空气预热器低温腐蚀问题的分析与对策张英明--中国期刊网

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空气预热器低温腐蚀问题的分析与对策张英明

发表时间：2020/7/15 来源：《电力设备》2020年第5期作者：张英明王建华

[导读] 摘要：空预器的运行安全影响着电厂锅炉的运行，而低温腐蚀是影响空预器运行安全的一个重要因素。

        （国家能源集团国电电力大同发电有限公司山西大同 037043）
        摘要：空预器的运行安全影响着电厂锅炉的运行，而低温腐蚀是影响空预器运行安全的一个重要因素。为进一步提高电厂锅炉的实际运行效益，必须采取科学合理的措施，预防空气预热器的低温腐蚀问题。为解决此问题，本次分析了空气预热器低温腐蚀产生的原因,讨论了含硫量和酸露点对低温腐蚀的影响,最后介绍了解决和防止低温腐蚀的几种有效方法。结合个人实践工作经验与相关参考文献，就空气预热器的低温腐蚀问题加以阐述，以期为广大同行提供参考借鉴。
        关键词：空气预热器;低温腐蚀
        引言：作为一项实际要求较高的实践性工作，空气预热器低温腐蚀的预防有着其自身的特殊性。该项课题的研究，将会更好地提升对空气预热器低温腐蚀问题的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化其防腐工作的最终整体效果。
        1 空气预热器低温腐蚀的原因
        空预器的低温腐蚀是和堵灰相互促进的一个过程。腐蚀和堵灰主要位于预热器冷端，有时在中间层受热面区域也会产生。预热器运行时，烟气中的飞灰穿越紧密排列的热端传热元件和中间层传热元件时，走过漫长而曲折的通道，到达冷端传热元件时，其速度和动能均大为降低，方向杂乱，极容易沉积在冷端传热元件上，造成积灰。此时，若冷端传热元件的金属壁温低于烟气的酸露点，烟气中的硫酸就会在冷端传热元件表面上结露，对冷端传热元件产生腐蚀；而当空气预热器受到腐蚀后，受热元件表面光洁度严重恶化，使灰垢更容易粘附在受热元件上，加重了空气预热器堵灰和腐蚀的可能性。而传热元件的板型、传热元件的高度、传热元件的材质、燃料特性（主要是含硫量）、冷端平均温度、燃烧状态（包括过剩空气系数等）、运行质量等诸多因素与腐蚀和堵灰有直接关系。在预热器的设计阶段及运行过程应该把防止空气预热器的腐蚀和堵灰放在重要位置。
        2 空气预热器的腐蚀原理
        水露点指的是烟气中蒸汽的露点温度，通常来说水露点较低，大约在40℃~50℃。硫酸蒸汽是由烟气之中的SO3与蒸汽相结合形成的，大大提升了烟气中的酸露点。通过烟气露点温度与硫酸蒸汽含量示意图，可以清楚看到随着烟气中SO3与H2O含量的进一步提高，烟气酸露点也进一步提高。一般情况下，烟气蒸汽含量维持在0.05~0.15。而当烟气之中的SO3含量到达0.005%时，此时酸露点温度则高于150℃。烟气中的SO3及蒸汽含量直接决定了烟气中硫酸蒸汽的酸露点，可以用公式对固体燃料工程进行估算: 公式如下：

        烟气露点温度与烟气中硫酸蒸汽量的关系
        公式中:tsld表示烟气酸露点/℃；ld表示烟气水露点/℃；β表示与炉膛出口空气系数有关联的常数; Syzs，Ayzs表示燃料折算硫分和折算灰分百分比; αfh表示飞灰占总灰分的实际份额。如若空气预热器中的低温段壁温和酸露点相接近，或是已经低于酸露点，那么此时烟气中的硫酸蒸汽就开始凝结，造成腐蚀，其化学反应公式如下: SO2↑+H2O+Fe→FeSO3+H2↑；SO3↑+H2O+Fe→FeSO4+H2↑。此外，金属表面还会形成许多的微电池，负极为铁，正极为焊渣，发生的腐蚀电化学反应示如下:负极:Fe-2e→Fe2(氧化)，正极:2H+2e→H2↑(还原)。
        3 锅炉空气预热器低温腐蚀的危害
        锅炉空气预热器低温腐蚀情况对锅炉安全、平稳以及经济运行带来较大影响。根据更换空气预热器时对空气预热器换热管的观察，局部换热管由于腐蚀已经大面积穿孔。如果锅炉长时间运行，换热器管由于腐蚀断裂，脱落的部分可能会对风机叶轮造成破坏，甚至导致风机连锁停炉。一旦锅炉紧急停炉将对全厂蒸汽平衡带来较大影响。所以锅炉空气预热器的低温腐蚀不但是公用工程平稳运行的一个隐患，更是全厂平稳运行的一个隐患。
        4 空气预热器低温腐蚀的预防措施
        为进一步降低空气预热器的低温腐蚀问题，在实际工作过程中可以通过提高壁温，使硫酸蒸汽不会发生冷凝产生结露，或是低于腐蚀的浓度范围，这是两种方法。对于管式空气预热器而言，如若将管内的灰尘及管壁热阻、管子内壁和外壁之间的面积都忽略不计，那么壁温Tw、烟稳θ、空气温度t，三者之间的关系可以用以下公式表达：

       公式中:αy、αk表示烟气侧换热系数、空气侧换热系数。公式也是人们用来提高壁温的重要理论依据所在。通常情况下，越是靠近进风口，其壁温也越低，容易受到低温腐蚀的影响。要想提高壁温、降低低温腐蚀，可以采取提高预热器进风温度的方法。对于一些含有硫的燃料，特别是硫含量较高时，采取提高冷段壁温至酸露点的这种方法是十分不划算、不经济的。因为使用该种解决方式，不仅会大大提高排烟温度，还会大大降低锅炉的实际利用效率。当壁温过低且壁温和蒸汽间的露点差值并没有超过一定数值的时候，末级的预热器会遭到严重腐蚀。因此，在设计锅炉时，必须要做好预热器冷段壁温的选取工作。国内外的实际研究结果表明，当燃用的硫含量为Sy=2.5%～3.0%时，其相应的酸露点则为tsld=120℃～140℃燃煤的煤粉炉，此时的预热器其冷端壁温、蒸汽露点二者之间的tld差值最低应达到20℃，此时的冷端壁温不得低于70℃～75℃。如若此时的壁温低于此数值，那么壁面之上就会发生严重的积灰与腐蚀问题，积灰变硬无法清除干净;而当Tw的数值在90℃以上时，壁面的积灰和腐蚀情况也会大大下降，且积灰也更加容易清除。因此，壁温达到90℃以上，可以有效抑制低温腐蚀问题的发生。由此可知，对于使用多硫燃料的锅炉而言，预热器的冷端壁温必须要达到90℃以上。选择此数值不会使锅炉的排烟温度变得更高。在预热器入口温度的提高上，可以使用热空气再循环及热暖风器等方法。锅炉的暖风器温度必须要严格按照冬季预热器要求，其本身也要满足上文中的最低冷端温度值。如若锅炉的实际排烟温度达到150℃，相应的比值应是αk/αy=1.8。冬季暖风器的实际出口温度为40℃～45℃，则预热器的冷端壁温可以达到，此时能够略微提高锅炉的经济性能。为了进一步减轻空气预热器的低温腐蚀问题，还可以对空气预热器进行分段。在设计空气预热器的过程中，可以将冷空气的入口处壁面温度低于烟气露点温度的部分，使其成为一个独立整体，一旦发生腐蚀问题也能以较低的成本给予更换。最好是采用具有较强耐腐蚀性能的材料于壁温低于烟气露点的地方，如搪玻璃钢管空气预热器，能够解决低温腐蚀、堵灰的问题。因为搪玻璃钢管的工艺较为特殊，是在钢管之外又覆盖了一层厚度大概为0.3mm的玻璃于其上，并用石棉绳、石墨密封圈将搪玻璃钢管与管板相互连接，以此达到密封的效果。
        结语：综上所述，加强对空气预热器低温腐蚀及预防措施探讨的研究分析，对于其良好效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的过程中，应加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
        参考文献
        [1]刘红玲.空气预热器腐蚀积灰问题探讨[J].能源研究与管理,2019(03):33-35.
        [2]舒树根.回转式空气预热器换热元件寿命影响因素[J].科技创新与应用,2019(19):74-76.