回轉式空氣預熱器的腐蝕原因與防止措施的探討

李俊林

【摘 要】 本文從回轉式空氣預熱器產生腐蝕的機理入手，分析了回轉式空氣預熱器發生腐蝕的原因以及位置，從降低煙氣露點、減少三氧化硫生成和控制運行幾個方面分別對降低腐蝕的措施進行了詳細的討論，對電廠防止受熱面低溫腐蝕有一定借鑒作用。

【關鍵詞】 腐蝕 露點 脫硫

隨著鍋爐向大容量方向的發展，回轉式空氣預熱器成為火電機組鍋爐廣泛應用的一種換熱設備。空氣預熱器使鍋爐燃燒和制粉系統需要的空氣溫度得到提高，使爐膛內的煤粉充分燃燒，對提高爐膛煙氣的熱利用效率、降低排煙溫度、減少熱損失、降低能耗、節省資源具有重要的意義。本課題將針對回轉式空氣預熱器腐蝕的問題進行研究，找出造成回轉式空氣預熱器腐蝕的主要原因，并提出相應的預防和處理措施，從而為鍋爐的安全經濟運行提供參考。

1 回轉式空預器腐蝕原因和危害

回轉式空氣預熱器位于鍋爐尾部，因而會發生嚴重程度不一的腐蝕現象。該腐蝕主要發生在傳熱元件的冷段，嚴重時可影響到熱段傳熱元件及轉子外殼等。因腐蝕發生在溫度較低的區域，故通常稱作為“低溫腐蝕”。低溫腐蝕的危害是很大的。在一定條件下，傳熱元件發生結露腐蝕，從而不斷粘結飛灰，堵塞部分通道，使流通阻力增加。腐蝕嚴重時，氣流通道大部分被堵塞，冷段傳熱元件大面積呈粉碎狀脫落，嚴重影響空氣預熱器的正常使用，迫使鍋爐停運檢修。

1.1 低溫腐蝕的機理

低溫腐蝕的產生是由于燃料中所含有的硫分在燃燒過程中，形成二氧化硫，少量的二氧化硫進一步氧化成三氧化硫，三氧化硫又與煙氣中的水蒸氣化合生成硫酸。煙氣中硫酸蒸汽低于露點溫度時，就會凝結在壁面上腐蝕傳熱元件。

1.2 煙氣中三氧化硫的生成

燃燒過程中產生的三氧化硫含量極微，可是對低溫腐蝕的影響卻十分顯著。三氧化硫的生成有以下兩種原因。

（1）原子氧氧化二氧化硫。燃燒過程中火焰中心區生成較多的原子氧，原子氧活化能力較強，促使部分二氧化硫氧化成三氧化硫（2）催化物促使二氧化硫被氧化。燃燒生成的二氧化硫，隨煙氣流向尾部煙道，由于某些介質的催化作用，使其與煙氣中的過剩氧氧化生成三氧化硫。

1.3 硫酸蒸汽凝結

水蒸氣與三氧化硫結合生成硫酸蒸汽，在煙氣溫度高于200～250℃時，反應很慢。當煙氣溫度低于110℃后，基本上全部生成硫酸蒸汽。煙氣流過低于露點的受熱面時，硫酸蒸汽在其上凝結成酸液，使金屬腐蝕。酸液的濃度隨壁溫的降低而降低。對于一般碳鋼，硫酸濃度在60%以上時腐蝕性不大，在52%～56%濃度下腐蝕速度最大，在濃度小于50%時，腐蝕速度隨濃度減小呈線性下降。低溫腐蝕速度隨壁溫的變化規律（如圖1-1）所示。在空氣預熱器中，沿煙氣流動方向受熱面壁溫逐漸降低。當壁溫降至露點E時，硫酸蒸汽開始凝結。凝結時酸濃度很高，在80%以上，所以腐蝕速度較低。隨著壁溫降低，凝結酸量增加，大約在低于煙氣露點20～45℃的壁溫處D，腐蝕速度達到最大值。之后，隨著壁溫的下降，腐蝕速度亦下降，直到腐蝕最輕點B。壁溫繼續下降，此時由于凝結的酸濃度隨壁溫下降至接近56%，同時凝結的酸量也逐漸增多，此時腐蝕速度又開始增加。為防止產生嚴重的低溫腐蝕，必須控制壁溫在A、C之間。

上述腐蝕的產物和凝結酸液與飛灰反應，生成酸性黏結灰，酸性黏結灰使煙氣中的飛灰大量粘結沉積，形成不宜被吹灰清除的低溫黏結灰，使傳熱能力減弱，受熱面的壁溫降低，引起更嚴重的低溫腐蝕和粘結積灰，結果堵塞了煙氣通道。另外由于煙道內煙氣沖刷不均勻，因此受熱面上發生低溫腐蝕也極不均勻。往往是局部區域先產生腐蝕和積灰，甚至形成堵灰，再逐步擴展。

1.4 低溫腐蝕的影響因素

電廠燃用煤所含硫分較高，這是引起空氣預熱器腐蝕的一個重要因素。燃料中硫分、水分高使燃燒生成的硫酸蒸汽份量多、濃度高，這就使得煙氣中的酸汽露點相對增高，而低溫段空氣預熱器的壁溫度又偏低，酸汽極易凝結在低溫空氣預熱器上，造成空氣預熱器的腐蝕。進入空氣預熱器的空氣溫度低是造成空氣預熱器腐蝕的一個主要原因。空氣溫度低，使得空氣預熱器的壁溫度下降，低于煙氣中的酸汽露點時，酸汽便凝結在空氣預熱器壁上與飛灰粘合在一起，形成對空氣預熱器的不斷腐蝕。過量空氣系數的影響：過量空氣系數過大，表明煙氣中的含氧量增加，這給燃燒中二氧化硫及三氧化硫的生成創造了有利的條件，對空氣預熱器的低溫腐蝕也有一定的影響。

2 防止回轉式空預器腐蝕的措施

2.1 適當選擇受熱面金屬壁溫

在設計回轉式空氣預熱器時，一般使冷段傳熱元件的壁溫在冷端低于水露點，而在熱端則高于酸露點，這樣使低溫腐蝕局限在冷段范圍之內。對于冷段受熱面，可采用耐蝕材料有效地控制和減緩低溫腐蝕。必要時可調換傳熱元件。如果冷段受熱面壁溫達不到要求，則可采用提高空氣預熱器受熱面壁面溫度，來減緩硫酸蒸汽凝結和低溫腐蝕。通常用熱空氣再循環方法或加暖風器來提高空氣預熱器入口空氣溫度。

2.2 采用耐腐蝕的傳熱元件

采用合適的材料以抵抗酸性水膜的侵蝕，是防止及減緩腐蝕及堵灰的另一重要手段。（1）低合金耐蝕鋼。制作冷段傳熱元件常用的低合金耐蝕鋼主要是考登鋼，其抗蝕性能高出普通碳鋼兩倍。（2）涂耐酸搪瓷的傳熱元件。涂耐酸搪瓷的傳熱元件具有良好的抗腐蝕性能，同時還具有熱交換率高，壽命長，對冷端溫度沒有限制，清灰容易。（3）陶瓷傳熱元件。陶瓷傳熱元件的傳熱量雖然略少，而耐蝕性能卻大大高于金屬波紋板。

2.3 控制運行

（1）低氧燃燒。鍋爐燃燒時減少過量空氣系數，可降低煙氣中過剩氧量，減少的生成，從而降低酸露點。因此為減輕低溫腐蝕，鍋爐應盡可能低氧燃燒，采用較低的過量空氣系數。低氧燃燒技術是一種最經濟實用的防腐手段，在有效防腐的同時能提高鍋爐效率，減少風機電耗，但對燃燒設備及運行人員的要求較高，控制不當，易造成不完全燃燒。（2）控制爐內溫度水平。通過控制爐內火焰溫度也能有效地降低燃燒過程中轉化率，運行中經常采用分級配風的燃燒方式來降低燃燒溫度，對于設計有煙氣再循環的鍋爐，煙氣再循環不僅降低了燃燒溫度，而且惰性氣體也對的轉化起到了抑制作用，能有效地防止低溫腐蝕。（3）避免和減少尾部受熱面漏風。因為漏風將使進入回轉式空氣預熱器的溫度降低，腐蝕加速，特別是回轉式空氣預熱器漏風，漏風處壁面溫度大量下降，導致嚴重的低溫腐蝕。（4）加添加劑。在高溫區噴入主要成分為碳酸鎂和碳酸鈣的白云石，或在300～400℃煙溫區噴入主要成份為氧化鎂和氧化鈣的菱鎂礦。噴入后能中和煙氣中的和硫酸蒸汽，也能中和凝結在受熱面上的硫酸，從而使露點和腐蝕降低。（5）使用防腐涂層。在回轉式空氣預熱器壁上使用防腐涂層也是解決低溫腐蝕的方法之一。防腐涂層使用方便，經濟有效，但其使用受到吹灰方式、高溫等限制，及與母材熱脹冷縮性能不同而易剝落的缺點。

2.4 吹灰及清洗傳熱元件

回轉式空氣預熱器的腐蝕與積灰是交替發生惡性循環的。其根源在于酸液凝結使傳熱元件表面濕潤，大量捕捉飛灰，形成積灰層。積灰層即妨礙酸液的蒸發，又增加了熱阻，反過來又加快了灰的粘結。如此循環往復，造成受熱面的堵塞與腐蝕因而經常性地吹灰及清洗傳熱元件，將凝結于壁面上的酸液及灰垢清除掉，以保持傳熱元件的清潔，是防止與減緩低溫腐蝕的有效措施，也是改善傳熱降低流通阻力的一個常用方法。

3 結語

隨著鍋爐機組多年的運行，空氣預熱器的腐蝕己經成為一個較為普遍的問題，它是影響電廠安全經濟運行的重要原因之一，因此本文對電站鍋爐回轉式空氣預熱器的改造具有普遍的指導意義。

（1）回轉式空氣預熱器腐蝕的主要原因是受熱面壁溫降低引起低溫腐蝕；另一方面燃料中硫分大、水分大，再加上燃料的過量空氣系數偏大，使煙氣中酸汽份額加大，引起酸汽露點升高。這兩方面的不利因素綜合，加劇了酸汽在空氣預熱器管壁上的凝結，促成了腐蝕。（2）控制空氣預熱器腐蝕的方法主要有：防止低溫受熱面腐蝕的措施、提高空氣預熱器的壁溫、低氧燃燒、控制爐內溫度水平、加強吹灰和水沖洗、控制煙氣酸露點、加入添加劑、使用耐腐蝕材料、使用防腐涂層等。

參考文獻

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