，燃料中的硫份在燃燒后，大部分變成二氧化硫，在一定條件下其中的少部分進一步氧化成三氧化硫氣體。三氧化硫氣體與水蒸汽能結合成硫酸蒸汽，其凝結露點溫度高達120℃以上，露點溫度越高，煙氣含酸量愈大，腐蝕堵灰愈嚴重。當空氣預熱器管壁溫度低于所生成的硫酸露點時，硫酸就在管壁上凝結而產生腐蝕，叫做低溫腐蝕。金屬壁面被腐蝕的程度取決于硫酸凝結量的多少，濃度的大小和金屬壁面溫度的高低。硫酸象一層膠膜，一面粘在管壁上腐蝕，一面不斷粘著煙灰，形成多種硫酸鹽，并逐漸增厚，這就是低溫式結渣。

2 空氣預熱器管壁的最低允許溫度

煤中含硫量的多少，影響鍋爐排煙溫度的選取。同時，鑒于對鍋爐排煙熱損失與防止尾部受熱面低溫腐蝕等因素的綜合考慮，目前，裝有空氣預熱器的鍋爐設計排煙溫度一般為 160～190℃。事實上，由于某些單位使用蒸汽時負荷變化較大，或長期低負荷運行，引起操作不當，增加大量過剩空氣；設備失修，不及時清灰等原因而造成排煙溫度長期低于140℃，即煙氣露點之下。從整個爐體煙氣流程來講，空氣預熱器煙氣通道截面較小，阻力較大，因此增加了形成堵灰結渣的可能性。當松散性積灰在管內粘附時間過長時，就可能由松散轉為緊密性的積灰，因為有的積灰可能吸附煙氣中的二氧化硫、三氧化硫和水蒸汽，使積灰生成硫酸鹽和亞硫酸鹽，由于這些鹽類的生成致使松散性積灰轉變為緊密性積灰。這些積灰與空氣預熱器內管壁作用生成硫酸鐵和亞硫酸鐵，就更增加了積灰結渣的牢固性。上述積灰性質的變化，首先發生在逆流式空氣預熱器冷端（進風口一側）的管內壁上，原因是此處低溫空氣與低溫煙氣的熱交換處，其管壁溫度較低，所以腐蝕和堵灰往往從管子冷端逐漸向熱端延伸，且多積聚在煙氣流速較低的四周死角。當鍋爐開爐停爐頻繁而積灰結渣又沒有得到及時清除時，腐蝕和積灰的速度必然加快。

3 預防及處理措施

為防止空氣預熱器的低溫腐蝕堵灰，可從以下幾個方面采取措施：

3.1在燃料及燃燒產物方面：可從燃料及煙氣中除硫，防止三氧化硫的產生，以降低煙氣的露點溫度。①根本措施是從燃料及煙氣中除硫從目前來看，技術尚不成熟，實際應用難度很大。工業鍋爐燃燒煤含硫量多數在1% ～1.5%，有些可達 3% ～5%，因此鍋爐盡量不燃用含硫量大于2% 的煤。②在鍋爐運行過程中，盡量降低過剩空氣量，減少煙氣中的過剩氧，能顯著降低三氧化硫的生成量，相應的煙氣露點溫度也降低了，這樣也就減少了低溫受熱面腐蝕的可能性。一般情況下燃燒室過剩空氣系數的臨界量約為1.05，低于此數對降低低溫腐蝕有顯著作用。

3.2 在鍋爐方面：采用提高低溫受熱面的壁面溫度或使壁面溫度避開煙氣嚴重腐蝕區域的辦法。①適當提高排煙溫度，提高鍋爐的排煙溫度可以相應提高空氣預熱器的壁溫，對大多數燃料要求壁溫達到105℃，可避免或減輕腐蝕。如提高空氣預熱器進風溫度或提高省煤器入口水溫皆可。②要減少或避免鍋爐低負荷或超負荷運行鍋爐低負荷運行必然造成排煙溫度降低到煙氣露點以下，引起空氣預熱器管壁腐蝕。當鍋爐超負荷運行時，給煤量及排煙量均相應加大，預熱器難以適應煙塵排量驟增的要求，煙氣阻力增大，就會發生管內積灰堵塞現象。由于燃用較高硫份煤，而且長期超負荷運行，容易造成空氣預熱器低溫段的嚴重腐蝕及穿孔漏風。

3.3 改變受熱面的布置方式：①采用臥置管式空氣預熱器。臥置管式空氣預熱器，煙氣在管外沖刷，空氣在管內流動。臥式與立式相比較，在同樣的煙氣和空氣進口溫度下，一般可提高壁溫 10～30℃。②改變傳熱方式。在常見的空氣預熱器中，為了達到使用較少的受熱面積而得到較高的預熱空氣溫度，一般均采用逆流布置方式。為了防止空氣預熱器的低溫腐蝕，可將逆流傳熱改為順流傳熱方式或先順流后逆流傳熱方式。兩者均可以相應提高空氣預熱器低溫段的金屬壁溫。[1]

3.4 加強空氣預熱器的清灰工作 掌握積灰規律，定期除灰。既可增大煙氣流通面積，減少煙氣阻力，又相應減少受熱面的腐蝕。在清理管子積灰時，可用 5%的堿水浸泡，然后用清水沖洗。為減少管子堵塞，可將管徑加粗，效果也較為理想。[2]

3.5 水冷壁向火側腐蝕及其預防水冷壁向火側腐蝕是指水冷壁外壁在還原性氣氛中，揮發性硫、氯化物及熔融灰渣作用下，使管壁減薄引起的故障。水冷壁向火側腐蝕不可能發生在燃燒區域的氧化氣氛中。一氧化碳，包括未燃燒的煤粒沖刷管壁，在硫酸鹽和氨氯化物的作用下加速腐蝕，導致管壁減薄，當其腐蝕速度超過 25μm/103h 時，表示已有明顯腐蝕。此外低熔點的鈉、磷的焦硫酸鹽甩落在水冷壁管外表，能熔掉管外表的氫化鐵保護層，也使金屬受到腐蝕。超臨界壓力鍋爐因其布置特點及壁溫相對較高，容易發生圓周方向的溝槽或裂紋。[3]由于水冷壁向火側腐蝕涉及燃燒器區域附近一批管子的安全問題，嚴重時 1～2 萬小時就要更換一批水冷壁管，所以應予以重視。預防水冷壁向火側腐蝕的措施是：①控制噴燃器噴射角度與煙氣氧量，避免未燃煤粉與還原性氣體沖刷水冷壁；②采用滲鋁管或火焰噴涂的方法提高水冷壁管的抗腐蝕能力；③在降低煙氣含氧量采用低氧燃燒或為降低 NOX而采用二次燃燒法時，要注意可能出現的向火側腐蝕。[4]

3.6低溫腐蝕低溫腐蝕是煙氣中的硫酸、亞硫酸在低于露點的受熱面上凝結，使受熱面腐蝕的一種現象。煤、油含硫量高、壁面溫度低是產生低溫腐蝕的主要原因，大容量電站鍋爐低溫腐蝕主要發生在空氣預熱器。一般情況下，空氣預熱器低溫腐蝕并不構成事故，但影響機組的長期安全可靠運行，增加檢修工作量，并降低鍋爐經濟性。個別情況下，由于不均勻的堵灰、腐蝕，使煙、風壓隨回轉式空氣預熱器的旋轉而周期性變化，當影響燃燒穩定及自動控制質量時，可能成為鍋爐強迫停用的因素之一。采用低硫煤、爐內脫硫等措施有利于防止低溫腐蝕；采用耐腐蝕材料、改變傳熱元件型線，采用玻璃管預熱器、熱管式空氣預熱器，加裝暖風器等都是防止低溫腐蝕的措施。

4 結語

防止空氣預熱器腐蝕、積灰的方法很多，以上只是目前在防止鍋爐尾部受熱低溫腐蝕方面的常用方法，具體采用哪種方法，需視各單位情況而定。

參考文獻：

[1]沈鴻雁，馬殿暉，李良成.煙氣露點溫度與鍋爐低溫受熱面的腐蝕[J ].黑龍江電力，2002，（02）.

[2]楊國輝.鍋爐低溫受熱面管的腐蝕及防護[J ].管道技術與設備，2004，（02）.

[3]王春雨，楊廣勝，劉建偉.鍋爐空氣預熱器低溫腐蝕機理及預防措施[J ].中小企業管理與科技（下旬刊），2009，（09）.

[4]桂宏，黃喬松.管式空氣預熱器受熱面防腐與防磨[J ].中國高新技術企業，2008，（22）.