锅炉深度降低排烟温度对低温耐腐蚀材料的影响

段君寨，张文鹏，李忠江

（1.华电国际电力股份有限公司山东分公司，济南 250014；2.山东泓奥电力科技有限公司，济南 250101）

锅炉深度降低排烟温度对低温耐腐蚀材料的影响

段君寨1，张文鹏1，李忠江2

（1.华电国际电力股份有限公司山东分公司，济南 250014；2.山东泓奥电力科技有限公司，济南 250101）

为了响应国家节能减排的号召，国内许多电厂已将降低锅炉排烟温度、回收余热作为一项重要的整改措施，由此对耐低温腐蚀材料提出了更高的要求。针对这一现状，对几种低温耐腐蚀材料进行了试验研究，结果表明：聚四氟乙烯管材和ZS－1041防腐涂料具有较好的耐腐蚀性，能够作为合适的低温耐腐蚀材料，适用于电站锅炉排烟余热回收利用，更大限度地实现节能减排要求，提升电厂整体经济效益。

耐腐蚀材料；锅炉排烟余热；回收利用；节能减排

0 引言

在锅炉燃烧各项热损失中，排烟热损失是最大的一项，一般排烟温度每升高15～20℃，就会使排烟热损失增加1%。如能够回收利用烟气余热，节能效益将十分显著。现役机组锅炉排烟余热回收利用通常采用锅炉尾部烟道加装低压省煤器的方式。

老机组由于运行时间较长，技术改造方面欠缺，排烟温度普遍较高，采用常规低压省煤器效果明显。一般将排烟温度降低到烟气酸露点以上10℃的安全界限，因此，整体排烟温度降低的幅度不大，解决受热面腐蚀、堵灰及磨损等问题相对容易。而对于新建机组及服役时间较短的机组，锅炉排烟温度一般在120～130℃，选用常规低压省煤器的降温幅度非常有限，整体经济效益欠佳。国家新出台的〔2014〕（2093号）《电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》要求现役机组，如30×MW级亚临界湿冷机组，供电煤耗平均水平为330 g／（kW·h），先进水平为320 g／（kW·h），2020年供电煤耗目标值低于310g／（kW·h）。为达到上述要求，锅炉排烟余热回收利用技术需要深度挖潜，更深层次降低排烟温度［1］。

深度降低排烟温度的目标是将脱硫塔入口烟温降低到75℃左右，接近脱硫工艺最佳反应温度，从而提高脱硫效率和降低耗水量，并大幅利用烟气余热提高节能效益。而深度降低排烟温度的关键问题在于低温烟气在酸露点以下，存在较强的酸腐蚀性，要求受热面材料具有良好的耐腐蚀性［2］，采用常规材料如ND钢（硫酸低温露点腐蚀用钢）无法满足耐腐蚀要求，因此需要对耐腐蚀材料进行深入研究。

1 耐腐蚀材料

通常可从2个方面解决材料的耐腐蚀问题：一是材料自身具有极强的耐腐蚀性，如聚四氟乙烯管材、不锈钢管等；二是在常规材料表面覆盖辅助性耐腐蚀材料，如喷涂、电镀耐腐蚀涂料等。

聚四氟乙烯管材具有极佳的耐腐蚀特性和良好的物理及力学性能。在化工行业强酸、强碱环境中已经使用多年，近年来在国内电力行业存在个别运行案例。目前基本选用进口管材进行加工，因此成本较常规材料相应增加。常规不锈钢管如316L等，具有良好的耐酸腐蚀性，由于其含碳量低，具有良好耐晶间腐蚀性。铬、钼、氮含量的增加，提高了奥氏体不锈钢的耐点腐蚀或耐隙腐蚀性，是目前在低温烟气中使用可靠的耐腐蚀管材。但在烟温极低的环境中，该材料存在有限腐蚀性，因此需增加管子壁厚，以延长使用寿命。由于增加成本，在深度降烟温工艺中没有显著优越性［3］。

在常规材料表面覆盖辅助性耐腐蚀材料，通过喷涂或电镀工艺，使其均匀覆盖在基管表面，提高基管的耐腐蚀性。辅助性耐腐蚀材料不仅要具备良好的耐腐蚀性及附着力，而且应表面光滑，保证在低温烟气环境中不易粘灰。

2 材料性能

2.1 聚四氟乙烯材料

聚四氟乙烯材料具有极耐腐蚀、耐磨损、热效率高、热交换速度快、使用寿命长、节能降耗、二次除尘净化烟气及环保等特点。

2.1.1 耐腐蚀性极强

聚四氟乙烯材料几乎对所有化学品和溶剂呈惰性，且几乎没有溶剂或化合物可在300℃以下溶解它。因此，该材料相对于金属材料具有明显优势，可在烟气酸露点以下更充分回收烟气余热。

2.1.2 优越的清灰功能

由于材料本身具有不粘性及自清洁性，因此换热管具有一定的自清灰功能，而且能随烟气流动而颤抖，从而可以显著减少换热管外表面积灰；同时设计烟气导流装置保证烟气流速均匀，并在换热器管束间安装水冲洗清灰装置，可有效解决积灰问题。

2.1.3 优异的耐磨损性

聚四氟乙烯材料具有优异的耐磨损性，而且换热器设计时选取低磨损、低阻力的烟气流速，减少了对换热器管束的磨损。

2.1.4 低阻力特性

聚四氟乙烯材料表面光滑，摩擦系数小，对烟气的阻力小；设计时应考虑换热器本身对烟气的阻力，多组换热器之间留有一定的间距，每组换热器管束之间排列也留有一定的间距，可有效控制烟气阻力。

2.1.5 使用寿命长

由于聚四氟乙烯材料中不含光敏基因，因而其具有优异的耐大气老化性，老化期在10年以上。在强腐蚀介质中其使用寿命是不锈钢的20～30倍，再加上没有维修、事故停产所造成的损失，综合成本绝对低于其他换热器。

综上所述，聚四氟乙烯材料的耐腐蚀性能能够满足深度降烟温工艺要求，虽然该材料导热系数仅为0.19～0.24W／（m·K），但其具有极佳的可塑性和耐磨损性能，可将换热管管径加工到5～12mm，壁厚加工到1mm左右，与金属换热器管径20～40 mm、壁厚4mm左右相比，采用聚四氟乙烯材料加工的换热管整体传热系数可达到100W／（m2·K）以上，能够更好地满足换热要求。

2.2 辅助性耐腐蚀材料

经过查看及研究相关资料，确定一种烟气防腐涂料能够满足工艺要求，该材料为含硅无机聚合物对有机聚合物改性后形成的螯合物。该材料能够通过喷涂工艺均匀附着到管子表面，使管子在低温烟气环境中可靠运行。其主要性能如下。

2.2.1 涂层长效防腐

超细微粉氧化物、硅、石墨等在涂层中形成一个致密的界面过渡层，在共同作用下有效地阻止了酸碱液对基体的侵袭，具有极好的耐蚀性，能同时耐酸、耐碱的多种腐蚀，防止化学腐蚀及电位腐蚀等。

2.2.2 超强的附着力，线膨胀系数高

该涂层与基体材质结合力好，附着力达到一级。涂层还具有较高的抗挠曲性及热膨胀抗变性，能抵抗管子运行中的振动。

2.2.3 耐高温

烟气防腐涂料的基料和填料均由耐高温的无机物组成，长期耐热可达600℃，短时间耐热可达850℃。

2.2.4 耐磨性光滑性

多种组分组成的陶瓷功能填料，使涂层表面呈现较低的表面能和超低的摩擦系数，可以使焦油与表面之间处于不润湿状态，从而有效防止黏性异物黏附上。

2.2.5 抗热振性能好

烟气温度始终在变化，涂层的抗热振性能高，在烟气温度发生高低变化时，涂层不脱落，没有裂纹产生，附着力好。

2.2.6 涂料使用寿命长

涂层使用寿命长，耐久性好，损坏的涂层可以方便地进行修补，在制备、涂装和形成涂层过程中对环境无污染。

3 涂料耐腐蚀试验

分别选取20G钢和ND钢2段管子，外表面涂抹ZS－1041防腐涂料，参考GB／T 1763—1979《漆膜耐化学试剂性测定法》要求，通过化学试剂浸泡涂抹防腐涂料的管子，测试2种钢材及防腐涂料的耐酸、碱性能。

按照要求，将试件分别浸入温度为（40±1）℃、质量分数为10%的H2SO4和NaOH溶液中并加盖密封，浸泡72 h后取出样品，用蒸馏水清洗并用滤纸吸干水珠，观察漆膜有无剥落、起皱、起泡、生锈、变色和失光等现象。管子试验前、后照片如图1、图2所示。

为了对上述钢材耐化学试剂性能进行定量分析，测得试验前、后钢材试件质量变化见表1。

表1 试验前、后试件质量 g

对比试验前、后钢管表面变化发现，钢管表面所涂漆膜在2种试剂中均无脱落、起皱、起泡、生锈、变色和失光等现象。未涂漆膜的钢管内壁在NaOH溶液中无明显腐蚀现象，20G钢管内壁在H2SO4试剂浸泡中腐蚀严重，ND钢管内壁在H2SO4溶液液面处出现腐蚀现象，试剂中有黑色颗粒沉淀物。

以上2种材料的表面积比例经计算为0.33∶0.40，涂有防腐涂料ZS－1041材料的防腐蚀性能与其他材料的对比试验结果见表2。

图1 NaOH试剂中管子试验前、后对比

图2 H2SO4试剂中管子试验前、后对比

表2 试件在质量分数为10%的H2SO4溶剂中的腐蚀速率

由此可见：碱性溶液对钢管腐蚀性最小，试验前、后质量无变化；而酸性溶液对钢管的腐蚀最为严重，质量变化较为明显，20G，ND钢失重分别为25.30%，0.57%，表明ND钢耐酸性较好。钢管表面涂抹ZS－1041防腐涂料后，在酸、碱溶液中均保持涂层表面完整无变化，证明该防腐涂料具有极佳的耐腐蚀性能。

4 结论

通过对几种低温耐腐蚀材料的试验及论证研究，确定聚四氟乙烯管材和ZS－1041防腐涂料具有较好的耐腐蚀性，能够作为合适的低温耐腐蚀材料，特别适用于电站锅炉排烟余热回收利用，可很大程度上促进余热利用在电厂的推广应用。

［1］李中华，刘建军，柳正军.降低电站锅炉排烟温度新技术研究与应用［J］.中国电力，2001，34（1）：14－16.

［2］张基标，郝卫，赵之军，等.锅炉烟气低温耐腐蚀的理论研究和工程实践［J］.电力工程学报，2011（10）：11－14，19.

［3］王岳衡.氟塑料换热器工艺设计若干问题探讨［J］.广东化工，2006，8（33）：90－92.

（本文责编：齐琳）

TM 621.2

B

1674－1951（2016）02－0006－03

段君寨（1965—），男，山东平度人，高级工程师，从事电厂安全生产管理、节能技术方面的工作。（E-mail：duanjz＠hdpi.com.cn）。

2015－12－06；

2016－01－10

张文鹏（1973—），男，山东郓城人，高级工程师，从事电厂锅炉安全生产管理、节能技术方面的工作（E-mail：zhangwp＠hdpi.com.cn）。

李忠江（1986—），男，山东济南人，工程师，从事电厂余热节能技术研发方面的工作（E-mail：lizj＠haoenergy.com）。