回轉式空氣預熱器低溫露點腐蝕研究及預防策略

房 新

（國家能源集團宿遷發電有限公司，江蘇宿遷 223803）

0 引言

近年來隨著環保壓力不斷增大和燃料成本的增加，各大型火力發電廠廣泛采用配煤摻燒和脫硫、脫硝改造的方式來降低煤價和減少NOx排放。為了保證低負荷下脫硝催化劑反應還原溫度，某電廠在尾部煙道布置了一級省煤器，排煙溫度降低20～30 ℃。回轉式空氣預熱器一般安裝在鍋爐煙道內煙溫最低區域，特別是空氣預熱器的冷端，空氣的溫度最低、煙氣溫度也最低，冷端換熱元件最容易產生腐蝕和堵灰，一旦發生腐蝕和堵灰，嚴重時會造成空氣預熱器換熱元件的煙氣通道堵塞，引風機阻力增大、鍋爐正壓燃燒，嚴重影響機組的安全性和經濟性。

煤炭含硫量低于0.3%，鍋爐尾部低溫區域布置的空氣預熱器受熱面腐蝕情況不明顯，其壽命可達6 年。隨著各大型火力發電廠廣泛采用配煤摻燒，導致燃煤品質越來越差，煤的硫份和灰份增加后，煙氣中SO3的含量必然增加。煙氣露點溫度降低、結露現象加劇，導致空氣預熱器低溫段受熱面腐蝕日趨嚴重，漏風系數不斷升高，嚴重影響鍋爐設備運行的經濟性和安全性。另外，SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原技術）脫硝裝置投入運行還直接導致鍋爐煙氣系統阻力增加1000 Pa 和空氣預熱器傳熱元件及殼體的嚴重磨損。

隨著配煤摻燒力度的不斷加大和SCR 脫硝裝置投入，鍋爐煙氣系統阻力、低溫腐蝕和磨損對設備特別是空氣預熱器影響越發突出，目前已成為電廠普遍存在的問題。

1 空氣預熱器冷端低溫腐蝕機理分析

回轉式空氣預熱器處于鍋爐尾部低溫區域，燃料中或多或少都含有硫分，當燃料中的硫燃燒生成SO2（二氧化硫），其中由于脫硝設備的投運有一部分SO2在催化劑和煙氣的作用生成硫酸。由于空氣預熱器下部冷端空氣的溫度較低，空氣預熱器下部煙氣溫度不高，當冷端換熱元件壁溫低于露點溫度時，硫酸蒸汽就會在波形板上凝結，并腐蝕金屬波形板。

（1）煤粉中含硫量增加導致煙氣中SO3（三氧化硫）含量增加。煤粉中含有的硫分在爐膛燃燒過程中和脫硝催化劑作用下導致煙氣中SO3的含量增加。

（2）煙氣中露點變化的影響。煙氣對受熱面的腐蝕常用酸露點的高低來表示，燃煤鍋爐由于煙氣中存在SO3，就會在空氣預熱器換熱元件波形板上形成硫酸蒸汽，煙氣中硫酸蒸汽含量越高，其酸露點（煙氣中硫酸蒸汽凝結的濕度）的越高，可以高達140～150 ℃。煙氣露點溫度與燃料含硫量有關，根據我國燃料的含硫量露點溫度一般在105～130 ℃（圖1）。實際運行情況下空氣預熱器冷端煙氣溫度為120～130 ℃，在低負荷時溫度接近110 ℃，必然造成低溫腐蝕加劇。

（3）煙氣溫度的影響。隨著水力、風力、太陽能、核電等新能源應用，火力發電廠備受沖擊基本不能滿負荷工作。為確保低負荷機組運行下脫硝裝置的正常投運（選擇性催化還原溫度一般320～400 ℃），在SCR 與空氣預熱器之間布置一級省煤器，這導致尾部煙溫降低20～30 ℃和堵灰壓差大。煙氣溫度對低溫腐蝕也有直接的作用，當煙氣溫度高時，冷凝的硫酸液滴在空氣預熱器冷端波形板表面的遷移速度也會受到影響，進而影響受熱面的腐蝕速度（圖2）。

圖1 燃煤含硫量與煙氣露點溫度的關系

（4）過剩空氣系數的影響。煤粉在爐膛內部處于低氧狀態下燃燒不僅可以減少熱損失，也可以有效防止低溫腐蝕。一般火力發電廠的鍋爐過?？諝庀禂礱 在1.1～1.3，實際上其大小與腐蝕速度緊密聯系（圖3）。

圖2 布置一級省煤器導致的溫降示意

圖3 過?？諝庀禂蹬c腐蝕速度的關系

（5）吹灰方式的影響。回轉式空氣預熱器采用飽和蒸汽進行吹灰，如果吹灰前未將凝結水疏盡會導致其與灰泥附在波形板上，這種潮濕的積灰又繼續捕捉飛灰，使積灰很快加厚，加劇了積灰與腐蝕。

（6）硫酸濃度和凝結酸量對腐蝕速率的影響。影響腐蝕速率主要有凝結的酸量、酸露的濃度和金屬壁溫3 個因素。當空氣預熱器冷端波形板壁溫低于露點時，煙氣中的硫酸蒸汽便會在波形板上凝結。不同濃度的硫酸對波形板的腐蝕速率也不同，在56%時腐蝕速度最高，然后隨著硫酸濃度的下降腐蝕速度也逐漸降低。

（7）設備磨損、漏風現象造成的影響?；鹆Πl電廠采用配煤摻燒，使飛灰含量的增加導致空氣預熱器本體磨損嚴重，差壓大的位置磨損得最嚴重。冷一次風的泄漏進一步降低了煙溫，使煙氣結露現象加劇，越容易發生堵灰和腐蝕現象。

（8）管道泄漏的影響?？諝忸A熱器處滅火蒸汽管或省煤器泄漏，煙灰和水混為泥糊狀，極易堵塞，加上煙溫烘烤積灰成為塊狀，非常堅固，檢修時很難疏通。

2 防止空氣預熱器低溫腐蝕的措施

（1）對燃料摻燒的控制。各大型火力發電廠都在采用配煤摻燒，不采購高硫分的煤炭不可行，只能在燃煤場應對不同煤種進行混合配煤工作，找到較為合理的摻燒比例，控制入爐煤的含硫量，防止高硫燃料集中進入鍋爐。

（2）控制或降低SO2的氧化率和氨逃逸率。環保壓力的不斷加大，各大型火力發電廠脫硫、脫硝改造已相繼上馬，采用噴氨法的選擇性催化劑還原，雖然減少了NOx的排放，同時導致一定的氨逃逸。根據國內外各電站經驗：漏氨率一般設計范圍為2～5 μL/L，SO2到SO3的轉化率控制為1%。

（3）控制空氣預熱器冷端排煙溫度和進口風溫。對應大型火電機組可以考慮在送、一次風機出口增加暖風器，提高空氣預熱器冷端出口煙溫，使出口溫度高于煙氣露點。此外還可以采用提高排煙溫度、開熱風再循環、加暖風器等措施提高空氣預熱器入口溫度。一般情況下，排煙溫度大于120 ℃時，空氣預熱器的進風溫度控制在15～20 ℃就可以避免煙氣結露而造成的堵灰和低溫腐蝕現象。

（4）控制煙氣中過量空氣系數。機組運行過程中要嚴格控制煙氣中氧含量，減小過剩空氣系數，煙氣中過剩的氧會增大SO3的生成量，爐膛火焰中心溫度越高、過量空氣越多，生成的SO3就會越多。因此在機組運行中要求運行人員精心操作，合理配風，各人孔門、看火孔應關嚴，漏焊的殼體或煙道應及時補焊封嚴，使燃燒狀態最佳，減少SO3的生成。國內外的研究發現，當煙氣中的過剩空氣系數降至1.01～1.02 時，煙氣露點降低42～52 ℃，對防止低溫腐蝕十分有利，所以要重視低氧燃燒。

（5）改善吹灰方式和布置，提高吹灰效果。在空氣預熱器蒸汽吹灰管道布置時盡量減少疏水管道彎管，同時吹灰邏輯進行修改，吹灰前必須進行疏水，疏水滿足條件后容許吹灰。采用多種吹灰方式對空氣預熱器傳熱元件吹掃，傳熱元件結露型堵灰采用蒸汽吹掃，而傳熱元件的硫酸氫氨型堵灰宜采用高壓水沖洗，當然頻繁增加吹灰容易造成煙氣的含水量增加以及空氣預熱器換熱元件吹損加重。

（6）采用耐腐蝕的材料，提高經濟效益。某公司空氣預熱器冷端波形板采用搪瓷材料后發現冷端波形板無堵灰、有較好的耐腐蝕、煙氣流通阻力小、傳熱效果好、耐磨損性能等，大大降低了空氣預熱器的漏風，風機耗電明顯下降，鍋爐能滿負荷運行，防腐效果十分顯著，達到了預期的目標。

（7）改造換熱元件，增大通流間隙。隨著各大型火力發電廠廣泛采用配煤摻燒，導致燃煤品質越來越差，煤的硫分和灰分增加后，空氣預熱器冷端堵灰越趨明顯。可以考慮通過換熱元件改造、增大波形板間通流間隙來有效避免堵灰現象。

（8）加強設備維護改造，降低漏風率。隨著各大型火力發電廠廣泛采用配煤摻燒，空氣預熱器冷端堵灰越趨明顯，目前采取的高壓水沖洗不僅成本較高，而且需要停運機組，給機組穩定運行帶來諸多不利，可以考慮換熱元件改造、降低漏風率等來避免堵灰現象。

（9）其他。更換空氣預熱器處滅火蒸汽控制閥，杜絕管內凝結水泄漏進入煙道。

3 結束語

盡管配煤摻燒、SCR 脫硝裝置的投運對回轉式空氣預熱器產生了一系列不利影響，但是在目前總體大環境下，降低火電企業的發電成本同時，必須達到環保要求減少NOx排放。新型材料搪瓷波形板的應用，基本緩解了電廠回轉式空氣預熱器冷端波形板在煙道內的低溫腐蝕現象，提高了回轉式空氣預熱器使用壽命，降低漏風率，節約風機電耗，保證機組長周期的正常穩定運行，提高整個電廠的經濟效益，值得推廣應用。