燃煤电厂管式烟气换热器的材质选择与设计

丁得龙

（浙江天地环保科技有限公司 浙江杭州 310013）

燃煤电厂管式烟气换热器的材质选择与设计

丁得龙

（浙江天地环保科技有限公司 浙江杭州 310013）

合理选择管式烟气换热器的材质既可有效避免设备的腐蚀，又可降低设备的投资成本。本文在分析造成管式烟气换热器腐蚀原因的基础上，对管式烟气换热器材质的选择进行了探讨。管式烟气冷却器壳体和换热模块材质均采用ND钢，管式烟气加热器壳体采用316L材质，换热模块可分为低、中、高温段三段，材质依次为2205或涂搪瓷、316L和ND钢。

管式烟气换热器；腐蚀；材质

1 概述

燃煤电厂通过设置管式烟气换热系统回收脱硫系统入口烟气的热量，来加热脱硫后的净烟气温度，既可降低干电入口烟气温度，降低飞灰比电阻，提高电除尘器的除尘效率；又可提高烟气抬升力，促进烟气扩散，消除烟囱冒白烟现象，控制石膏雨问题，改善电厂周边环境质量，有良好的社会和环境效益。

管式烟气换热器所处的运行环境较为复杂，存在着设备腐蚀的风险，由于管式烟气换热器设备庞大，运转周期较长，因此采取合理措施避免管式烟气换热系统的低温腐蚀显得尤为重要。

2 管式烟气换热器材质的选择

2.1 低温腐蚀机理

燃煤锅炉烟气中含有SO3，SO3与烟气中的H2O结合会成为硫酸蒸汽。当烟气流经低温受热面时，H2SO4蒸汽会在金属壁面凝结成为酸液滴，从而对设备造成强烈的腐蚀，即为低温腐蚀。

确定烟气的酸露点是判断换热器低温腐蚀的重要依据[1]。酸露点愈高，腐蚀范围愈广，腐蚀也愈严重。

2.2 脱硫后净烟气腐蚀机理

烟气中除了含有SO2、SO3、NOx等腐蚀性气体外，吸收塔出口烟气还携带着、、Cl-、F-等离子以及石膏、石灰石等颗粒，这使得吸收塔出口的环境较为复杂[2]。根据吸收塔出口烟道冷凝水的成分可以判断该处烟气对金属的腐蚀主要有：

（1）酸露点腐蚀

经吸收塔脱硫后的烟气为50℃左右的饱和湿烟气，略高于水露点温度，但已远低于酸露点，此时烟气中的H2O和SO3反应生成H2SO4，在管式烟气加热器表面凝结形成硫酸溶液，对金属材料产生低温腐蚀，吸收塔出口至管式烟气加热器之间区域的腐蚀主要为酸露点腐蚀。

（2）Cl-离子腐蚀

烟气中携带着少量的Cl-，Cl-可以引起金属的电化学腐蚀，破坏金属表面的钝化膜，从而造成金属的点蚀和缝隙腐蚀[3]。

（3）冲刷腐蚀

经脱硫的烟气中携带着石灰石、石膏等颗粒，随着高速流动的烟气会对金属表面造成侵蚀，造成换热面的冲刷磨损。

2.3 管式烟气换热器材质选择与设计

根据苏联1973年锅炉热力计算标准，当碳钢、ND钢材质的受热面壁温高于水露点以上25℃且小于105℃时，可以将金属低温腐蚀速率控制在0.2 mm/a以内。但在生产过程中，因管式烟气换热系统所处的运行环境较为复杂，加之燃煤机组的负荷波动十分频繁，仅通过控制换热管的壁温难以避免管式烟气换热系统的低温腐蚀，因此，需根据管式烟气换热系统的运行环境合理选择换热管材质。

（1）管式烟气冷却器的材质选择

ND钢是目前国内外最理想的“耐硫酸低温露点腐蚀”用钢材，广泛用于制造省煤器、空气预热器等装置设备，用于抵御含硫烟气硫酸露点腐蚀。

管式烟气冷却器运行过程中，模块壁温一般高于70℃，即高于水露点以上25℃，此时发生低温腐蚀的风险较低，因此，管式烟气冷却器壳体和模块材质均选用ND钢。

（2）管式烟气加热器的材质选择

鲍听、田丰等[4,5]的研究表明，各种材料在吸收塔出口烟气冷凝液中抗腐蚀能力的排序依次为：2205双相不锈钢或搪瓷管＞316L不锈钢＞ND钢。

在管式烟气换热系统设计时，可将管式烟气加热器分为低温段、中温段、高温段三段，根据每段的烟温和热媒水温采用不同模块材质，既可控制低温腐蚀，又能降低投资成本。

管式烟气加热器的低温段入口烟气温度一般为50℃，接近水露点温度，低温腐蚀最严重，因此低温段模块采用耐腐蚀性能优良的2205双相不锈钢或搪瓷管，将腐蚀速率降到最低；中温段烟气温度较低，但是烟气温度高于饱和烟气温度2～3℃以上，其低温腐蚀程度低于低温段，但仍有低温腐蚀的风险，因此中温段模块材质采用316L。

高温段入口烟气温度达到65℃以上、热媒水进水温度约105℃时，可控制模块壁温达到70℃以上，从而使低温腐蚀的风险相对较低，因此高温段模块材质采用ND钢。

结语

鉴于管式烟气换热器特殊的运行环境，烟气对管式烟气换热器的腐蚀机理较为复杂，其中以酸露点腐蚀最为严重。在工程应用中，可根据管式烟气换热器所处的烟气环境选用合适的换热管材质，这既可控制低温腐蚀，又降低投资成本。管式烟气冷却器壳体和换热模块材质均采用ND钢，管式烟气加热器壳体采用316L材质，换热模块可分为低温段、中温段和高温段，材质依次为2205或涂搪瓷、316L和ND钢。

[1]原苏联.锅炉机组热力计算标准方法[S].1973.

[2]王小平,孟照杰.燃煤电厂湿法脱硫中的腐蚀环境和防腐技术[J].中国电力,2000,33(10):68-71.

[3]崔志峰,韩一纯,庄力健,蒋金玉.在Cl-环境下金属腐蚀行为和机理[J].石油化工腐蚀与防护,2011,28(4):1-5.

[4]鲍听.水媒管式烟气换热器材料耐腐蚀性评价[J].浙江电力,2014(11):52-54.

[5]田丰.不锈钢在脱硫环境下的耐蚀性能研究 [D].武汉:武汉材料保护研究所,2011.

丁得龙（1989-），硕士研究生，助理工程师，从事燃煤电厂烟气脱硫脱硝工艺设计。

本文为《煤电超低排放环保岛评估及优化研究》科技项目。