空气预热器的低温腐蚀机理和防止措施
摘要:空气预热器是利用烟气的余热来加热所需空气的热交换设备，由于空气预热器布置在锅炉系统的烟气温度最低区，受热面壁温最低，因而最易产生低温腐蚀。

文章分析了锅炉空气预热器低温腐蚀的机理，讨论了含硫量和酸露点对低温腐蚀的影响，提出了防止低温腐蚀的的有效措施。

关键词：锅炉空气预热器低温腐蚀
余热锅炉作为工业高温余热回收的主要设备，目前已经广泛应用于化工、石油、冶金、建材、轻工、电力以及机械等部门，并在能源节约方面取得了一定的成效，为充分利用烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉热效率，锅炉的尾部都加装了空气预热器。

但是作为锅炉尾部的空气预热器，通常是含有水蒸汽和硫酸蒸汽的低温烟气区域，工作条件比较恶劣，因而最易产生低温腐蚀。

低温腐蚀程度和燃料密切相关，燃料中含硫越高腐蚀越严重。

低温腐蚀易造成受热面的损坏和泄漏。

空气预热器管子泄漏损坏，会造成严重漏风，引起燃烧工况恶化。

严重时不得不经常更换受热面，既增加了维修工作量和材料损耗，又影响了锅炉的正常运行。

冷空气进入烟气侧，还会降低烟温，加速低温腐蚀的速度。

另外腐蚀和堵灰相互促进，堵灰使传热减弱，受热面温度降低，而且在350℃下积灰又能吸收SO2，加速腐蚀过程，从而影响锅炉安全运行。

1 低温腐蚀机理
烟气中水蒸汽凝结出来的露点温度称为水露点，水露点仅仅与烟气中水蒸汽的分压力有关，一般情况下，燃煤锅炉尾部烟道中的水蒸汽分压为约10%，即0.01～0.015MPa，对应的水露点的温度约为40℃～45℃，除非烟气中水分过多，工质温度过低，否则不会在受热面上结露。

当烟气中含有SO3时,SO3与水蒸汽结合生成硫酸蒸汽而硫酸蒸汽凝结温度（称为烟气酸露点）远远高于水露点，一般可达120℃～160℃，甚至更高。

当受热壁面的温度低于烟气酸露点温度时，硫酸蒸汽便凝结在受热面上，对金属产生严重腐蚀。

2 影响低温腐蚀的因素
上面的分析可看出，低温腐蚀的原因主要是烟气中存在着三氧化硫和受热面的金属壁温低于烟气露点温度。

三氧化硫含量越高，受热面温度越低，越容易发生低温腐蚀。

(1)锅炉燃料中或多或少的都含有硫，当燃用含硫的燃料时，燃料中的硫在燃烧后，大部分变成二氧化硫，在一定条件下，一部分进一步氧化形成三氧化硫气体。

三氧化硫气体与烟气中的水蒸汽结合生成硫酸蒸汽，而烟气露点温度主要取决于硫酸蒸汽的含量，二者的关系如图1所示，烟气的酸露点温度随着烟气中SO3和水蒸汽的含量增加而升高，当烟气中只有0.005%左右的SO3，而水蒸汽含量也仅仅0.5%时，烟气露点温度就可达到120℃，如果此时水蒸汽含量增加
到15%，烟气露点温度即可达到150℃以上。

随着烟气中硫酸蒸汽和水蒸汽量的增加,烟气露点温度急剧上升，但是，当硫酸蒸汽的含量大于0.010%时，酸露点温度基本不再升高，但此时对金属受热面腐蚀仍然比较严重。

特别提一下燃油锅炉,由于重油含氢最高,燃烧后生成大量水蒸汽,因此，含等量的硫份重油要比煤对锅炉受热面的腐蚀更为有害。

(2)金属壁面被腐蚀的速度取决于硫酸的沉积量，硫酸凝结浓度和受热金属壁面温度的高低。

对一般碳钢而言，硫酸浓度60%～90%时腐蚀性不大。

硫酸浓度在52%～56%时腐蚀速率最大,并且在硫酸浓度为0～50%情况下,金属腐蚀和硫酸浓度基本呈线性关系。

如图2所示。

低温腐蚀时金属壁温有两个严重腐蚀区,即受热面壁温低于酸露点15℃左右以及水露点以下2个区域。

为防止锅炉受热面产生严重腐蚀，必须避开这两个严重腐蚀区，但在实际锅炉运行中，受热面壁温不可能低于水露点，但有可能低于酸露点，为了避免产生严重腐蚀，最好是金属壁温高于烟气的硫酸露点。

3 为防止空气预热器的低温腐蚀，在运行过程中可采取以下措施
(1)在锅炉运行过程中，尽量降低过剩空气量，减少烟气中的过
剩氧，能显著降低三氧化硫的生成量，相应的烟气露点温度也降低了，这样也就减少了低温受热面腐蚀的可能性。

实际生产中烟气氧含量指标一直控制在4.5%～6%之间。

一般情况下燃烧室过剩空气系数的临界量约为1.05，低于此数对降低低温腐蚀有显著作用。

这里必须提到的是漏风的问题，如果预热器漏风，则预热器的烟气和空气温度、压力都难以保持，必然影响正常的操作，严重的也会引发露点腐蚀。

因此，减少漏风是十分重要的。

由于预热器体积庞大，检修中焊接工作量大，质量难以控制，且无法打压等手段检查验收，只能靠眼睛看，在每次预热器的检修中，都严把检修质量关，认真细致地检查不放过任何一个漏点，确保检修质量。

这是控制过剩空气系数重要的一环。

(1)适当提高锅炉排烟温度或空气预热器入口风温,将使空气预热器冷端传热元件的金属温度相应提高。

保证空气预热器受热面壁温高于烟气露点。

低温受热面发生严重腐蚀通常在受热面壁温低于酸露点15℃左右以及水露点以下2个区域。

对大多数燃料要求壁温达到105℃，可避免或减轻腐蚀。

如投入暖风器提高空气预热器入口温度,此法的优点是简便易行,缺点是锅炉效率降低。

(3)改变传热方式。

在常见的空气预热器中，为了达到使用较少的受热面积而得到较高的预热空气温度，一般均采用逆流布置方式。

为了防止空气预热器的低温腐蚀，可将逆流传热改为顺流传热方式或先顺流后逆流传热方式。

两者均可以相应提高空气预热器低温段的金属壁温。

(4)加强空气预热器的清灰工作，保证吹灰蒸汽的过热度和吹灰效果,防止吹灰蒸汽带水和飞灰黏附空气预热器冷端受热面。

腐蚀从管子冷端逐渐向热端延伸，且多积聚在烟气流速较低的四周死角。

当锅炉开炉停炉频繁而积灰结渣又没有得到及时清除时，腐蚀和积灰的速度必然加快。

掌握积灰规律，定期除灰。

既可增大烟气流通面积，减少烟气阻力，又相应减少受热面的腐蚀。

(5)运行中加强对空气预热器进、出口差压的监视。

特别是在冬季气温急剧下降时更应注意。

如果暖风器运行不正常或调整不当，很容易发生空气预热器冷端低温腐蚀及预热器堵塞。

当发现空气预热器的进、出口及烟气差压异常时，应加强调整，采取加强吹灰等措施。

如采取措施后仍不见好转，确认冷端受热面有可能被腐蚀并开始积灰时，应利用停车的机会及时对冷端受热面进行更换，以确保受热面清洁，防止腐蚀和积灰加剧。

4 结论
随着工业的发展，余热的回收利用越来越多地受到重视，也是节能的重要体现，锅炉设备越来越显示出经济价值。

锅炉尾部受热面的低温腐蚀对锅炉正常运行影响很大，应从设计、制造和运行等多方面进行治理，只要采取合理的措施，可以减轻低温腐蚀，提高锅炉运行的经济性，从而保证余热的高效回收利用。

参考文献
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