回转式空气预热器的腐蚀原因与防止措施的探讨

李俊林

【摘 要】 本文从回转式空气预热器产生腐蚀的机理入手，分析了回转式空气预热器发生腐蚀的原因以及位置，从降低烟气露点、减少三氧化硫生成和控制运行几个方面分别对降低腐蚀的措施进行了详细的讨论，对电厂防止受热面低温腐蚀有一定借鉴作用。

【关键词】 腐蚀 露点 脱硫

随着锅炉向大容量方向的发展，回转式空气预热器成为火电机组锅炉广泛应用的一种换热设备。空气预热器使锅炉燃烧和制粉系统需要的空气温度得到提高，使炉膛内的煤粉充分燃烧，对提高炉膛烟气的热利用效率、降低排烟温度、减少热损失、降低能耗、节省资源具有重要的意义。本课题将针对回转式空气预热器腐蚀的问题进行研究，找出造成回转式空气预热器腐蚀的主要原因，并提出相应的预防和处理措施，从而为锅炉的安全经济运行提供参考。

1 回转式空预器腐蚀原因和危害

回转式空气预热器位于锅炉尾部，因而会发生严重程度不一的腐蚀现象。该腐蚀主要发生在传热元件的冷段，严重时可影响到热段传热元件及转子外壳等。因腐蚀发生在温度较低的区域，故通常称作为“低温腐蚀”。低温腐蚀的危害是很大的。在一定条件下，传热元件发生结露腐蚀，从而不断粘结飞灰，堵塞部分通道，使流通阻力增加。腐蚀严重时，气流通道大部分被堵塞，冷段传热元件大面积呈粉碎状脱落，严重影响空气预热器的正常使用，迫使锅炉停运检修。

1.1 低温腐蚀的机理

低温腐蚀的产生是由于燃料中所含有的硫分在燃烧过程中，形成二氧化硫，少量的二氧化硫进一步氧化成三氧化硫，三氧化硫又与烟气中的水蒸气化合生成硫酸。烟气中硫酸蒸汽低于露点温度时，就会凝结在壁面上腐蚀传热元件。

1.2 烟气中三氧化硫的生成

燃烧过程中产生的三氧化硫含量极微，可是对低温腐蚀的影响却十分显著。三氧化硫的生成有以下两种原因。

（1）原子氧氧化二氧化硫。燃烧过程中火焰中心区生成较多的原子氧，原子氧活化能力较强，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。燃烧生成的二氧化硫，随烟气流向尾部烟道，由于某些介质的催化作用，使其与烟气中的过剩氧氧化生成三氧化硫。

1.3 硫酸蒸汽凝结

水蒸气与三氧化硫结合生成硫酸蒸汽，在烟气温度高于200～250℃时，反应很慢。当烟气温度低于110℃后，基本上全部生成硫酸蒸汽。烟气流过低于露点的受热面时，硫酸蒸汽在其上凝结成酸液，使金属腐蚀。酸液的浓度随壁温的降低而降低。对于一般碳钢，硫酸浓度在60%以上时腐蚀性不大，在52%～56%浓度下腐蚀速度最大，在浓度小于50%时，腐蚀速度随浓度减小呈线性下降。低温腐蚀速度随壁温的变化规律（如图1-1）所示。在空气预热器中，沿烟气流动方向受热面壁温逐渐降低。当壁温降至露点E时，硫酸蒸汽开始凝结。凝结时酸浓度很高，在80%以上，所以腐蚀速度较低。随着壁温降低，凝结酸量增加，大约在低于烟气露点20～45℃的壁温处D，腐蚀速度达到最大值。之后，随着壁温的下降，腐蚀速度亦下降，直到腐蚀最轻点B。壁温继续下降，此时由于凝结的酸浓度随壁温下降至接近56%，同时凝结的酸量也逐渐增多，此时腐蚀速度又开始增加。为防止产生严重的低温腐蚀，必须控制壁温在A、C之间。

上述腐蚀的产物和凝结酸液与飞灰反应，生成酸性黏结灰，酸性黏结灰使烟气中的飞灰大量粘结沉积，形成不宜被吹灰清除的低温黏结灰，使传热能力减弱，受热面的壁温降低，引起更严重的低温腐蚀和粘结积灰，结果堵塞了烟气通道。另外由于烟道内烟气冲刷不均匀，因此受热面上发生低温腐蚀也极不均匀。往往是局部区域先产生腐蚀和积灰，甚至形成堵灰，再逐步扩展。

1.4 低温腐蚀的影响因素

电厂燃用煤所含硫分较高，这是引起空气预热器腐蚀的一个重要因素。燃料中硫分、水分高使燃烧生成的硫酸蒸汽份量多、浓度高，这就使得烟气中的酸汽露点相对增高，而低温段空气预热器的壁温度又偏低，酸汽极易凝结在低温空气预热器上，造成空气预热器的腐蚀。进入空气预热器的空气温度低是造成空气预热器腐蚀的一个主要原因。空气温度低，使得空气预热器的壁温度下降，低于烟气中的酸汽露点时，酸汽便凝结在空气预热器壁上与飞灰粘合在一起，形成对空气预热器的不断腐蚀。过量空气系数的影响：过量空气系数过大，表明烟气中的含氧量增加，这给燃烧中二氧化硫及三氧化硫的生成创造了有利的条件，对空气预热器的低温腐蚀也有一定的影响。

2 防止回转式空预器腐蚀的措施

2.1 适当选择受热面金属壁温

在设计回转式空气预热器时，一般使冷段传热元件的壁温在冷端低于水露点，而在热端则高于酸露点，这样使低温腐蚀局限在冷段范围之内。对于冷段受热面，可采用耐蚀材料有效地控制和减缓低温腐蚀。必要时可调换传热元件。如果冷段受热面壁温达不到要求，则可采用提高空气预热器受热面壁面温度，来减缓硫酸蒸汽凝结和低温腐蚀。通常用热空气再循环方法或加暖风器来提高空气预热器入口空气温度。

2.2 采用耐腐蚀的传热元件

采用合适的材料以抵抗酸性水膜的侵蚀，是防止及减缓腐蚀及堵灰的另一重要手段。（1）低合金耐蚀钢。制作冷段传热元件常用的低合金耐蚀钢主要是考登钢，其抗蚀性能高出普通碳钢两倍。（2）涂耐酸搪瓷的传热元件。涂耐酸搪瓷的传热元件具有良好的抗腐蚀性能，同时还具有热交换率高，寿命长，对冷端温度没有限制，清灰容易。（3）陶瓷传热元件。陶瓷传热元件的传热量虽然略少，而耐蚀性能却大大高于金属波纹板。

2.3 控制运行

（1）低氧燃烧。锅炉燃烧时减少过量空气系数，可降低烟气中过剩氧量，减少的生成，从而降低酸露点。因此为减轻低温腐蚀，锅炉应尽可能低氧燃烧，采用较低的过量空气系数。低氧燃烧技术是一种最经济实用的防腐手段，在有效防腐的同时能提高锅炉效率，减少风机电耗，但对燃烧设备及运行人员的要求较高，控制不当，易造成不完全燃烧。（2）控制炉内温度水平。通过控制炉内火焰温度也能有效地降低燃烧过程中转化率，运行中经常采用分级配风的燃烧方式来降低燃烧温度，对于设计有烟气再循环的锅炉，烟气再循环不仅降低了燃烧温度，而且惰性气体也对的转化起到了抑制作用，能有效地防止低温腐蚀。（3）避免和减少尾部受热面漏风。因为漏风将使进入回转式空气预热器的温度降低，腐蚀加速，特别是回转式空气预热器漏风，漏风处壁面温度大量下降，导致严重的低温腐蚀。（4）加添加剂。在高温区喷入主要成分为碳酸镁和碳酸钙的白云石，或在300～400℃烟温区喷入主要成份为氧化镁和氧化钙的菱镁矿。喷入后能中和烟气中的和硫酸蒸汽，也能中和凝结在受热面上的硫酸，从而使露点和腐蚀降低。（5）使用防腐涂层。在回转式空气预热器壁上使用防腐涂层也是解决低温腐蚀的方法之一。防腐涂层使用方便，经济有效，但其使用受到吹灰方式、高温等限制，及与母材热胀冷缩性能不同而易剥落的缺点。

2.4 吹灰及清洗传热元件

回转式空气预热器的腐蚀与积灰是交替发生恶性循环的。其根源在于酸液凝结使传热元件表面湿润，大量捕捉飞灰，形成积灰层。积灰层即妨碍酸液的蒸发，又增加了热阻，反过来又加快了灰的粘结。如此循环往复，造成受热面的堵塞与腐蚀因而经常性地吹灰及清洗传热元件，将凝结于壁面上的酸液及灰垢清除掉，以保持传热元件的清洁，是防止与减缓低温腐蚀的有效措施，也是改善传热降低流通阻力的一个常用方法。

3 结语

随着锅炉机组多年的运行，空气预热器的腐蚀己经成为一个较为普遍的问题，它是影响电厂安全经济运行的重要原因之一，因此本文对电站锅炉回转式空气预热器的改造具有普遍的指导意义。

（1）回转式空气预热器腐蚀的主要原因是受热面壁温降低引起低温腐蚀；另一方面燃料中硫分大、水分大，再加上燃料的过量空气系数偏大，使烟气中酸汽份额加大，引起酸汽露点升高。这两方面的不利因素综合，加剧了酸汽在空气预热器管壁上的凝结，促成了腐蚀。（2）控制空气预热器腐蚀的方法主要有：防止低温受热面腐蚀的措施、提高空气预热器的壁温、低氧燃烧、控制炉内温度水平、加强吹灰和水冲洗、控制烟气酸露点、加入添加剂、使用耐腐蚀材料、使用防腐涂层等。

参考文献

[1]吴东垠.回转式空气预热器的现状及完善化[J].中国电力，1998.

[2]容銮恩，袁镇福，刘志敏，等，电站锅炉原理[M].中国电力出版社，1997.

[3]魏伯科，段慎修，等.煤炭工业的腐蚀与防护[M].化学工业出版社，1991.