燃煤電廠管式煙氣換熱器的材質選擇與設計

丁得龍

（浙江天地環保科技有限公司 浙江杭州 310013）

燃煤電廠管式煙氣換熱器的材質選擇與設計

丁得龍

（浙江天地環保科技有限公司 浙江杭州 310013）

合理選擇管式煙氣換熱器的材質既可有效避免設備的腐蝕，又可降低設備的投資成本。本文在分析造成管式煙氣換熱器腐蝕原因的基礎上，對管式煙氣換熱器材質的選擇進行了探討。管式煙氣冷卻器殼體和換熱模塊材質均采用ND鋼，管式煙氣加熱器殼體采用316L材質，換熱模塊可分為低、中、高溫段三段，材質依次為2205或涂搪瓷、316L和ND鋼。

管式煙氣換熱器；腐蝕；材質

1 概述

燃煤電廠通過設置管式煙氣換熱系統回收脫硫系統入口煙氣的熱量，來加熱脫硫后的凈煙氣溫度，既可降低干電入口煙氣溫度，降低飛灰比電阻，提高電除塵器的除塵效率；又可提高煙氣抬升力，促進煙氣擴散，消除煙囪冒白煙現象，控制石膏雨問題，改善電廠周邊環境質量，有良好的社會和環境效益。

管式煙氣換熱器所處的運行環境較為復雜，存在著設備腐蝕的風險，由于管式煙氣換熱器設備龐大，運轉周期較長，因此采取合理措施避免管式煙氣換熱系統的低溫腐蝕顯得尤為重要。

2 管式煙氣換熱器材質的選擇

2.1 低溫腐蝕機理

燃煤鍋爐煙氣中含有SO3，SO3與煙氣中的H2O結合會成為硫酸蒸汽。當煙氣流經低溫受熱面時，H2SO4蒸汽會在金屬壁面凝結成為酸液滴，從而對設備造成強烈的腐蝕，即為低溫腐蝕。

確定煙氣的酸露點是判斷換熱器低溫腐蝕的重要依據[1]。酸露點愈高，腐蝕范圍愈廣，腐蝕也愈嚴重。

2.2 脫硫后凈煙氣腐蝕機理

煙氣中除了含有SO2、SO3、NOx等腐蝕性氣體外，吸收塔出口煙氣還攜帶著、、Cl-、F-等離子以及石膏、石灰石等顆粒，這使得吸收塔出口的環境較為復雜[2]。根據吸收塔出口煙道冷凝水的成分可以判斷該處煙氣對金屬的腐蝕主要有：

（1）酸露點腐蝕

經吸收塔脫硫后的煙氣為50℃左右的飽和濕煙氣，略高于水露點溫度，但已遠低于酸露點，此時煙氣中的H2O和SO3反應生成H2SO4，在管式煙氣加熱器表面凝結形成硫酸溶液，對金屬材料產生低溫腐蝕，吸收塔出口至管式煙氣加熱器之間區域的腐蝕主要為酸露點腐蝕。

（2）Cl-離子腐蝕

煙氣中攜帶著少量的Cl-，Cl-可以引起金屬的電化學腐蝕，破壞金屬表面的鈍化膜，從而造成金屬的點蝕和縫隙腐蝕[3]。

（3）沖刷腐蝕

經脫硫的煙氣中攜帶著石灰石、石膏等顆粒，隨著高速流動的煙氣會對金屬表面造成侵蝕，造成換熱面的沖刷磨損。

2.3 管式煙氣換熱器材質選擇與設計

根據蘇聯1973年鍋爐熱力計算標準，當碳鋼、ND鋼材質的受熱面壁溫高于水露點以上25℃且小于105℃時，可以將金屬低溫腐蝕速率控制在0.2 mm/a以內。但在生產過程中，因管式煙氣換熱系統所處的運行環境較為復雜，加之燃煤機組的負荷波動十分頻繁，僅通過控制換熱管的壁溫難以避免管式煙氣換熱系統的低溫腐蝕，因此，需根據管式煙氣換熱系統的運行環境合理選擇換熱管材質。

（1）管式煙氣冷卻器的材質選擇

ND鋼是目前國內外最理想的“耐硫酸低溫露點腐蝕”用鋼材，廣泛用于制造省煤器、空氣預熱器等裝置設備，用于抵御含硫煙氣硫酸露點腐蝕。

管式煙氣冷卻器運行過程中，模塊壁溫一般高于70℃，即高于水露點以上25℃，此時發生低溫腐蝕的風險較低，因此，管式煙氣冷卻器殼體和模塊材質均選用ND鋼。

（2）管式煙氣加熱器的材質選擇

鮑聽、田豐等[4,5]的研究表明，各種材料在吸收塔出口煙氣冷凝液中抗腐蝕能力的排序依次為：2205雙相不銹鋼或搪瓷管＞316L不銹鋼＞ND鋼。

在管式煙氣換熱系統設計時，可將管式煙氣加熱器分為低溫段、中溫段、高溫段三段，根據每段的煙溫和熱媒水溫采用不同模塊材質，既可控制低溫腐蝕，又能降低投資成本。

管式煙氣加熱器的低溫段入口煙氣溫度一般為50℃，接近水露點溫度，低溫腐蝕最嚴重，因此低溫段模塊采用耐腐蝕性能優良的2205雙相不銹鋼或搪瓷管，將腐蝕速率降到最低；中溫段煙氣溫度較低，但是煙氣溫度高于飽和煙氣溫度2～3℃以上，其低溫腐蝕程度低于低溫段，但仍有低溫腐蝕的風險，因此中溫段模塊材質采用316L。

高溫段入口煙氣溫度達到65℃以上、熱媒水進水溫度約105℃時，可控制模塊壁溫達到70℃以上，從而使低溫腐蝕的風險相對較低，因此高溫段模塊材質采用ND鋼。

結語

鑒于管式煙氣換熱器特殊的運行環境，煙氣對管式煙氣換熱器的腐蝕機理較為復雜，其中以酸露點腐蝕最為嚴重。在工程應用中，可根據管式煙氣換熱器所處的煙氣環境選用合適的換熱管材質，這既可控制低溫腐蝕，又降低投資成本。管式煙氣冷卻器殼體和換熱模塊材質均采用ND鋼，管式煙氣加熱器殼體采用316L材質，換熱模塊可分為低溫段、中溫段和高溫段，材質依次為2205或涂搪瓷、316L和ND鋼。

[1]原蘇聯.鍋爐機組熱力計算標準方法[S].1973.

[2]王小平,孟照杰.燃煤電廠濕法脫硫中的腐蝕環境和防腐技術[J].中國電力,2000,33(10):68-71.

[3]崔志峰,韓一純,莊力健,蔣金玉.在Cl-環境下金屬腐蝕行為和機理[J].石油化工腐蝕與防護,2011,28(4):1-5.

[4]鮑聽.水媒管式煙氣換熱器材料耐腐蝕性評價[J].浙江電力,2014(11):52-54.

[5]田豐.不銹鋼在脫硫環境下的耐蝕性能研究 [D].武漢:武漢材料保護研究所,2011.

丁得龍（1989-），碩士研究生，助理工程師，從事燃煤電廠煙氣脫硫脫硝工藝設計。

本文為《煤電超低排放環保島評估及優化研究》科技項目。