李清伍

（廣州環(huán)投增城環(huán)保能源有限公司，廣東 廣州 511335）

0 引言

低溫SCR脫硝技術(shù)因工藝技術(shù)先進(jìn)、脫硝效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為國(guó)內(nèi)垃圾電廠煙氣處理雙脫酸、雙脫硝技術(shù)的工藝的首選。GGH（煙氣—煙氣換熱器）是低溫SCR脫硝系統(tǒng)的重要設(shè)備，直接影響到SCR系統(tǒng)的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于國(guó)內(nèi)城市生活垃圾成分復(fù)雜，垃圾成分中腐蝕性物質(zhì)，在鍋爐內(nèi)燃燒后發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，煙氣對(duì)換熱面或煙道等金屬面腐蝕非常嚴(yán)重，氯腐蝕的嚴(yán)重程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同級(jí)別的燃煤鍋爐，可以說(shuō)垃圾焚燒系統(tǒng)換熱面腐蝕是目前困擾國(guó)內(nèi)垃圾焚燒電廠的一大難題，這也嚴(yán)重影響了垃圾電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文主要對(duì)某垃圾電廠低溫SCR脫硝GGH換熱管腐蝕的問題進(jìn)行分析研究，并提出較為有效解決辦法[1]。

1 低溫SCR脫硝簡(jiǎn)介

某電廠配備3臺(tái)63.3t/h的生活垃圾焚燒爐，煙氣處理系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)首批采用雙脫酸、雙脫硝處理工藝，即“SNCR爐內(nèi)脫硝+半干法脫酸+干法輔助脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器+GGH1低溫?fù)Q熱器+濕法脫酸+GGH2高溫?fù)Q熱器+ SGH蒸汽加熱器+SCR脫硝”，環(huán)保排放指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，于2018年投入運(yùn)行。

1.1 煙氣處理流程簡(jiǎn)介

從鍋爐省煤器出來(lái)的190℃～220℃煙氣進(jìn)入半干式反應(yīng)塔，脫出HCl、SOx、HF等酸性氣體，煙氣冷卻到155～165℃，煙氣進(jìn)入布袋除塵器除塵，出來(lái)的煙氣進(jìn)入低溫?zé)煔鈸Q熱器GGH1降溫至100℃，在濕法塔內(nèi)二次脫出煙氣中的SOx、HCl、HF等酸性氣體，煙氣從濕法塔出來(lái)后GGH1加熱，再加熱脫硝系統(tǒng)GGH2加熱及SGH升溫后，進(jìn)入SCR反應(yīng)器，二次脫出煙氣中的NOX，同時(shí)還可以氧化部分二噁英和呋喃。

1.2 低溫SCR脫硝系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)設(shè)備包括：煙氣加熱器（GGH2，以下簡(jiǎn)稱GGH）、蒸汽煙氣加熱器（SGH）、氨噴射裝置及SCR反應(yīng)器。SCR脫硝系統(tǒng)采用低溫催化劑，要求催化劑工作溫度高于170℃，催化反應(yīng)與溫度有關(guān)，采用低溫催化劑可有效的降低系統(tǒng)的能量損耗，優(yōu)化工程節(jié)能減排屬性。由于濕式濕法塔系統(tǒng)的GGH1出口煙氣溫度仍較低約120℃，低溫催化劑的設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度一般在170℃以上，因此SCR系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)串接的換熱器GGH2和SGH，使煙氣溫度達(dá)到要求。濕法塔系統(tǒng)GGH1出口煙氣通過GGH2與SCR反應(yīng)器出來(lái)的熱煙氣進(jìn)行熱交換，煙氣升溫。第二階段，煙氣通過SGH利用汽包內(nèi)的飽和蒸汽進(jìn)一步加熱到所需反應(yīng)溫度，在催化劑進(jìn)行反應(yīng)后煙氣通過GGH2殼層流至煙囪[2]。

2 SCR脫硝換熱器GGH概況

2.1 GGH換熱器概況

GGH換熱器是濕法煙氣脫酸和SCR脫硝系統(tǒng)中的重要設(shè)備，由于需要保證濕法塔和SCR脫硝催化劑的安全，要求將大量的煙氣瞬間（1～3s）降溫或升溫，升、降溫幅度超過50℃，故該設(shè)備設(shè)計(jì)龐大、換熱管防腐蝕選材用料要求高、造價(jià)高。某電廠濕法脫酸GGH1換熱器管材為氟塑料，耐腐蝕墻，造價(jià)高，運(yùn)行穩(wěn)定正常；SCR脫硝GGH換熱器為兩級(jí)換熱面，換熱管材高溫段為碳鋼、低溫段為ND鋼，造價(jià)相對(duì)較低、耐腐蝕相對(duì)偏弱。下面介紹GGH換熱器換熱管嚴(yán)重腐蝕的問題進(jìn)行分析、解決。

2.2 GGH換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)（見表1）

表1 GGH設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 GGH煙氣主要參數(shù)（見表2）

表2 設(shè)計(jì)煙氣成分

3 GGH換熱器換熱管防腐分析

垃圾焚燒鍋爐垃圾焚燒過程產(chǎn)生具有強(qiáng)烈腐蝕性的復(fù)雜氣體、氯化物與硫酸鹽等，它們是受熱面煙氣側(cè)腐蝕的主要原因。垃圾焚燒發(fā)電鍋爐的受熱面腐蝕現(xiàn)象主要集中在水冷壁、過熱器、省煤器以及預(yù)熱器上。垃圾焚燒鍋爐受熱面煙氣側(cè)常見的腐蝕包括高溫腐蝕、氯腐蝕、SNCR 系統(tǒng)造成腐蝕、積灰造成腐蝕以及低溫腐蝕等。此外，垃圾組分的不定性，會(huì)導(dǎo)致垃圾焚燒鍋爐燃燒溫度和工質(zhì)參數(shù)在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，加速了受熱面金屬的疲勞，產(chǎn)生疲勞裂紋，外部腐蝕性氣體侵蝕裂紋間隙，加速管壁腐蝕。煙氣中攜帶的固態(tài)顆粒和頻繁吹灰也會(huì)引起受熱面金屬管壁沖刷磨損和腐蝕磨損。這些腐蝕形式不是孤立的，而是相互影響，相互交叉的[1]。低溫脫硝布置在煙氣凈化系統(tǒng)的濕法脫酸后，GGH進(jìn)口煙氣HCl、SO2、煙塵等含量較低，但是進(jìn)口煙溫較低，易發(fā)生低溫腐蝕。低溫腐蝕主要是硫酸和鹽酸的腐蝕，是煙氣中的SOx 和HCl 等氣體與水蒸汽形成的酸性化合物，當(dāng)環(huán)境溫度低于它們的飽和溫度（露點(diǎn)）時(shí)就可能凝結(jié)引起的腐蝕，也稱露點(diǎn)腐蝕[3]。

3.1 GGH換熱管腐蝕狀況

該電廠2018年投產(chǎn)，低溫SCR脫硝系統(tǒng)GGH投運(yùn)一年左右，就發(fā)現(xiàn)GGH低溫段換熱管嚴(yán)重腐蝕，主要是GGH換熱器低溫段進(jìn)口管道1米內(nèi)區(qū)域和進(jìn)口煙道底板、頂板及構(gòu)架的腐蝕方常嚴(yán)重，出口高溫區(qū)域腐蝕不明顯，見圖1所示。GGH嚴(yán)重腐蝕漏煙氣的問題嚴(yán)重影響了SCR系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 GGH換熱管腐蝕原因分析

GGH低溫段進(jìn)口區(qū)域的腐蝕是典型的低溫腐蝕，低溫腐蝕主要與煙氣的露點(diǎn)有關(guān)，其機(jī)理屬電化學(xué)腐蝕。由濕法脫酸出來(lái)的飽和煙氣經(jīng)過GGH1加熱后進(jìn)入GGH，煙氣中水蒸氣含量超過20%。水蒸氣的露點(diǎn)一般較低，當(dāng)煙氣中的水蒸氣含量不同時(shí)，其露點(diǎn)也不同，一般在30～60℃。HCl等酸性氣體被煙氣中的水蒸氣吸收而形成鹽酸等，煙氣中鹽酸等蒸汽的存在，將使煙氣露點(diǎn)顯著提高。當(dāng)?shù)蜏厥軣崦娴慕饘俦跍氐陀跓煔饴饵c(diǎn)溫度時(shí)，鹽酸蒸汽在該低溫受熱面上冷凝并逐漸濃縮，形成對(duì)金屬壁的低溫腐蝕，煙氣中HCl的體積分?jǐn)?shù)愈高，腐蝕愈嚴(yán)重[4]。

該電廠濕法脫酸GGH1換熱器為氟塑料材質(zhì)，未設(shè)計(jì)吹灰器，由于局部換熱管堵塞時(shí)，導(dǎo)致?lián)Q熱能力下降，出口溫度設(shè)計(jì)煙溫為120℃，實(shí)際溫度在95～115℃之間運(yùn)行，所以導(dǎo)致SCR脫硝GGH1低溫段進(jìn)口煙溫達(dá)不到設(shè)計(jì)的120℃，實(shí)際長(zhǎng)期運(yùn)行在95-115℃之間，煙溫降低至煙氣露點(diǎn)，剛好是低溫腐蝕的強(qiáng)腐蝕區(qū)，雖然煙氣HCl等含量較低，但是低溫腐蝕明顯加?。ㄒ妶D1）。

圖1 焚燒爐換熱面管壁溫度與腐蝕速率關(guān)系

4 GGH換熱管試驗(yàn)

原GGH換熱器低溫段為ND鋼，為比較不同材料的換熱管在煙氣中的耐腐蝕情況，為改造更換換熱管設(shè)計(jì)提供依據(jù)，我們對(duì)ND鋼、304不銹鋼、316L不銹鋼3種管材的煙氣腐蝕性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

4.1 試驗(yàn)方法

在GGH換熱器低溫段入口，將304不銹鋼管、316L不銹鋼管套入已經(jīng)損壞的ND鋼管內(nèi)，運(yùn)行半年左右，觀察ND鋼、304不銹鋼管、316L不銹鋼管的腐蝕情況。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

304不銹鋼管、316L不銹鋼管及ND鋼在GGH低溫段入口通煙氣試驗(yàn)情況，可以直觀地對(duì)比幾種不同材質(zhì)的耐腐蝕性，ND鋼腐蝕非常嚴(yán)重，304不銹鋼管有輕微點(diǎn)狀腐蝕，316L不銹鋼管最佳基本無(wú)腐蝕。所以，可以確定三種材質(zhì)的管道在此處使用，316L不銹鋼的耐腐蝕性最好，其次是304不銹鋼管，ND鋼最差。

5 GGH換熱器腐蝕問題的應(yīng)對(duì)

根據(jù)上述分析，要解決低溫脫硝GGH換熱器低溫段換熱管耐腐蝕的問題，可通過更換換熱管道材質(zhì)來(lái)提高管道的耐腐蝕性，從而保證設(shè)備的安全運(yùn)行。通過試驗(yàn)證明316L不銹鋼管試驗(yàn)運(yùn)行半年正常，無(wú)出現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象。316L不銹鋼價(jià)格約為ND鋼的3倍，氟塑料和雙相不銹鋼等特殊材料，雖然防腐性能更好，但是成本均超過ND鋼價(jià)格的6倍以上?？紤]到成本因素，決定脫硝GGH換熱器低溫段換熱管全部更換為316L不銹鋼管，更換改造后運(yùn)行半年，管道無(wú)腐蝕現(xiàn)象，證明這種方法正確、可行[5-6]。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，得出以下結(jié)論，對(duì)于解決低溫SCR脫硝工藝GGH腐蝕的問題具有一定的指導(dǎo)和參考價(jià)值。

（1）垃圾電廠低溫SCR脫硝GGH低溫段存在較嚴(yán)重的低溫抗腐蝕，換熱管須采用耐腐蝕性能較好的材料，以提高設(shè)備的耐腐蝕性能。

（2）根據(jù)運(yùn)行試驗(yàn)確認(rèn)，垃圾電廠低溫SCR脫硝GGH低溫段換熱管采用316L不銹鋼材質(zhì)，比ND鋼材質(zhì)，更耐低溫腐蝕。

（3）盡量提高垃圾電廠低溫SCR脫硝GGH低溫段進(jìn)口煙溫，可以降低煙氣濕度，減少氯氣在金屬表面凝結(jié)，從而最大限度地降低換熱器的低溫腐蝕，提高的安全可靠性。