燃煤電廠低溫酸腐蝕成因及防治措施研究

王花（中機中聯工程有限公司，重慶 400011）

燃煤電廠低溫酸腐蝕成因及防治措施研究

王花（中機中聯工程有限公司，重慶 400011）

燃煤電廠低溫酸腐蝕是影響電廠安全經濟運行的一大問題，本文分析了燃煤電廠低溫酸腐蝕的形成原因，研究了煙氣酸露點的預測方法，探討了影響煙氣酸露點的因素，并提出了防治燃煤電廠低溫酸腐蝕的措施，對燃煤電廠安全經濟運行具有一定的指導意義。

燃煤電廠；低溫腐蝕；防治措施

近年來，電力工業快速發展，但燃煤發電在今后較長一段時間內都將是我國主要電力來源。根據國家能源局統計數據表明，截止2015年底，我國燃煤電廠裝機容量達9.5億MW。盡管各燃煤電廠紛紛采取措施降低煙氣中硫氧化物的含量，但燃煤電廠低溫酸腐蝕仍是影響燃煤電廠正常運行的一大問題，隨著煙氣酸露點的提高，煙氣中大量的硫酸蒸汽將凝結在低溫設備表面，造成設備壁面金屬的腐蝕和破壞。[1-3]燃煤電廠低溫酸腐蝕常發生在省煤器壁面、空預器壁面、煙氣換熱器（GGH）及煙道壁面等。不僅影響電廠的安全運行，同時增加了電廠運行成本，導致電廠效益降低。

鑒于此，本文分析了燃煤電廠低溫酸腐蝕的成因，在此基礎上研究了酸露點的預測方法，進一步探討了影響煙氣酸露點的因素，并提出了防治燃煤電廠低溫酸腐蝕的措施，對燃煤電廠安全經濟運行具有一定的指導意義。

1 低溫酸腐蝕成因分析

煤粉在鍋爐爐膛內燃燒，煤中的硫分與空氣中氧氣反應生成二氧化硫，生成的二氧化硫在高溫作用下（1000℃左右）氧化為三氧化硫，轉化率約有1%～1.5%，氧化生成的三氧化硫與煙氣中的水蒸氣生成硫酸蒸汽。煙氣因硫酸蒸汽的存在，酸露點提高，由于空預器的壁面溫度常低于煙氣酸露點，硫酸蒸汽附著在空預器表面，造成硫酸腐蝕。若煤粉中硫分含量高，導致煙氣三氧化硫濃度高，煙氣酸露點增高，當省煤器給水溫度低時，省煤器管道也會發生低溫酸腐蝕。

此外，由于目前燃煤電廠使用SCR脫硝裝置和石灰石濕法脫硫裝置，SCR催化劑會促使SO2向SO3轉化（轉化率約1%～1.5%），石灰石漿液系統及石膏漿液的排出處理系統中也含有大量的Cl-、F-、SO32-、SO42-等離子以及一些固體顆粒物，由于脫硫系統中水循環使用，Cl-離子在漿液中逐漸富集，腐蝕吸收塔。

2 煙氣酸露點計算

鍋爐的設計與運行，需要考慮鍋爐效率和運行的安全可靠性，其中排煙溫度影響較大。根據研究表明，鍋爐排煙溫度越高，排煙損失越大，鍋爐效率越低，排煙溫度每升高15～20℃，鍋爐熱效率大約降低1%。當排煙溫度過低時，鍋爐受熱面壁溫低于酸露點，導致受熱面受低溫酸腐蝕，影響鍋爐安全運行。鑒于此，鍋爐在實際運行中，應預算鍋爐煙氣酸露點，控制鍋爐排煙溫度高于煙氣酸露點。工程上，主要考慮燃料組成、灰分影響和燃燒環境等因素計算煙氣酸露點，應用較多的有[4]：

1974年，美國學者Verhoff等通過實驗結果擬合，提出了酸露點計算公式：

式中，pSO3為煙氣中SO3氣體分壓，atm；pH2O--為煙氣中水蒸氣分壓，atm。

Halstead總結了前人實驗研究結果，以常用燃料燃燒形式的水蒸氣體積含量11%為基準，重新計算得出了酸露點數據，同時根據煙氣中水蒸氣體積含量的變化，調整酸露點的溫度。賈明生在此基礎上，采用計算軟件擬合出了酸露點計算公式：

式中：VH2SO4為煙氣中硫酸的體積百萬分率。

3 影響酸露點的因素

煙氣酸露點影響因素主要有：煙氣中的H2SO4蒸汽含量、H2O蒸汽含量、、燃料組成、灰分影響、燃燒環境等。

3.1 燃料硫含量和燃燒方式

煙氣中硫來自燃料中的硫分氧化，因此，煙氣中SO3的形成與燃燒設備和燃燒條件緊密相連。燃燒后的煙氣中，盡管SO2的濃度遠遠大于SO3，但在接近露點溫度時，煙氣中SO3幾乎完全溶解于水，形成硫酸蒸汽，而SO2在煙氣中卻只有極少能溶解于水形成亞硫酸蒸汽，即煙氣中亞硫酸蒸汽的分壓接近于零，即煙氣中SO2對酸露點的影響遠遠小于SO3。西安熱工院電廠實測數據表明：當燃料中的含硫量增加時，不論是哪種燃燒方式，酸露點溫度都會增加；但含硫量相同時，不同的燃燒方式其酸露點溫度也不同。

3.2 過量空氣系數

SO2氧化SO3為是一個互為逆反應的過程，當氧氣濃度大時（即過量空氣），平衡向生成SO3的方向移動，根據反應平衡因素影響研究表明：煙氣的溫度越低，由SO2轉化為SO3比例會越大；相同的煙氣溫度下，過量空氣系數越大，由SO2轉化為SO3比例也會越大。此外，酸露點隨SO3的體積含量的增加而增加。因此，在保證鍋爐爐膛內充分燃燒的前提下，采用低過量空氣系數，可以減少SO3生成量，降低煙氣中SO3的分壓，從而降低煙氣酸露點。

3.3 煙氣中水蒸汽

煙氣中水蒸汽的濃度愈大，水蒸汽的分壓力也愈大。研究表明：酸露點隨水蒸汽分壓增加而增加。因此，煙氣中水蒸汽的濃度越大，煙氣酸露點越高。

3.4 飛灰或受熱面結構及積灰的影響

煙氣中飛灰對煙氣酸露點的影響主要有兩個方面。一方面，在低溫煙氣條件下，鍋爐管子表面和煙道表面的鐵銹Fe2O3及飛灰中Fe2O3、V2O5等成分充當催化劑，促進SO2繼續氧化成SO3，增加了煙氣中SO3的濃度。另一方面，未燃盡的碳顆粒、鈣鎂等氧化物以及Fe3O4等具有一定吸附作用，能吸收中和煙氣中的SO3。而飛灰的數量、成分和形態等與燃料及燃燒方式有關，研究結果表明：飛灰的吸收中和作用大于催化作用，因此，煙氣中飛灰的存在降低了煙氣中SO3的分壓，降低煙氣酸露點。

3.5 燃料種類

對于燃油鍋爐，燃料中的硫分燃燒后主要形成SO2和少量SO3，而燃煤鍋爐燃料燃燒后部分硫分將形成FeS或其他形式存在于灰分中。當煙氣溫度低于酸露點時就會發生腐蝕，且溫度越高腐蝕越快，所以當煙氣溫度低于酸露點溫度時，煙氣溫度越高腐蝕越嚴重。根據燃油機組及燃煤機組煙氣酸露點溫度和腐蝕率關系的研究表明：燃煤機組腐蝕程度小于燃油機組，且燃煤機組的腐蝕率隨酸露點溫度的增加而減小，但是燃油機組的腐蝕率隨露點溫度的增加先增加后減小，在相同含硫量情況下，燃油煙氣的酸露點高于燃煤煙氣酸露點。

3.6 其它影響因素

煙氣酸露點影響因素較多，除以上分析的影響因素外，煙氣的壓力、煙氣在爐膛內停留時間、爐膛內溫度場分布不均以及空氣預熱器漏風處造成局部溫度偏低等都能在一定程度上影響煙氣酸露點。

4 低溫酸腐蝕防治措施

4.1 摻燒低硫煤

煤中的含硫量對煙氣中的濃度有直接影響，含硫量越低，煙氣酸露點越低，因此可進行不同比例的低硫煤摻燒，但摻燒低硫煤的可行性取決于電廠的具體情況，需考慮長期的低硫煤、設備的磨損等問題。

4.2 爐內噴堿性吸收劑

SO3是一種酸性氣體，可通過向爐內噴射一定量的堿性吸收劑，脫除燃燒過程中產生的SO3。降低爐膛出口煙氣硫氧化物的濃度，同時也能中和已凝結在受熱面上的硫酸，使受熱面上的沉積物變成松灰。美國電廠運行結果表明，當Mg∕SO3摩爾比為7時，SO3的脫除效率可達90%。

4.3 提高受熱面壁溫

降低低溫腐蝕，可適當的提高受熱面的壁溫，減少壁面硫酸蒸汽凝結量。由于提高壁溫會使得排煙溫度提高，導致鍋爐排煙損失增加，鍋爐效率降低。因此，在適當提高受熱面壁溫的同時，盡可能是鍋爐的在額定工況附近運行。

4.4 降低過量空氣系數

根據化學平衡原理，過量空氣系數越大，SO2轉化為SO3比例也會越多。因此，在鍋爐燃燒過程中可以適當降低過量空氣系統，研究表明：以超稀空氣狀態燃燒，在一定程度上增加了化學不完全燃燒損失，但降低了排煙損失，且有效的降低了多種污染物的排放量，環境效益明顯。[5]

4.5 其他措施

其他降低燃煤電廠低溫酸腐蝕的措施有采用抗腐材料、定期清灰、安裝獨立SO3脫除裝置等。

5 結語

結合目前燃煤電廠普遍存在的低溫酸腐蝕問題，本文分析了低溫酸腐蝕的形成原因，研究了煙氣酸露點的預測方法，探討了影響煙氣酸露點的因素，在此基礎上，提出了防治燃煤電廠低溫酸腐蝕的措施，對燃煤電廠有效地防治低溫酸腐蝕、安全經濟運行具有一定的指導意義。

[1]馮華.燃煤鍋爐低溫受熱面酸性腐蝕的探討[J].科技資訊,2009,31(7):51-51.

[2]趙立章.燃煤鍋爐低溫受熱面發生酸性腐蝕的原因分析[J].工業鍋爐,2001,23(6):45-47.

[3]周靄琳.低溫換熱器系統的腐蝕積灰試驗研究[D].浙江大學,2015.

[4]王花.火電廠脫硫裝置酸腐蝕現象的研究[D].重慶大學, 2010.

[5]張建中.燃煤煙氣降溫除塵過程中SO3濃度的濃淡分離現象及對酸露點溫度影響的分析[J].鍋爐技術,2015,46(3):12-18.