燃煤电厂低温酸腐蚀成因及防治措施研究

王花（中机中联工程有限公司，重庆 400011）

燃煤电厂低温酸腐蚀成因及防治措施研究

王花（中机中联工程有限公司，重庆 400011）

燃煤电厂低温酸腐蚀是影响电厂安全经济运行的一大问题，本文分析了燃煤电厂低温酸腐蚀的形成原因，研究了烟气酸露点的预测方法，探讨了影响烟气酸露点的因素，并提出了防治燃煤电厂低温酸腐蚀的措施，对燃煤电厂安全经济运行具有一定的指导意义。

燃煤电厂；低温腐蚀；防治措施

近年来，电力工业快速发展，但燃煤发电在今后较长一段时间内都将是我国主要电力来源。根据国家能源局统计数据表明，截止2015年底，我国燃煤电厂装机容量达9.5亿MW。尽管各燃煤电厂纷纷采取措施降低烟气中硫氧化物的含量，但燃煤电厂低温酸腐蚀仍是影响燃煤电厂正常运行的一大问题，随着烟气酸露点的提高，烟气中大量的硫酸蒸汽将凝结在低温设备表面，造成设备壁面金属的腐蚀和破坏。[1-3]燃煤电厂低温酸腐蚀常发生在省煤器壁面、空预器壁面、烟气换热器（GGH）及烟道壁面等。不仅影响电厂的安全运行，同时增加了电厂运行成本，导致电厂效益降低。

鉴于此，本文分析了燃煤电厂低温酸腐蚀的成因，在此基础上研究了酸露点的预测方法，进一步探讨了影响烟气酸露点的因素，并提出了防治燃煤电厂低温酸腐蚀的措施，对燃煤电厂安全经济运行具有一定的指导意义。

1 低温酸腐蚀成因分析

煤粉在锅炉炉膛内燃烧，煤中的硫分与空气中氧气反应生成二氧化硫，生成的二氧化硫在高温作用下（1000℃左右）氧化为三氧化硫，转化率约有1%～1.5%，氧化生成的三氧化硫与烟气中的水蒸气生成硫酸蒸汽。烟气因硫酸蒸汽的存在，酸露点提高，由于空预器的壁面温度常低于烟气酸露点，硫酸蒸汽附着在空预器表面，造成硫酸腐蚀。若煤粉中硫分含量高，导致烟气三氧化硫浓度高，烟气酸露点增高，当省煤器给水温度低时，省煤器管道也会发生低温酸腐蚀。

此外，由于目前燃煤电厂使用SCR脱硝装置和石灰石湿法脱硫装置，SCR催化剂会促使SO2向SO3转化（转化率约1%～1.5%），石灰石浆液系统及石膏浆液的排出处理系统中也含有大量的Cl-、F-、SO32-、SO42-等离子以及一些固体颗粒物，由于脱硫系统中水循环使用，Cl-离子在浆液中逐渐富集，腐蚀吸收塔。

2 烟气酸露点计算

锅炉的设计与运行，需要考虑锅炉效率和运行的安全可靠性，其中排烟温度影响较大。根据研究表明，锅炉排烟温度越高，排烟损失越大，锅炉效率越低，排烟温度每升高15～20℃，锅炉热效率大约降低1%。当排烟温度过低时，锅炉受热面壁温低于酸露点，导致受热面受低温酸腐蚀，影响锅炉安全运行。鉴于此，锅炉在实际运行中，应预算锅炉烟气酸露点，控制锅炉排烟温度高于烟气酸露点。工程上，主要考虑燃料组成、灰分影响和燃烧环境等因素计算烟气酸露点，应用较多的有[4]：

1974年，美国学者Verhoff等通过实验结果拟合，提出了酸露点计算公式：

式中，pSO3为烟气中SO3气体分压，atm；pH2O--为烟气中水蒸气分压，atm。

Halstead总结了前人实验研究结果，以常用燃料燃烧形式的水蒸气体积含量11%为基准，重新计算得出了酸露点数据，同时根据烟气中水蒸气体积含量的变化，调整酸露点的温度。贾明生在此基础上，采用计算软件拟合出了酸露点计算公式：

式中：VH2SO4为烟气中硫酸的体积百万分率。

3 影响酸露点的因素

烟气酸露点影响因素主要有：烟气中的H2SO4蒸汽含量、H2O蒸汽含量、、燃料组成、灰分影响、燃烧环境等。

3.1 燃料硫含量和燃烧方式

烟气中硫来自燃料中的硫分氧化，因此，烟气中SO3的形成与燃烧设备和燃烧条件紧密相连。燃烧后的烟气中，尽管SO2的浓度远远大于SO3，但在接近露点温度时，烟气中SO3几乎完全溶解于水，形成硫酸蒸汽，而SO2在烟气中却只有极少能溶解于水形成亚硫酸蒸汽，即烟气中亚硫酸蒸汽的分压接近于零，即烟气中SO2对酸露点的影响远远小于SO3。西安热工院电厂实测数据表明：当燃料中的含硫量增加时，不论是哪种燃烧方式，酸露点温度都会增加；但含硫量相同时，不同的燃烧方式其酸露点温度也不同。

3.2 过量空气系数

SO2氧化SO3为是一个互为逆反应的过程，当氧气浓度大时（即过量空气），平衡向生成SO3的方向移动，根据反应平衡因素影响研究表明：烟气的温度越低，由SO2转化为SO3比例会越大；相同的烟气温度下，过量空气系数越大，由SO2转化为SO3比例也会越大。此外，酸露点随SO3的体积含量的增加而增加。因此，在保证锅炉炉膛内充分燃烧的前提下，采用低过量空气系数，可以减少SO3生成量，降低烟气中SO3的分压，从而降低烟气酸露点。

3.3 烟气中水蒸汽

烟气中水蒸汽的浓度愈大，水蒸汽的分压力也愈大。研究表明：酸露点随水蒸汽分压增加而增加。因此，烟气中水蒸汽的浓度越大，烟气酸露点越高。

3.4 飞灰或受热面结构及积灰的影响

烟气中飞灰对烟气酸露点的影响主要有两个方面。一方面，在低温烟气条件下，锅炉管子表面和烟道表面的铁锈Fe2O3及飞灰中Fe2O3、V2O5等成分充当催化剂，促进SO2继续氧化成SO3，增加了烟气中SO3的浓度。另一方面，未燃尽的碳颗粒、钙镁等氧化物以及Fe3O4等具有一定吸附作用，能吸收中和烟气中的SO3。而飞灰的数量、成分和形态等与燃料及燃烧方式有关，研究结果表明：飞灰的吸收中和作用大于催化作用，因此，烟气中飞灰的存在降低了烟气中SO3的分压，降低烟气酸露点。

3.5 燃料种类

对于燃油锅炉，燃料中的硫分燃烧后主要形成SO2和少量SO3，而燃煤锅炉燃料燃烧后部分硫分将形成FeS或其他形式存在于灰分中。当烟气温度低于酸露点时就会发生腐蚀，且温度越高腐蚀越快，所以当烟气温度低于酸露点温度时，烟气温度越高腐蚀越严重。根据燃油机组及燃煤机组烟气酸露点温度和腐蚀率关系的研究表明：燃煤机组腐蚀程度小于燃油机组，且燃煤机组的腐蚀率随酸露点温度的增加而减小，但是燃油机组的腐蚀率随露点温度的增加先增加后减小，在相同含硫量情况下，燃油烟气的酸露点高于燃煤烟气酸露点。

3.6 其它影响因素

烟气酸露点影响因素较多，除以上分析的影响因素外，烟气的压力、烟气在炉膛内停留时间、炉膛内温度场分布不均以及空气预热器漏风处造成局部温度偏低等都能在一定程度上影响烟气酸露点。

4 低温酸腐蚀防治措施

4.1 掺烧低硫煤

煤中的含硫量对烟气中的浓度有直接影响，含硫量越低，烟气酸露点越低，因此可进行不同比例的低硫煤掺烧，但掺烧低硫煤的可行性取决于电厂的具体情况，需考虑长期的低硫煤、设备的磨损等问题。

4.2 炉内喷碱性吸收剂

SO3是一种酸性气体，可通过向炉内喷射一定量的碱性吸收剂，脱除燃烧过程中产生的SO3。降低炉膛出口烟气硫氧化物的浓度，同时也能中和已凝结在受热面上的硫酸，使受热面上的沉积物变成松灰。美国电厂运行结果表明，当Mg∕SO3摩尔比为7时，SO3的脱除效率可达90%。

4.3 提高受热面壁温

降低低温腐蚀，可适当的提高受热面的壁温，减少壁面硫酸蒸汽凝结量。由于提高壁温会使得排烟温度提高，导致锅炉排烟损失增加，锅炉效率降低。因此，在适当提高受热面壁温的同时，尽可能是锅炉的在额定工况附近运行。

4.4 降低过量空气系数

根据化学平衡原理，过量空气系数越大，SO2转化为SO3比例也会越多。因此，在锅炉燃烧过程中可以适当降低过量空气系统，研究表明：以超稀空气状态燃烧，在一定程度上增加了化学不完全燃烧损失，但降低了排烟损失，且有效的降低了多种污染物的排放量，环境效益明显。[5]

4.5 其他措施

其他降低燃煤电厂低温酸腐蚀的措施有采用抗腐材料、定期清灰、安装独立SO3脱除装置等。

5 结语

结合目前燃煤电厂普遍存在的低温酸腐蚀问题，本文分析了低温酸腐蚀的形成原因，研究了烟气酸露点的预测方法，探讨了影响烟气酸露点的因素，在此基础上，提出了防治燃煤电厂低温酸腐蚀的措施，对燃煤电厂有效地防治低温酸腐蚀、安全经济运行具有一定的指导意义。

[1]冯华.燃煤锅炉低温受热面酸性腐蚀的探讨[J].科技资讯,2009,31(7):51-51.

[2]赵立章.燃煤锅炉低温受热面发生酸性腐蚀的原因分析[J].工业锅炉,2001,23(6):45-47.

[3]周霭琳.低温换热器系统的腐蚀积灰试验研究[D].浙江大学,2015.

[4]王花.火电厂脱硫装置酸腐蚀现象的研究[D].重庆大学, 2010.

[5]张建中.燃煤烟气降温除尘过程中SO3浓度的浓淡分离现象及对酸露点温度影响的分析[J].锅炉技术,2015,46(3):12-18.