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空氣預熱器的低温腐蚀

1.  低温腐蚀机理
燃料中的硫在燃烧后生成二氧化硫(SO2),其中有少量的SO2(只占SO2的1%左右)又会进一步氧化而形成三氧化硫(SO3)。由于三氧化硫在烟气中存在,则使烟气的露点温度升高,即三氧化硫和烟气中水蒸气化合,生成硫酸蒸汽,露点温度大为升高。当含有硫酸蒸汽的烟气流经低温受热面(空氣預熱器),受热面金属壁温低于硫酸蒸气的露点时, 则在受热面金属表面结硫酸露(也即在预热器低温冷端波纹板上结硫酸露),并腐蚀受热面金属。
蒸汽開始凝結的溫度稱爲露點,通常煙氣中水蒸氣的露點稱爲水露點;煙氣中硫酸蒸氣的露點稱爲煙氣露點(或酸露點)。
水露點取決于水蒸氣在煙氣中的分壓力,一般爲30-60℃,即使煤中水分很大時,煙氣水露點也不超過66℃。一旦煙氣中含SO3氣體,則使煙氣露點大大升高,如煙氣中只要含有0.005%(50ppm)左右的SO3,煙氣露點即可高達130-150℃或以上。
2.  低温腐蚀危害
强烈的低温腐蚀会造成空氣預熱器热面金属的破裂,大量空气漏进烟气中,使得送风燃烧恶化,锅炉效率降低,影响回转式空氣預熱器传热效率,同时腐蚀也会加重积灰,使烟风道阻力加大,影响锅炉安全、经济运行。
3.  预防和减轻低温腐蚀的主要措施
1)   减少三氧化硫的量,这样不但露点温度降低,而且减少了酸的凝结量,使腐蚀减轻;燃料脱硫,低氧燃烧,加入添加剂等方法。
2)   提高空氣預熱器冷端的壁温,使其壁温高于烟气酸露点温度,至少应高于腐蚀速度最快时的壁温。实现后一途径的方法有热风再循环,加装暖风器等方法。
a.采用熱風再循環系統
采用熱風再循環的目的在于提高冷端傳熱元件的金屬壁溫,以使煙氣露點溫度低于冷端傳熱元件的金屬壁溫,不使煙氣出現結露,從而能防止或減輕金屬的腐蝕。
热风再循环系统是利用热风道与送风机的吸风管之间的压差,将空氣預熱器出口的热空气,经热风再循环管送一部分热风回到送风机的入口,以提高空氣預熱器的进口空气温度。热风再循环只宜将预热器进口的风温提高到50—65℃,否则会使排烟温度升高和风机耗电量增加,使锅炉经济性下降。

b.暖風器
对于大容量锅炉,尤其是燃用含硫量较高的煤种,常采用暖风器预先加热空气的方法来提高空氣預熱器的进风温度。
暖风器为汽-气热交换器,它是利用蒸汽(在管内流动)的热量来加热进入空氣預熱器的冷风(在暖风器管外流动),使之达到所要求的温度。通常使用暖风器可将空气温度提高到80℃左右(实际上没有加热到此温度),在一般情况下,已能对预防低温腐蚀产生良好的效果。
暖風器的汽源有兩處:一是啓動鍋爐來,機組啓動或全廠停用時供汽;二是再熱蒸汽冷段來汽,經減溫減壓後引入暖風器系統。
c.采用耐腐蝕較好的金屬材料
回转式空氣預熱器结构中常用抗腐蚀的措施。采用回转式空氣預熱器本身就是一个减轻腐蚀的措施,因它在相同的烟温和空气温度下,其烟气侧受热面壁温较管式空氣預熱器高,这对减轻低温腐蚀有好处;同时回转式空氣預熱器的传热元件沿高度方向都分为三段,即热段、中间段、冷段,其中冷段最易受低温腐蚀。从结构上将冷端和不易受腐蚀的热段和中间段分开的目的在于简化传热元件的检修工作,降低维修费用,当冷端的波形板被腐蚀后,只需更换冷端的蓄热板。另外,为了增加冷端蓄热板的抗腐蚀性常采用耐腐蚀的低合金钢制成,而且较厚,一般在1.2mm。另外在回转式空氣預熱器中,烟气和空气交替冲刷受热面。当烟气流过受热面时,若壁面温度低于烟气露点,受热面上将有硫酸凝结,引起低温腐蚀。但当空气流过受热面时,因空气中没有硫酸蒸汽,且空气中水蒸气的分压力低,则凝结在受热面上的硫酸将蒸发。因此当空气流经受热面时,硫酸的凝结量不增加,反而减少,从而降低腐蚀。
d.裝設吹灰器
受熱面壁上發生積灰,它將會吸附煙氣中的水蒸氣、硫酸蒸氣以及其它有腐蝕性氣體,將使它們有充分的時間進行化學反應,導致腐蝕的加劇。因此,裝設吹灰器並合理進行吹灰可減輕受熱面的積灰,從而對改善低溫腐蝕起到一定的輔助作用。
3)   运行中防止低温腐蚀的措施
a.采用低氧燃燒。可以將煙氣中SO3大量降低,煙氣露點下降,腐蝕速度減小,但是化學未完全燃燒有增加,但是排煙損失減少,鍋爐效率稍有增加。
b.控制爐膛燃燒溫度水平,減少SO3的生成量。
c.定期吹灰,利于清除積灰,又利于防止低溫腐蝕。
d.定期沖洗。如空預熱器冷段積灰,可以用堿性水沖洗受熱面清除積灰。沖洗後一般可以恢複至原先的排煙溫度,而且腐蝕減輕。
e.避免和减少尾部受热面漏风。因漏风,受热面温度降低,腐蚀加速。特别是空氣預熱器漏风,漏风处温度大量下降,导致严重的低温腐蚀。