解决10－220t/h蒸汽锅炉低温腐蚀的实用技术

电力18讯：    
原电力学院能源工程系学术委员会主任
中源科扬节能技术有限公司高级顾问 孔祥谦教授

摘要：为了避免下级空气预热器由于结露所引起的堵灰和腐蚀，需要保证其金属受热面最低壁面温度高于燃料的酸露点温度，所以10－220t/h燃煤锅炉的设计排烟温度通常在147－165℃之间，高于一般煤燃料酸露点温度80℃以上。尽管如此，空预器最低壁面温度仍然只能达到85℃，仅高于酸露点温度10℃左右。所以在锅炉的实际运行中，空预器的低温腐蚀现象时有发生，给锅炉的安全运行带来严重隐患。
本文介绍了我们在实际工程中，通过应用复合相变换热技术，对空预器的最低壁温进行控制（设定并可调整），成功地将排烟温度控制在120℃以下，不仅保证空预器的最低壁面温度不低于95℃，同时还可以根据锅炉负荷、燃料含硫量、含水量的变化，使壁面温度实现自动调节。实践证明，应用复合相变换技术，不仅保证了空预器安全可靠、大大延长其使用寿命，同时还能够大幅度地降低锅炉排烟温度，节能效益显著。

关键词：蒸汽锅炉　低温腐蚀　酸露点　复合相变换热技术

锅炉的低温腐蚀
目前，我国国内应用锅炉的行业中，由于煤、石油、天然气等燃料中均含有硫，燃烧时通常会产生硫氧化物，硫氧化物与水蒸气结合后即形成硫酸蒸汽。当锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点（称为酸露点），就会在其表面形成液态硫酸（称为结露）。长期以来，空气预热器的尾部受热面由于结露而引起的腐蚀时常发生，难以避免。以至于目前在锅炉设计时不得不通过提高排烟温度或使用传热极差的非金属材料（如搪瓷管）来缓解结露和腐蚀现象的产生，并没有从根本上解决问题。而单纯提高排烟温度又势必造成大量低温能源的浪费，无法进一步回收。尽管如此，空气预热器往往在运行一到两年后依旧会出现腐蚀，直至穿孔。这是一个世界性难题。
目前，中小型锅炉大多采用管式空气预热器，设计排烟温度居高不下。上世纪九十年代初，热管换热器曾在空预器改造中一度被推广，虽然一定程度上将排烟温度降低，但其尾部受热面的最低壁面温度仍会低于酸露点温度，不能避免结露导致的腐蚀，且热管普遍存在产生和积累不凝气体，逐渐老化，从而传热效率急剧下降。随着它的这些缺点不断被暴露，人们对应用热管换热器也采取了谨慎的态度。
常用的换热器
一般常用的换热器为管式换热器，其金属受热面最低壁面温度与热流体排放温度之间大致处于一种倍数关系，即排烟温度为140℃时相应的最低壁温仅为70℃左右。
对于热管换热器，“如果金属受热面壁面温度要求不低于77.8℃时，其排烟温度通常不得低于155℃，否则必然引起低温结露腐蚀”（参见顾维藻等著《强化传热》，科学出版社）；
上述换热器的壁温只能作为校核温度，也就是说，当运行工况因运行需要必须进行调整时，即便知道必然会发生低温腐蚀也无法避免，没有任何办法直接对壁温进行调整控制；
复合相变换热技术
复合相变换热技术是一个全新的换热技术，它采用了热管的原理，提出了“相变段”这一概念，开创了以“壁面温度”作为换热器最基本的设计参数这一新理念。从根本上解决了低温腐蚀难题。
“相变段”的概念是将原来热管换热器中一根根相互独立的热管，构造成整体热管。保证“相变段”受热面最低壁面温度只有微小的梯度温降。同时，利用“相变段”将被加热介质（如空气、水）的温度适当地提高。被预热了的空气可以保证下级空预器的安全，解决了低温腐蚀问题；被加热的水回收了烟气中的余热，实现了节能的目的。
通过“相变段”水量的调节，可以对受热面最低壁温面度实现闭环控制，实现了壁面温度的恒定和调高调低。
概括复合相变换热技术，其核心内涵在于：
（1）能够在锅炉的设计和改造中，大幅度降低烟气的排放温度，使大量的中低温热能被有效回收，产生十分可观的经济效益；
（2）在降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域，从根本上避免了结露腐蚀和堵灰现象的出现，大幅度降低设备的维护成本；
（3）实现了换热器金属受热面最低壁面温度处于可控可调状态，使复合相变换热器能够在相当大幅度内，适应锅炉的各种品种以及传热负荷的变化，使排烟温度和壁温保持相对稳定；
（4）保留了热管换热器所具有的高效传热同时，排除不凝气体，大大延长了设备的使用寿命。
复合相变换热技术的应用
福建凤竹集团是福建省最大的针织漂染专业厂家和针织品生产基地。集团总资产近5亿元。水、电、汽及污水处理等基础设施配套齐全。该集团公司十分重视节能环保，先后获得环境保护设施运营资质证书和“全国乡镇环境保护先进单位”等多项荣誉。
以2001年福建凤竹纺织科技股份有限公司新购置的40t/h循环流化床锅炉为例，设计排烟温度在154℃。以其燃煤的酸露点在80℃左右考虑，以上的锅炉所设计的排烟温度是合理的。
福建凤竹纺织科技股份有限公司结合应用复合