锅炉空气预热器低温腐蚀机理及预防措施
1 前言
为充分利用烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉热效率，工业锅炉的尾部都加装了空气预热器。但是作为锅炉尾部的空气预热器，通常是含有水蒸汽和硫酸蒸汽的低温烟气区域，工作条件比较恶劣，容易出现低温腐蚀和堵灰。处在锅炉低温区域的空气预热器，一旦发生低温腐蚀和堵灰，就会造成烟气通道堵塞，引风阻力增大，锅炉正压燃烧。这不但降低了锅炉出力，甚至造成被迫停炉。腐蚀的结果会造成空气预热器管子泄漏损坏，造成严重漏风，引起燃烧工况恶化。严重时不得不经常更换受热面，既增加了维修工作量和材料损耗，又影响了锅炉的正常运行，冷空气进入烟气侧，还会降低烟温，加速低温腐蚀及堵灰的速度，从而影响锅炉安全运行。
2 腐蚀机理
造成锅炉尾部受热面低温腐蚀的原因有两点：一是烟气中存在着三氧化硫；二是受热面的金属壁温低于烟气中的酸露点温度。
锅炉燃料中或多或少的都含有硫。当燃用含硫量较多的燃料时，燃料中的硫份在燃烧后，大部分变成二氧化硫，在一定条件下其中的少部分进一步氧化成三氧化硫气体。三氧化硫气体与水蒸汽能结合成硫酸蒸汽，其凝结露点温度高达120℃以上，露点温度越高，烟气含酸量愈大，腐蚀堵灰愈严重。当空气预热器管壁温度低于所生成的硫酸露点时，硫酸就在管壁上凝结而产生腐蚀，叫做低温腐蚀(见图1)。金属壁面被腐蚀的程度取决于硫酸凝结量的多少，浓度的大小和金属壁面温度的高低。硫酸象一层胶膜，一面粘在管壁上腐蚀，一面不断粘着烟灰，形成多种硫酸盐，并逐渐增厚，这就是低温式结渣。
图1 燃料中含硫量与烟气露点的关系
对链条锅炉，当燃煤含硫量低于1.5%时，即使排烟温度和空气预热器进风温度较低，空气预热器也不会产生明显的堵灰结渣和腐蚀。如果燃煤含硫量大于2%时，则空气预热器将进入严重腐蚀范围(如图2所示)。
图2 空气预热器管壁的最低允许温度
煤中含硫量的多少,影响锅炉排烟温度的选取。同时，鉴于对锅炉排烟热损失与防止尾部受热面低温腐蚀等因素的综合考虑，目前，装有空气预热器的锅炉设计排烟温度一般为160～190℃。事实上，由于某些单位使用蒸汽时负荷变化较大，或长期低负荷运行，引起操作不当，增加大量过剩空气；设备失修，不及时清灰等原因而造成排烟温度长期低于140℃，即烟气露点之下。
从整个炉体烟气流程来讲，空气预热器烟气通道截面较小，阻力较大，因此增加了形成堵灰结渣的可能性。当松散性积灰在管内粘附时间过长时，就可能由松散转为紧密性的积灰，因为有的积灰可能吸附烟气中的二氧化硫、三氧化硫和水蒸汽，使积灰生成硫酸盐和亚硫酸盐，由于这些盐类的生成致使松散性积灰转变为紧密性积灰。这些积灰与空气预热器内管壁作用生成硫酸铁和亚硫酸铁，就更增加了积灰结渣的牢固性。上述积灰性质的变化，首先发生在逆流式空气预热器冷端（进风口一侧）的管内壁上，原因是此处低温空气与低温烟气的热交换处，其管壁温度较低，所以腐蚀和堵灰往往从管子冷端逐渐向热端延伸，且多积聚在烟气流速较低的四周死角。当锅炉开炉停炉频繁而积灰结渣又没有得到及时清除时，腐蚀和积灰的速度必然加快。
3 预防及处理措施
为防止空气预热器的低温腐蚀堵灰，可从三个方面采取措施：
3.1 在燃料及燃烧产物方面
可从燃料及烟气中除硫，防止三氧化硫的产生，以降低烟气的露点温度。
3.1.1 根本措施是从燃料及烟气中除硫从目前来看，技术尚不成熟，实际应用难度很大。工业锅炉燃烧煤含硫量多数在1%～1.5%，有些可达3%～5%，因此锅炉尽量不燃用含硫量大于2%的煤。
3.1.2 在锅炉运行过程中，尽量降低过剩空气量，减少烟气中的过剩氧，能显著降低三氧化硫的生成量，相应的烟气露点温度也降低了，这样也就减少了低温受热面腐蚀的可能性。一般情况下燃烧室过剩空气系数的临界量约为1.05，低于此数对降低低温腐蚀有显著作用。
3.2 在锅炉方面
采用提高低温受热面的壁面温度或使壁面温度避开烟气严重腐蚀区域的办法。
3.2.1 适当提高排烟温度提高锅炉的排烟温度，可以相应 提高空气预热器的壁温，对大多数燃料要求壁温达到105℃，可避免或减轻腐蚀。如提高空气预热器进风温度或提高省煤器入口水温皆可。
3.2.2 要减少或避免锅炉低负荷或超负荷运行锅炉低负荷 运行必然造成排烟温度降低到烟气露点以下，引起空气预热器管壁腐蚀。当锅炉超负荷运行时，给煤量及排烟量均相应加大，预热器难以适应烟尘排量骤增的要求，烟气阻力增大，就会发生管内积灰堵塞现象。如某厂SHL10-13型锅炉，由于燃用较高硫份煤，而且长期超负荷运行，不到两年空气预热器低温段就严重腐蚀穿孔漏风。
3.2.3 改变受热面的布置方式
(1)采用卧置管式空气预热器。卧置管式空气预热器，烟气在管外冲刷，空气在管内流动。卧式与立式相比较，在同样的烟气和空气进口温度下，一般可提高壁温10～30℃。
(2)改变传热方式。在常见的空气预热器中，为了达到使用较少的受热面积而得到较高的预热空气温度，一般均采用逆流布置方式。为了防止空气预热器的低温腐蚀，可将逆流传热改为顺流传热方式或先顺流后逆流传热方式。两者均可以相应提高空气预热器低温段的金属壁温。
3.2.4 加强空气预热器的清灰工作 掌握积灰规律，定期除灰。既可增大烟气流通面积，减少烟气阻力，又相应减少受热面的腐蚀。在清理管子积灰时，可用5%的碱水浸泡，然后用清水冲洗。为减少管子堵塞，可将管径加粗，效果也较为理想。
防止空气预热器腐蚀、积灰的方法很多，以上只是目前在防止锅炉尾部受热低温腐蚀方面的常用方法，具体采用哪种方法，需视各单位情况而定。
3.2 利用防腐材料制作空气预热器
经常使用的空气预热器有用硼硅玻璃管制作的和用铸铁管制作的。使用单位可根据具体情况制作使用。 |
于领先地位，并率先通过了国际质量体系认证。