摘 要：本文对火力发电厂空预器的低温腐蚀原因进行分析，提出解决办法，并对暖风器的布置位置进行探讨，供北方电厂设计时借鉴。
关键词：火力发电厂; 暖风器; 空预器; 低温腐蚀; 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;
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)
1 概述
在火力发电厂中，作为锅炉的主要辅机，空气预热器的运行好坏直接影响锅炉运行的经济性和安全性，最常见的问题就是空气预热器低温段出现腐蚀和堵灰。本文将对空预器出现腐蚀的原因进行分析，提出解决办法，重点探讨暖风器对空预器的保护作用和暖风器的合理布置。
2 空预器低温腐蚀的形成及造成的恶果
空预器产生尾部受热面低温腐蚀的原因是：含硫的燃料燃烧后，产生的SO2在炉膛的高温作用下，部分氧原子会离解成原子状态，它能将SO2氧化成SO3。烟气中含有的微量SO3在烟温降到580℃以下时，会与烟气中的水蒸汽结合，形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的露点温度远高于水蒸汽的露点温度，当受热面的冷端平均温度低于烟气酸露点温度时，硫酸蒸汽在受热面上凝结，而产生酸性腐蚀。一般来说，受热面低温腐蚀发生在一个相当宽的范围内，凝结出来的硫酸浓度也随着温度的降低而逐步变小。腐蚀的速度与硫酸的浓度有关，硫酸浓度高，腐蚀的速度比较缓慢，在酸浓度达到56%时，腐蚀的速度最快。腐蚀的速度同时也受温度的影响。壁温低于酸露点温度10℃~15℃时，发生的腐蚀最为强烈。
低温腐蚀能引起受热面穿孔、传热效果恶化、漏风增加、排烟温度升高，使锅炉效率大幅下降;同时，还可能伴随着堵灰现象的发生，使风机的电耗上升，还可能引起风机出力不足，使锅炉负荷不得不发生下降。而且腐蚀和堵灰是相互促进的，腐蚀使积灰增加，积灰反过来又使受热面的传热减弱，受热面金属壁温进一步降低，而350℃以下沉积的灰又能吸附SO3加速腐蚀的过程。在腐蚀和堵灰严重时，甚至能造成停炉的危险。
3 防止低温腐蚀的手段
为了锅炉的安全稳定运行，必须采取措施防止低温腐蚀的发生。防止低温腐蚀的手段很多，比如：从锅炉设计的角度应在保证燃烧的前提下，采用尽可能低的过剩空气系数;空气预热器制造厂应根据用户的需要在冷端采用耐腐蚀的材料;运行中喷射氨或加入添加剂减轻SO2的生成或中和已生成的硫酸等重要手段。其中采用提高进风温度，以保证冷端的平均壁温高于酸露点温度是最广泛应用的方法。
在已选定锅炉及煤源比较稳定的情况下，锅炉的冷端平均温度主要与空预器进口的空气温度有关。通常在运行工况下，冷端平均壁温应比推荐值高5℃。计算冷端平均温度时采用的出口烟温为未修正的排烟温度。冷端平均壁温可采用排烟温度与送风温度的算术平均值。
空气预热器出口的排烟温度是随着锅炉负荷的变化而变化的，锅炉负荷降低，排烟温度也随之降低，这样如果仍以额定工况下的温度进风，则冷端平均温度很难保证。因此，必须提高空预器入口的风温。
要得到满意的进风温度，防止低温腐蚀，可采用热风再循环或暖风器对空气预热器入口的空气进行预热。根据《大中型火力发电厂设计规范》(GB-50660-2011)，对于热风再循环系统宜用于环境温度较高地区，而对于环境温度较低地区应选用暖风器系统。
空预器进风温度能否满足要求是确定一个工程是否采用暖风器的重要因素，它是锅炉排烟温度，空预器形式及所采用的材料，燃料种类及含硫量、当地气温等多种因素决定的。
在严寒地区，进风温度不能保证风机制造厂的要求(一般要大于-25℃)时，或者是为了防止冷风道出现结露的情况时，装设暖风器是时所必然的。
4 暖风器布置位置的选择
对于严寒地区来说，暖风器是提高进风温度的最佳方案，怎样合理布置暖风器就显得尤为重要了。目前电厂暖风器都是利用抽汽来加热空气，总的来说，蒸汽压力在保证必须的调节功能的前提下，应尽可能低些，蒸汽的过热度应尽量小些，以保证经济性。
暖风器可以布置在风机入口也可以布置在风机出口，布置在风机入口，因风机入口空气被加热，风机的容积流量增大，风机的电耗将随之增大。但入口风道断面大，流速低，阻力小;布置在风机出口，风机入口的容积流量不变，而风机出口压力侧管道容积流量增大，压力管道流速较高，暖风器的阻力相应增大，且风机入口容积流量随环境温度而变，风机的调节挡板或叶片开度发生变化，使风机的效率有所降低。因此，具体暖风器应放在何处，应通过技术经济比较确定。
风机的进风温度不应低于-25℃，否则会对风机的材料、润滑油脂、密封件和轴承间隙等造成影响，因此对于北方严寒地区，暖风器应设置在风机的入口。
另外如果暖风器布置在风机出口，一般都是在空预器入口的垂直风道上，因为如果布置在水平管道上，疏水不太顺畅。而空预器入口垂直管道一般距离较短，不方便布置。而布置在风机入口，一般标高都比较高，就没有疏水的问题。
《民用建筑热工设计规范》GB 50176-93 对全国建筑热工设计分区指标如下：
严寒地区：最冷月平均温度≤-10℃，日平均温度≤ 5℃的天数≥145 天。
寒冷地区：最冷月平均温度0℃～-10℃，日平均温度≤ 5℃的天数为90 天~145天。
《火力发电厂设计规范》(报批稿)8.3.3章节对暖风器的设置有这样的要求：对于严寒地区，暖风器宜设置在风机入口。
选择暖风器所用的环境温度，对采暖区宜取用冬季采暖室外计算温度，对非采暖区宜取用冬季最冷月平均温度，暖风器风量以锅炉BMCR工况时的进风量进行暖风器的选型计算。在确定暖风器加热面积时，要留有一定的裕度，以弥补由于制造和计算中出现的偏差及应付低负荷时排烟温度低的工况和部分暖风器故障的情况。
5 工程实例
我院设计的某北方电厂位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗大路乡境内的大路新区。本期建设2×300MW直接空冷抽汽供热汽轮发电机组，配2×1065 t/h亚临界、自然循环的循环流化床锅炉。
该工程锅炉为亚临界、自然循环、一次中间再热循环流化床锅炉，共设置三台汽冷式高效旋风分离器;床下风道点火器点火。采用管式空气预热器。
该工程机组燃用准格尔不连沟选煤厂的煤矸石、洗中煤和煤泥组成的混煤。煤质分析见下表：
表5.1 煤质分析表
| 项 目 | 单 位 | 设计煤种 | 校核煤种1 | 校核煤种2 | | 收到基低位发热值Qnet.v.ar | kJ/kg | 12350 | 12550 | 15054 | | 工业分析 | | | | | | 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 | | 干燥无灰基挥发份 Vdaf | % | 40.34 | 40.63 | 44.69 | | 空气干燥基水份 Mad | % | 2.67 | 2.72 | 2.78 | | 元素分析 | | | | | | 收到基碳 Car | % | 33.79 | 34.56 | 34.64 | | 收到基氢 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 | | 哈氏可磨性系数 HGI | — | 62 | 60 | 64 | | 灰变形温度 DT（t1） | ℃ | >1500 | >1500 | >1500 | | 灰软化温度 ST（t2） | ℃ | >1500 | >1500 | >1500 | | 灰熔化温度 FT（t3） | ℃ | >1500 | >1500 | >1500 | | 煤灰比电阻（未掺烧石灰石） | 温度120℃ | 4.0×1013 | 3.8×1013 | 5.40×1012 |
表5.2 灰成份分析
| 灰分析（未掺烧石灰石条件下） | 设计煤种 | 校核煤种1 | 校核煤种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% |
从上表中可看出煤质成分中硫含量较高(校核煤最高含硫Sar=0.80%)，如果炉内脱硫控制不好，容易造成空预器低温腐蚀。
当地多年平均气温8.06℃，极端最低气温-36.3℃，冬季采暖室外计算温度-19℃，夏季通风室外计算温度26℃，平均气温-10.1℃，全年日平均温度小于5℃的天数超过了145 天。按气象件划分，该地属于严寒地区。所以该工程一次风机和二次风机的入口前均布置了暖风器。
6.结论
为防止空预器冷端低温腐蚀，可根据当地气象条件来选择热风再循环或暖风器来提高空预器入口进风温度。对于环境温度较高的地区宜采用热风再循环系统，而对于环境温度较低地区宜采用暖风器系统。如果当地最冷月平均温度≤-10℃，日平均温度≤ 5℃的天数≥145 天，则属于严寒地区，暖风器应设置在风机的入口的风道上;如果当地不属于严寒地区，则暖风器应布置在风机出口至空预器的风道上。
参考文献：
[1] 中华人民共和国国家标准. 火力发电厂设计规范 中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国质量监督检验检疫总局 联合发布.2011-02-18 发布 2012-03-01 实施
[2] 中华人民共和国国家标准. 民用建筑热工设计规范 中华人民共和国建设部， 1993.10.1实施
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