燃煤電廠管式煙氣換熱器的材質(zhì)選擇與設(shè)計(jì)

丁得龍

（浙江天地環(huán)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(zhì)選擇與設(shè)計(jì)

丁得龍

（浙江天地環(huán)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(zhì)既可有效避免設(shè)備的腐蝕，又可降低設(shè)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(chǔ)上，對(duì)管式煙氣換熱器材質(zhì)的選擇進(jìn)行了探討。管式煙氣冷卻器殼體和換熱模塊材質(zhì)均采用ND鋼，管式煙氣加熱器殼體采用316L材質(zhì)，換熱模塊可分為低、中、高溫段三段，材質(zhì)依次為2205或涂搪瓷、316L和ND鋼。

管式煙氣換熱器；腐蝕；材質(zhì)

1 概述

燃煤電廠通過設(shè)置管式煙氣換熱系統(tǒng)回收脫硫系統(tǒng)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(jìn)煙氣擴(kuò)散，消除煙囪冒白煙現(xiàn)象，控制石膏雨問題，改善電廠周邊環(huán)境質(zhì)量，有良好的社會(huì)和環(huán)境效益。

管式煙氣換熱器所處的運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，存在著設(shè)備腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，由于管式煙氣換熱器設(shè)備龐大，運(yùn)轉(zhuǎn)周期較長，因此采取合理措施避免管式煙氣換熱系統(tǒng)的低溫腐蝕顯得尤為重要。

2 管式煙氣換熱器材質(zhì)的選擇

2.1 低溫腐蝕機(jī)理

燃煤鍋爐煙氣中含有SO3，SO3與煙氣中的H2O結(jié)合會(huì)成為硫酸蒸汽。當(dāng)煙氣流經(jīng)低溫受熱面時(shí)，H2SO4蒸汽會(huì)在金屬壁面凝結(jié)成為酸液滴，從而對(duì)設(shè)備造成強(qiáng)烈的腐蝕，即為低溫腐蝕。

確定煙氣的酸露點(diǎn)是判斷換熱器低溫腐蝕的重要依據(jù)[1]。酸露點(diǎn)愈高，腐蝕范圍愈廣，腐蝕也愈嚴(yán)重。

2.2 脫硫后凈煙氣腐蝕機(jī)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(huán)境較為復(fù)雜[2]。根據(jù)吸收塔出口煙道冷凝水的成分可以判斷該處煙氣對(duì)金屬的腐蝕主要有：

（1）酸露點(diǎn)腐蝕

經(jīng)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(diǎn)溫度，但已遠(yuǎn)低于酸露點(diǎn)，此時(shí)煙氣中的H2O和SO3反應(yīng)生成H2SO4，在管式煙氣加熱器表面凝結(jié)形成硫酸溶液，對(duì)金屬材料產(chǎn)生低溫腐蝕，吸收塔出口至管式煙氣加熱器之間區(qū)域的腐蝕主要為酸露點(diǎn)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(xué)腐蝕，破壞金屬表面的鈍化膜，從而造成金屬的點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕[3]。

（3）沖刷腐蝕

經(jīng)脫硫的煙氣中攜帶著石灰石、石膏等顆粒，隨著高速流動(dòng)的煙氣會(huì)對(duì)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(zhì)選擇與設(shè)計(jì)

根據(jù)蘇聯(lián)1973年鍋爐熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)碳鋼、ND鋼材質(zhì)的受熱面壁溫高于水露點(diǎn)以上25℃且小于105℃時(shí)，可以將金屬低溫腐蝕速率控制在0.2 mm/a以內(nèi)。但在生產(chǎn)過程中，因管式煙氣換熱系統(tǒng)所處的運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，加之燃煤機(jī)組的負(fù)荷波動(dòng)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(tǒng)的低溫腐蝕，因此，需根據(jù)管式煙氣換熱系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境合理選擇換熱管材質(zhì)。

（1）管式煙氣冷卻器的材質(zhì)選擇

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

管式煙氣冷卻器運(yùn)行過程中，模塊壁溫一般高于70℃，即高于水露點(diǎn)以上25℃，此時(shí)發(fā)生低溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)較低，因此，管式煙氣冷卻器殼體和模塊材質(zhì)均選用ND鋼。

（2）管式煙氣加熱器的材質(zhì)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(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可將管式煙氣加熱器分為低溫段、中溫段、高溫段三段，根據(jù)每段的煙溫和熱媒水溫采用不同模塊材質(zhì)，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(diǎn)溫度，低溫腐蝕最嚴(yán)重，因此低溫段模塊采用耐腐蝕性能優(yōu)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(fēng)險(xiǎn)，因此中溫段模塊材質(zhì)采用316L。

高溫段入口煙氣溫度達(dá)到65℃以上、熱媒水進(jìn)水溫度約105℃時(shí)，可控制模塊壁溫達(dá)到70℃以上，從而使低溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，因此高溫段模塊材質(zhì)采用ND鋼。

結(jié)語

鑒于管式煙氣換熱器特殊的運(yùn)行環(huán)境，煙氣對(duì)管式煙氣換熱器的腐蝕機(jī)理較為復(fù)雜，其中以酸露點(diǎn)腐蝕最為嚴(yán)重。在工程應(yīng)用中，可根據(jù)管式煙氣換熱器所處的煙氣環(huán)境選用合適的換熱管材質(zhì)，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(zhì)均采用ND鋼，管式煙氣加熱器殼體采用316L材質(zhì)，換熱模塊可分為低溫段、中溫段和高溫段，材質(zhì)依次為2205或涂搪瓷、316L和ND鋼。

[1]原蘇聯(lián).鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法[S].1973.

[2]王小平,孟照杰.燃煤電廠濕法脫硫中的腐蝕環(huán)境和防腐技術(shù)[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(huán)境下金屬腐蝕行為和機(jī)理[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2011,28(4):1-5.

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

[5]田豐.不銹鋼在脫硫環(huán)境下的耐蝕性能研究 [D].武漢:武漢材料保護(hù)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(shè)計(jì)。

本文為《煤電超低排放環(huán)保島評(píng)估及優(yōu)化研究》科技項(xiàng)目。