段君寨，張文鵬，李忠江

（1.華電國際電力股份有限公司山東分公司，濟南 250014；2.山東泓奧電力科技有限公司，濟南 250101）

鍋爐深度降低排煙溫度對低溫耐腐蝕材料的影響

段君寨1，張文鵬1，李忠江2

（1.華電國際電力股份有限公司山東分公司，濟南 250014；2.山東泓奧電力科技有限公司，濟南 250101）

為了響應國家節(jié)能減排的號召，國內許多電廠已將降低鍋爐排煙溫度、回收余熱作為一項重要的整改措施，由此對耐低溫腐蝕材料提出了更高的要求。針對這一現狀，對幾種低溫耐腐蝕材料進行了試驗研究，結果表明：聚四氟乙烯管材和ZS－1041防腐涂料具有較好的耐腐蝕性，能夠作為合適的低溫耐腐蝕材料，適用于電站鍋爐排煙余熱回收利用，更大限度地實現節(jié)能減排要求，提升電廠整體經濟效益。

耐腐蝕材料；鍋爐排煙余熱；回收利用；節(jié)能減排

0 引言

在鍋爐燃燒各項熱損失中，排煙熱損失是最大的一項，一般排煙溫度每升高15～20℃，就會使排煙熱損失增加1%。如能夠回收利用煙氣余熱，節(jié)能效益將十分顯著?，F役機組鍋爐排煙余熱回收利用通常采用鍋爐尾部煙道加裝低壓省煤器的方式。

老機組由于運行時間較長，技術改造方面欠缺，排煙溫度普遍較高，采用常規(guī)低壓省煤器效果明顯。一般將排煙溫度降低到煙氣酸露點以上10℃的安全界限，因此，整體排煙溫度降低的幅度不大，解決受熱面腐蝕、堵灰及磨損等問題相對容易。而對于新建機組及服役時間較短的機組，鍋爐排煙溫度一般在120～130℃，選用常規(guī)低壓省煤器的降溫幅度非常有限，整體經濟效益欠佳。國家新出臺的〔2014〕（2093號）《電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》要求現役機組，如30×MW級亞臨界濕冷機組，供電煤耗平均水平為330 g／（kW·h），先進水平為320 g／（kW·h），2020年供電煤耗目標值低于310g／（kW·h）。為達到上述要求，鍋爐排煙余熱回收利用技術需要深度挖潛，更深層次降低排煙溫度［1］。

深度降低排煙溫度的目標是將脫硫塔入口煙溫降低到75℃左右，接近脫硫工藝最佳反應溫度，從而提高脫硫效率和降低耗水量，并大幅利用煙氣余熱提高節(jié)能效益。而深度降低排煙溫度的關鍵問題在于低溫煙氣在酸露點以下，存在較強的酸腐蝕性，要求受熱面材料具有良好的耐腐蝕性［2］，采用常規(guī)材料如ND鋼（硫酸低溫露點腐蝕用鋼）無法滿足耐腐蝕要求，因此需要對耐腐蝕材料進行深入研究。

1 耐腐蝕材料

通?？蓮?個方面解決材料的耐腐蝕問題：一是材料自身具有極強的耐腐蝕性，如聚四氟乙烯管材、不銹鋼管等；二是在常規(guī)材料表面覆蓋輔助性耐腐蝕材料，如噴涂、電鍍耐腐蝕涂料等。

聚四氟乙烯管材具有極佳的耐腐蝕特性和良好的物理及力學性能。在化工行業(yè)強酸、強堿環(huán)境中已經使用多年，近年來在國內電力行業(yè)存在個別運行案例。目前基本選用進口管材進行加工，因此成本較常規(guī)材料相應增加。常規(guī)不銹鋼管如316L等，具有良好的耐酸腐蝕性，由于其含碳量低，具有良好耐晶間腐蝕性。鉻、鉬、氮含量的增加，提高了奧氏體不銹鋼的耐點腐蝕或耐隙腐蝕性，是目前在低溫煙氣中使用可靠的耐腐蝕管材。但在煙溫極低的環(huán)境中，該材料存在有限腐蝕性，因此需增加管子壁厚，以延長使用壽命。由于增加成本，在深度降煙溫工藝中沒有顯著優(yōu)越性［3］。

在常規(guī)材料表面覆蓋輔助性耐腐蝕材料，通過噴涂或電鍍工藝，使其均勻覆蓋在基管表面，提高基管的耐腐蝕性。輔助性耐腐蝕材料不僅要具備良好的耐腐蝕性及附著力，而且應表面光滑，保證在低溫煙氣環(huán)境中不易粘灰。

2 材料性能

2.1 聚四氟乙烯材料

聚四氟乙烯材料具有極耐腐蝕、耐磨損、熱效率高、熱交換速度快、使用壽命長、節(jié)能降耗、二次除塵凈化煙氣及環(huán)保等特點。

2.1.1 耐腐蝕性極強

聚四氟乙烯材料幾乎對所有化學品和溶劑呈惰性，且?guī)缀鯖]有溶劑或化合物可在300℃以下溶解它。因此，該材料相對于金屬材料具有明顯優(yōu)勢，可在煙氣酸露點以下更充分回收煙氣余熱。

2.1.2 優(yōu)越的清灰功能

由于材料本身具有不粘性及自清潔性，因此換熱管具有一定的自清灰功能，而且能隨煙氣流動而顫抖，從而可以顯著減少換熱管外表面積灰；同時設計煙氣導流裝置保證煙氣流速均勻，并在換熱器管束間安裝水沖洗清灰裝置，可有效解決積灰問題。

2.1.3 優(yōu)異的耐磨損性

聚四氟乙烯材料具有優(yōu)異的耐磨損性，而且換熱器設計時選取低磨損、低阻力的煙氣流速，減少了對換熱器管束的磨損。

2.1.4 低阻力特性

聚四氟乙烯材料表面光滑，摩擦系數小，對煙氣的阻力小；設計時應考慮換熱器本身對煙氣的阻力，多組換熱器之間留有一定的間距，每組換熱器管束之間排列也留有一定的間距，可有效控制煙氣阻力。

2.1.5 使用壽命長

由于聚四氟乙烯材料中不含光敏基因，因而其具有優(yōu)異的耐大氣老化性，老化期在10年以上。在強腐蝕介質中其使用壽命是不銹鋼的20～30倍，再加上沒有維修、事故停產所造成的損失，綜合成本絕對低于其他換熱器。

綜上所述，聚四氟乙烯材料的耐腐蝕性能能夠滿足深度降煙溫工藝要求，雖然該材料導熱系數僅為0.19～0.24W／（m·K），但其具有極佳的可塑性和耐磨損性能，可將換熱管管徑加工到5～12mm，壁厚加工到1mm左右，與金屬換熱器管徑20～40 mm、壁厚4mm左右相比，采用聚四氟乙烯材料加工的換熱管整體傳熱系數可達到100W／（m2·K）以上，能夠更好地滿足換熱要求。

2.2 輔助性耐腐蝕材料

經過查看及研究相關資料，確定一種煙氣防腐涂料能夠滿足工藝要求，該材料為含硅無機聚合物對有機聚合物改性后形成的螯合物。該材料能夠通過噴涂工藝均勻附著到管子表面，使管子在低溫煙氣環(huán)境中可靠運行。其主要性能如下。

2.2.1 涂層長效防腐

超細微粉氧化物、硅、石墨等在涂層中形成一個致密的界面過渡層，在共同作用下有效地阻止了酸堿液對基體的侵襲，具有極好的耐蝕性，能同時耐酸、耐堿的多種腐蝕，防止化學腐蝕及電位腐蝕等。

2.2.2 超強的附著力，線膨脹系數高

該涂層與基體材質結合力好，附著力達到一級。涂層還具有較高的抗撓曲性及熱膨脹抗變性，能抵抗管子運行中的振動。

2.2.3 耐高溫

煙氣防腐涂料的基料和填料均由耐高溫的無機物組成，長期耐熱可達600℃，短時間耐熱可達850℃。

2.2.4 耐磨性光滑性

多種組分組成的陶瓷功能填料，使涂層表面呈現較低的表面能和超低的摩擦系數，可以使焦油與表面之間處于不潤濕狀態(tài)，從而有效防止黏性異物黏附上。

2.2.5 抗熱振性能好

煙氣溫度始終在變化，涂層的抗熱振性能高，在煙氣溫度發(fā)生高低變化時，涂層不脫落，沒有裂紋產生，附著力好。

2.2.6 涂料使用壽命長

涂層使用壽命長，耐久性好，損壞的涂層可以方便地進行修補，在制備、涂裝和形成涂層過程中對環(huán)境無污染。

3 涂料耐腐蝕試驗

分別選取20G鋼和ND鋼2段管子，外表面涂抹ZS－1041防腐涂料，參考GB／T 1763—1979《漆膜耐化學試劑性測定法》要求，通過化學試劑浸泡涂抹防腐涂料的管子，測試2種鋼材及防腐涂料的耐酸、堿性能。

按照要求，將試件分別浸入溫度為（40±1）℃、質量分數為10%的H2SO4和NaOH溶液中并加蓋密封，浸泡72 h后取出樣品，用蒸餾水清洗并用濾紙吸干水珠，觀察漆膜有無剝落、起皺、起泡、生銹、變色和失光等現象。管子試驗前、后照片如圖1、圖2所示。

為了對上述鋼材耐化學試劑性能進行定量分析，測得試驗前、后鋼材試件質量變化見表1。

表1 試驗前、后試件質量 g

對比試驗前、后鋼管表面變化發(fā)現，鋼管表面所涂漆膜在2種試劑中均無脫落、起皺、起泡、生銹、變色和失光等現象。未涂漆膜的鋼管內壁在NaOH溶液中無明顯腐蝕現象，20G鋼管內壁在H2SO4試劑浸泡中腐蝕嚴重，ND鋼管內壁在H2SO4溶液液面處出現腐蝕現象，試劑中有黑色顆粒沉淀物。

以上2種材料的表面積比例經計算為0.33∶0.40，涂有防腐涂料ZS－1041材料的防腐蝕性能與其他材料的對比試驗結果見表2。

圖1 NaOH試劑中管子試驗前、后對比

圖2 H2SO4試劑中管子試驗前、后對比

表2 試件在質量分數為10%的H2SO4溶劑中的腐蝕速率

由此可見：堿性溶液對鋼管腐蝕性最小，試驗前、后質量無變化；而酸性溶液對鋼管的腐蝕最為嚴重，質量變化較為明顯，20G，ND鋼失重分別為25.30%，0.57%，表明ND鋼耐酸性較好。鋼管表面涂抹ZS－1041防腐涂料后，在酸、堿溶液中均保持涂層表面完整無變化，證明該防腐涂料具有極佳的耐腐蝕性能。

4 結論

通過對幾種低溫耐腐蝕材料的試驗及論證研究，確定聚四氟乙烯管材和ZS－1041防腐涂料具有較好的耐腐蝕性，能夠作為合適的低溫耐腐蝕材料，特別適用于電站鍋爐排煙余熱回收利用，可很大程度上促進余熱利用在電廠的推廣應用。

［1］李中華，劉建軍，柳正軍.降低電站鍋爐排煙溫度新技術研究與應用［J］.中國電力，2001，34（1）：14－16.

［2］張基標，郝衛(wèi)，趙之軍，等.鍋爐煙氣低溫耐腐蝕的理論研究和工程實踐［J］.電力工程學報，2011（10）：11－14，19.

［3］王岳衡.氟塑料換熱器工藝設計若干問題探討［J］.廣東化工，2006，8（33）：90－92.

（本文責編：齊琳）

TM 621.2

B

1674－1951（2016）02－0006－03

段君寨（1965—），男，山東平度人，高級工程師，從事電廠安全生產管理、節(jié)能技術方面的工作。（E-mail：duanjz＠hdpi.com.cn）。

2015－12－06；

2016－01－10

張文鵬（1973—），男，山東鄆城人，高級工程師，從事電廠鍋爐安全生產管理、節(jié)能技術方面的工作（E-mail：zhangwp＠hdpi.com.cn）。

李忠江（1986—），男，山東濟南人，工程師，從事電廠余熱節(jié)能技術研發(fā)方面的工作（E-mail：lizj＠haoenergy.com）。