電廠低溫SCR脫硝GGH換熱管腐蝕分析研究

李清伍

（廣州環投增城環保能源有限公司，廣東 廣州 511335）

0 引言

低溫SCR脫硝技術因工藝技術先進、脫硝效率高等優點，目前已成為國內垃圾電廠煙氣處理雙脫酸、雙脫硝技術的工藝的首選。GGH（煙氣—煙氣換熱器）是低溫SCR脫硝系統的重要設備，直接影響到SCR系統的穩定、經濟運行。由于國內城市生活垃圾成分復雜，垃圾成分中腐蝕性物質，在鍋爐內燃燒后發生復雜的化學反應，煙氣對換熱面或煙道等金屬面腐蝕非常嚴重，氯腐蝕的嚴重程度遠遠高于同級別的燃煤鍋爐，可以說垃圾焚燒系統換熱面腐蝕是目前困擾國內垃圾焚燒電廠的一大難題，這也嚴重影響了垃圾電廠的安全、經濟運行。本文主要對某垃圾電廠低溫SCR脫硝GGH換熱管腐蝕的問題進行分析研究，并提出較為有效解決辦法[1]。

1 低溫SCR脫硝簡介

某電廠配備3臺63.3t/h的生活垃圾焚燒爐，煙氣處理系統為國內首批采用雙脫酸、雙脫硝處理工藝，即“SNCR爐內脫硝+半干法脫酸+干法輔助脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器+GGH1低溫換熱器+濕法脫酸+GGH2高溫換熱器+ SGH蒸汽加熱器+SCR脫硝”，環保排放指標遠優于國內標準，于2018年投入運行。

1.1 煙氣處理流程簡介

從鍋爐省煤器出來的190℃～220℃煙氣進入半干式反應塔，脫出HCl、SOx、HF等酸性氣體，煙氣冷卻到155～165℃，煙氣進入布袋除塵器除塵，出來的煙氣進入低溫煙氣換熱器GGH1降溫至100℃，在濕法塔內二次脫出煙氣中的SOx、HCl、HF等酸性氣體，煙氣從濕法塔出來后GGH1加熱，再加熱脫硝系統GGH2加熱及SGH升溫后，進入SCR反應器，二次脫出煙氣中的NOX，同時還可以氧化部分二噁英和呋喃。

1.2 低溫SCR脫硝系統介紹

系統設備包括：煙氣加熱器（GGH2，以下簡稱GGH）、蒸汽煙氣加熱器（SGH）、氨噴射裝置及SCR反應器。SCR脫硝系統采用低溫催化劑，要求催化劑工作溫度高于170℃，催化反應與溫度有關，采用低溫催化劑可有效的降低系統的能量損耗，優化工程節能減排屬性。由于濕式濕法塔系統的GGH1出口煙氣溫度仍較低約120℃，低溫催化劑的設計運行溫度一般在170℃以上，因此SCR系統設置兩個串接的換熱器GGH2和SGH，使煙氣溫度達到要求。濕法塔系統GGH1出口煙氣通過GGH2與SCR反應器出來的熱煙氣進行熱交換，煙氣升溫。第二階段，煙氣通過SGH利用汽包內的飽和蒸汽進一步加熱到所需反應溫度，在催化劑進行反應后煙氣通過GGH2殼層流至煙囪[2]。

2 SCR脫硝換熱器GGH概況

2.1 GGH換熱器概況

GGH換熱器是濕法煙氣脫酸和SCR脫硝系統中的重要設備，由于需要保證濕法塔和SCR脫硝催化劑的安全，要求將大量的煙氣瞬間（1～3s）降溫或升溫，升、降溫幅度超過50℃，故該設備設計龐大、換熱管防腐蝕選材用料要求高、造價高。某電廠濕法脫酸GGH1換熱器管材為氟塑料，耐腐蝕墻，造價高，運行穩定正常；SCR脫硝GGH換熱器為兩級換熱面，換熱管材高溫段為碳鋼、低溫段為ND鋼，造價相對較低、耐腐蝕相對偏弱。下面介紹GGH換熱器換熱管嚴重腐蝕的問題進行分析、解決。

2.2 GGH換熱器設計參數（見表1）

表1 GGH設計參數

2.3 GGH煙氣主要參數（見表2）

表2 設計煙氣成分

3 GGH換熱器換熱管防腐分析

垃圾焚燒鍋爐垃圾焚燒過程產生具有強烈腐蝕性的復雜氣體、氯化物與硫酸鹽等，它們是受熱面煙氣側腐蝕的主要原因。垃圾焚燒發電鍋爐的受熱面腐蝕現象主要集中在水冷壁、過熱器、省煤器以及預熱器上。垃圾焚燒鍋爐受熱面煙氣側常見的腐蝕包括高溫腐蝕、氯腐蝕、SNCR 系統造成腐蝕、積灰造成腐蝕以及低溫腐蝕等。此外，垃圾組分的不定性，會導致垃圾焚燒鍋爐燃燒溫度和工質參數在較大范圍內波動，加速了受熱面金屬的疲勞，產生疲勞裂紋，外部腐蝕性氣體侵蝕裂紋間隙，加速管壁腐蝕。煙氣中攜帶的固態顆粒和頻繁吹灰也會引起受熱面金屬管壁沖刷磨損和腐蝕磨損。這些腐蝕形式不是孤立的，而是相互影響，相互交叉的[1]。低溫脫硝布置在煙氣凈化系統的濕法脫酸后，GGH進口煙氣HCl、SO2、煙塵等含量較低，但是進口煙溫較低，易發生低溫腐蝕。低溫腐蝕主要是硫酸和鹽酸的腐蝕，是煙氣中的SOx 和HCl 等氣體與水蒸汽形成的酸性化合物，當環境溫度低于它們的飽和溫度（露點）時就可能凝結引起的腐蝕，也稱露點腐蝕[3]。

3.1 GGH換熱管腐蝕狀況

該電廠2018年投產，低溫SCR脫硝系統GGH投運一年左右，就發現GGH低溫段換熱管嚴重腐蝕，主要是GGH換熱器低溫段進口管道1米內區域和進口煙道底板、頂板及構架的腐蝕方常嚴重，出口高溫區域腐蝕不明顯，見圖1所示。GGH嚴重腐蝕漏煙氣的問題嚴重影響了SCR系統的安全穩定運行。

3.2 GGH換熱管腐蝕原因分析

GGH低溫段進口區域的腐蝕是典型的低溫腐蝕，低溫腐蝕主要與煙氣的露點有關，其機理屬電化學腐蝕。由濕法脫酸出來的飽和煙氣經過GGH1加熱后進入GGH，煙氣中水蒸氣含量超過20%。水蒸氣的露點一般較低，當煙氣中的水蒸氣含量不同時，其露點也不同，一般在30～60℃。HCl等酸性氣體被煙氣中的水蒸氣吸收而形成鹽酸等，煙氣中鹽酸等蒸汽的存在，將使煙氣露點顯著提高。當低溫受熱面的金屬壁溫低于煙氣露點溫度時，鹽酸蒸汽在該低溫受熱面上冷凝并逐漸濃縮，形成對金屬壁的低溫腐蝕，煙氣中HCl的體積分數愈高，腐蝕愈嚴重[4]。

該電廠濕法脫酸GGH1換熱器為氟塑料材質，未設計吹灰器，由于局部換熱管堵塞時，導致換熱能力下降，出口溫度設計煙溫為120℃，實際溫度在95～115℃之間運行，所以導致SCR脫硝GGH1低溫段進口煙溫達不到設計的120℃，實際長期運行在95-115℃之間，煙溫降低至煙氣露點，剛好是低溫腐蝕的強腐蝕區，雖然煙氣HCl等含量較低，但是低溫腐蝕明顯加劇（見圖1）。

圖1 焚燒爐換熱面管壁溫度與腐蝕速率關系

4 GGH換熱管試驗

原GGH換熱器低溫段為ND鋼，為比較不同材料的換熱管在煙氣中的耐腐蝕情況，為改造更換換熱管設計提供依據，我們對ND鋼、304不銹鋼、316L不銹鋼3種管材的煙氣腐蝕性進行了試驗研究。

4.1 試驗方法

在GGH換熱器低溫段入口，將304不銹鋼管、316L不銹鋼管套入已經損壞的ND鋼管內，運行半年左右，觀察ND鋼、304不銹鋼管、316L不銹鋼管的腐蝕情況。

4.2 試驗結果分析

304不銹鋼管、316L不銹鋼管及ND鋼在GGH低溫段入口通煙氣試驗情況，可以直觀地對比幾種不同材質的耐腐蝕性，ND鋼腐蝕非常嚴重，304不銹鋼管有輕微點狀腐蝕，316L不銹鋼管最佳基本無腐蝕。所以，可以確定三種材質的管道在此處使用，316L不銹鋼的耐腐蝕性最好，其次是304不銹鋼管，ND鋼最差。

5 GGH換熱器腐蝕問題的應對

根據上述分析，要解決低溫脫硝GGH換熱器低溫段換熱管耐腐蝕的問題，可通過更換換熱管道材質來提高管道的耐腐蝕性，從而保證設備的安全運行。通過試驗證明316L不銹鋼管試驗運行半年正常，無出現明顯腐蝕現象。316L不銹鋼價格約為ND鋼的3倍，氟塑料和雙相不銹鋼等特殊材料，雖然防腐性能更好，但是成本均超過ND鋼價格的6倍以上。考慮到成本因素，決定脫硝GGH換熱器低溫段換熱管全部更換為316L不銹鋼管，更換改造后運行半年，管道無腐蝕現象，證明這種方法正確、可行[5-6]。

6 結語

根據上面的實踐經驗，得出以下結論，對于解決低溫SCR脫硝工藝GGH腐蝕的問題具有一定的指導和參考價值。

（1）垃圾電廠低溫SCR脫硝GGH低溫段存在較嚴重的低溫抗腐蝕，換熱管須采用耐腐蝕性能較好的材料，以提高設備的耐腐蝕性能。

（2）根據運行試驗確認，垃圾電廠低溫SCR脫硝GGH低溫段換熱管采用316L不銹鋼材質，比ND鋼材質，更耐低溫腐蝕。

（3）盡量提高垃圾電廠低溫SCR脫硝GGH低溫段進口煙溫，可以降低煙氣濕度，減少氯氣在金屬表面凝結，從而最大限度地降低換熱器的低溫腐蝕，提高的安全可靠性。