摘 要：本文對火力發電廠空預器的低溫腐蝕原因進行分析，提出解決辦法，并對暖風器的布置位置進行探討，供北方電廠設計時借鑒。
　　關鍵詞：火力發電廠; 暖風器; 空預器; 低溫腐蝕; 布置
　　Abstract: This paper analyzes the thermal power plant air preheater low temperature corrosion reason, proposed solutions, and discussed the heater arrangement; provide reference for the design of the power plant north.
　　Key words: power plant; air heater; air preheater low temperature corrosion; layout;
　　中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104(2012)
　　1 概述
　　在火力發電廠中，作為鍋爐的主要輔機，空氣預熱器的運行好壞直接影響鍋爐運行的經濟性和安全性，最常見的問題就是空氣預熱器低溫段出現腐蝕和堵灰。本文將對空預器出現腐蝕的原因進行分析，提出解決辦法，重點探討暖風器對空預器的保護作用和暖風器的合理布置。
　　2 空預器低溫腐蝕的形成及造成的惡果
　　空預器產生尾部受熱面低溫腐蝕的原因是：含硫的燃料燃燒后，產生的SO2在爐膛的高溫作用下，部分氧原子會離解成原子狀態，它能將SO2氧化成SO3。煙氣中含有的微量SO3在煙溫降到580℃以下時，會與煙氣中的水蒸汽結合，形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的露點溫度遠高于水蒸汽的露點溫度，當受熱面的冷端平均溫度低于煙氣酸露點溫度時，硫酸蒸汽在受熱面上凝結，而產生酸性腐蝕。一般來說，受熱面低溫腐蝕發生在一個相當寬的范圍內，凝結出來的硫酸濃度也隨著溫度的降低而逐步變小。腐蝕的速度與硫酸的濃度有關，硫酸濃度高，腐蝕的速度比較緩慢，在酸濃度達到56%時，腐蝕的速度最快。腐蝕的速度同時也受溫度的影響。壁溫低于酸露點溫度10℃~15℃時，發生的腐蝕最為強烈。
　　低溫腐蝕能引起受熱面穿孔、傳熱效果惡化、漏風增加、排煙溫度升高，使鍋爐效率大幅下降;同時，還可能伴隨著堵灰現象的發生，使風機的電耗上升，還可能引起風機出力不足，使鍋爐負荷不得不發生下降。而且腐蝕和堵灰是相互促進的，腐蝕使積灰增加，積灰反過來又使受熱面的傳熱減弱，受熱面金屬壁溫進一步降低，而350℃以下沉積的灰又能吸附SO3加速腐蝕的過程。在腐蝕和堵灰嚴重時，甚至能造成停爐的危險。
　　3 防止低溫腐蝕的手段
　　為了鍋爐的安全穩定運行，必須采取措施防止低溫腐蝕的發生。防止低溫腐蝕的手段很多，比如：從鍋爐設計的角度應在保證燃燒的前提下，采用盡可能低的過剩空氣系數;空氣預熱器制造廠應根據用戶的需要在冷端采用耐腐蝕的材料;運行中噴射氨或加入添加劑減輕SO2的生成或中和已生成的硫酸等重要手段。其中采用提高進風溫度，以保證冷端的平均壁溫高于酸露點溫度是最廣泛應用的方法。
　　在已選定鍋爐及煤源比較穩定的情況下，鍋爐的冷端平均溫度主要與空預器進口的空氣溫度有關。通常在運行工況下，冷端平均壁溫應比推薦值高5℃。計算冷端平均溫度時采用的出口煙溫為未修正的排煙溫度。冷端平均壁溫可采用排煙溫度與送風溫度的算術平均值。
　　空氣預熱器出口的排煙溫度是隨著鍋爐負荷的變化而變化的，鍋爐負荷降低，排煙溫度也隨之降低，這樣如果仍以額定工況下的溫度進風，則冷端平均溫度很難保證。因此，必須提高空預器入口的風溫。
　　要得到滿意的進風溫度，防止低溫腐蝕，可采用熱風再循環或暖風器對空氣預熱器入口的空氣進行預熱。根據《大中型火力發電廠設計規范》(GB-50660-2011)，對于熱風再循環系統宜用于環境溫度較高地區，而對于環境溫度較低地區應選用暖風器系統。
　　空預器進風溫度能否滿足要求是確定一個工程是否采用暖風器的重要因素，它是鍋爐排煙溫度，空預器形式及所采用的材料，燃料種類及含硫量、當地氣溫等多種因素決定的。
　　在嚴寒地區，進風溫度不能保證風機制造廠的要求(一般要大于-25℃)時，或者是為了防止冷風道出現結露的情況時，裝設暖風器是時所必然的。
　　4 暖風器布置位置的選擇
　　對于嚴寒地區來說，暖風器是提高進風溫度的最佳方案，怎樣合理布置暖風器就顯得尤為重要了。目前電廠暖風器都是利用抽汽來加熱空氣，總的來說，蒸汽壓力在保證必須的調節功能的前提下，應盡可能低些，蒸汽的過熱度應盡量小些，以保證經濟性。
　　暖風器可以布置在風機入口也可以布置在風機出口，布置在風機入口，因風機入口空氣被加熱，風機的容積流量增大，風機的電耗將隨之增大。但入口風道斷面大，流速低，阻力小;布置在風機出口，風機入口的容積流量不變，而風機出口壓力側管道容積流量增大，壓力管道流速較高，暖風器的阻力相應增大，且風機入口容積流量隨環境溫度而變，風機的調節擋板或葉片開度發生變化，使風機的效率有所降低。因此，具體暖風器應放在何處，應通過技術經濟比較確定。
　　風機的進風溫度不應低于-25℃，否則會對風機的材料、潤滑油脂、密封件和軸承間隙等造成影響，因此對于北方嚴寒地區，暖風器應設置在風機的入口。
　　另外如果暖風器布置在風機出口，一般都是在空預器入口的垂直風道上，因為如果布置在水平管道上，疏水不太順暢。而空預器入口垂直管道一般距離較短，不方便布置。而布置在風機入口，一般標高都比較高，就沒有疏水的問題。
　　《民用建筑熱工設計規范》GB 50176-93 對全國建筑熱工設計分區指標如下：
　　嚴寒地區：最冷月平均溫度≤-10℃，日平均溫度≤ 5℃的天數≥145 天。
　　寒冷地區：最冷月平均溫度0℃～-10℃，日平均溫度≤ 5℃的天數為90 天~145天。
　　《火力發電廠設計規范》(報批稿)8.3.3章節對暖風器的設置有這樣的要求：對于嚴寒地區，暖風器宜設置在風機入口。
　　選擇暖風器所用的環境溫度，對采暖區宜取用冬季采暖室外計算溫度，對非采暖區宜取用冬季最冷月平均溫度，暖風器風量以鍋爐BMCR工況時的進風量進行暖風器的選型計算。在確定暖風器加熱面積時，要留有一定的裕度，以彌補由于制造和計算中出現的偏差及應付低負荷時排煙溫度低的工況和部分暖風器故障的情況。
　　5 工程實例
　　我院設計的某北方電廠位于內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗大路鄉境內的大路新區。本期建設2×300MW直接空冷抽汽供熱汽輪發電機組，配2×1065 t/h亞臨界、自然循環的循環流化床鍋爐。
　　該工程鍋爐為亞臨界、自然循環、一次中間再熱循環流化床鍋爐，共設置三臺汽冷式高效旋風分離器;床下風道點火器點火。采用管式空氣預熱器。
　　該工程機組燃用準格爾不連溝選煤廠的煤矸石、洗中煤和煤泥組成的混煤。煤質分析見下表：
　　表5.1 煤質分析表

項  目	單 位	設計煤種	校核煤種1	校核煤種2
收到基低位發熱值Qnet.v.ar	kJ/kg	12350	12550	15054
工業分析
收到基全水份        Mt	%	6.36	6.41	6.8
收到基灰份          Aar	%	44.56	43.27	41.25
干燥無灰基揮發份    Vdaf	%	40.34	40.63	44.69
空氣干燥基水份      Mad	%	2.67	2.72	2.78
元素分析
收到基碳            Car	%	33.79	34.56	34.64
收到基氫            Har	%	2.66	2.84	2.94
收到基氧            Oar	%	10.48	10.78	12.44
收到基氮            Nar	%	1.36	1.34	1.34
收到基硫            Star	%	0.79	0.80	0.59
哈氏可磨性系數      HGI	—	62	60	64
灰變形溫度         DT（t1）	℃	>1500	>1500	>1500
灰軟化溫度         ST（t2）	℃	>1500	>1500	>1500
灰熔化溫度         FT（t3）	℃	>1500	>1500	>1500
煤灰比電阻（未摻燒石灰石）	溫度120℃	4.0×1013	3.8×1013	5.40×1012

　　表5.2 灰成份分析

灰分析（未摻燒石灰石條件下）	設計煤種	校核煤種1	校核煤種2
SiO2	40.10%	39.45%	39.18%
AI2O3	48.09%	48.96%	49.11%
Fe2O3	2.08%	2.18%	2.35%
CaO	4.10%	3.57%	3.54%
MgO	0.32%	0.33%	0.36%
Na2O	0.06%	0.12%	0.11%
K2O	0.40%	0.46%	0.42%
SO3	1.80%	2.09%	2.06%
TiO2	1.79%	0.52%	0.11%
MnO2	0.74％	0.77%	0.76%
其它	0.52%	1.55%	2%

　　從上表中可看出煤質成分中硫含量較高(校核煤最高含硫Sar=0.80%)，如果爐內脫硫控制不好，容易造成空預器低溫腐蝕。
　　當地多年平均氣溫8.06℃，極端最低氣溫-36.3℃，冬季采暖室外計算溫度-19℃，夏季通風室外計算溫度26℃，平均氣溫-10.1℃，全年日平均溫度小于5℃的天數超過了145 天。按氣象件劃分，該地屬于嚴寒地區。所以該工程一次風機和二次風機的入口前均布置了暖風器。
　　6.結論
　　為防止空預器冷端低溫腐蝕，可根據當地氣象條件來選擇熱風再循環或暖風器來提高空預器入口進風溫度。對于環境溫度較高的地區宜采用熱風再循環系統，而對于環境溫度較低地區宜采用暖風器系統。如果當地最冷月平均溫度≤-10℃，日平均溫度≤ 5℃的天數≥145 天，則屬于嚴寒地區，暖風器應設置在風機的入口的風道上;如果當地不屬于嚴寒地區，則暖風器應布置在風機出口至空預器的風道上。
　　參考文獻：
　　[1] 中華人民共和國國家標準. 火力發電廠設計規范 中華人民共和國住房和城鄉建設部、中華人民共和國質量監督檢驗檢疫總局 聯合發布.2011-02-18 發布 2012-03-01 實施
　　[2] 中華人民共和國國家標準. 民用建筑熱工設計規范 中華人民共和國建設部， 1993.10.1實施