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锅炉深度降烟温对低温耐腐蚀材料的研究
段君寨
张文鹏
1李忠江2
（1.华电国际电力股份有限公司山东分公司，济南，250014；2.山东泓奥电力科技有限公司，济南，250101）
摘要：通过对几种低温耐腐蚀材料的试验及论证研究，选择合适的低温耐腐蚀材料，解决锅炉深度降低排烟温度对低温受热面材料的运行可靠性问题，更大限度的实现节能减排要求，提升电厂整体技术经济效益。关键词：耐腐蚀；深度；节能减排
0引言
锅炉燃烧各项热损失中，排烟热损失是最大一项，一般排烟温度每升高15～20℃，就会使排烟热损失增加1%。现役机组节能改造技术“锅炉排烟余热回收利用”方面，通常采用锅炉尾部烟道加装低压省煤器的方式。
老机组由于运行时间较长，技术改造方面欠缺，排烟温度的水平普遍较高，采用常规低压省煤器效果明显，但一般将排烟温度降低到烟气酸露点以上10℃的安全界限上，因此整体排烟温度降低的幅度不大，需要解决的受热面腐蚀、堵灰、磨损等问题相对容易一些。而对于新建机组及服役时间较短的机组，锅炉排烟温度一般在120℃—130℃左右，选用常规低压省煤器的降温幅度非常有限，整体经济效益欠佳。随着国家新出台的[2014]2093号《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》，要求现役机组例如30万千瓦级亚临界湿冷机组供电煤耗平均水平为330g/kWh，先进水平320g/kWh，2020年目标值低于310g/kWh，这就需要“锅炉排烟余热回收利用”技术要在深度降低排烟温度有新的突破。
深度降低排烟温度可将脱硫塔入口烟温降低到75℃左右，接近脱硫工艺最佳反应温度，提高脱硫效率和降低耗水量,并且大幅利用烟气余热提高节能效益。而深度降低排烟温度的关键问题在于低温烟气在酸露点以下，存在较强的酸腐蚀性，要求受热面材料具有良好的耐腐蚀性，因此采用常规材料如ND钢已无法满足，需要对耐腐蚀材料进行深入研究。
1耐腐蚀材料通常可从两个方面解决材料的耐腐蚀问题，一为材料自身具有极强的耐腐蚀性，如聚四氟乙烯管材、不锈钢管等；二为在常规材料表面覆盖辅助性耐腐蚀材料，如喷涂、电镀耐腐蚀涂料等。
聚四氟乙烯管材简称氟塑料，具有极佳的耐腐蚀特性和良好的物理和力学性能，在化工行业强酸、强碱环境中已经使用多年，近年来在国内电力行业存在个别运行案例。目前基本选用进口管材进行加工，因此成本较常规材料相应增加。常规不锈钢管如316L等，其具有良好的耐酸腐蚀性，因为含碳量低，可以提高耐晶间腐蚀性。铬、钼、氮含量增加，可以提高奥氏体不锈钢的耐点腐蚀/隙腐蚀性，是目前在低温烟气中可靠使用的耐腐蚀管材。但是在烟温极低的环境中，该材料存在有限腐蚀，因此需增加管子壁厚延长使用寿命，相应增加成本，在深度降烟温工艺中没有显著优越性。
在常规材料表面覆盖辅助性耐腐蚀材料，通常采用喷涂或者电镀工艺，使管子表面均匀覆盖一层耐腐蚀材料。该材料要求具有良好的耐腐蚀性、附着力及光滑性能特点，保证在低温烟气环境中能够耐腐蚀、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极耐腐蚀、耐磨损、热效率高、热交换速度快、使用寿命长、节能降耗、二次除尘净化烟气、环保等特点。
2.1.1耐腐蚀性极强
几乎对所有化学品和溶剂呈惰性，且几乎没有一种溶剂或化合物可在300℃以下溶解它，因此，该材料相对于金属换热器具有明显优势，可在烟气酸露点以下更充分回收烟气余热。
2.1.2优越的清灰功能
由于材料本身具有不粘性及自清洁性，因此换热管具有一定的自清灰功能，而且能随烟气流动而颤抖，从而可以显著地减少换热管外表面的积灰陈积；同时设计保证烟气流速均匀流动顺畅，并在换热器管束间安装水冲洗清灰装置，有效解决积灰问题。
2.1.3优异的耐磨损性
具有优异的耐磨损性，而且换热器设计时选取低磨损、低阻力的烟气流速，从而减少了对换热器管束的磨损。
2.1.4低阻力特性
材料表面光滑，摩擦系数小，对烟气的阻力小；对换热器设计时应考虑换热器本身对烟气本身的阻力，多组换热器之间留有相应的间距，每组换热器管束之间排列也留有相应的间距，可有效控制烟气阻力。
2.1.5使用寿命长
由于聚四氟乙烯中不含光敏基因，因而其具有优异的耐大气老化性，老化期在十年以上。在强腐蚀介质中其使用寿命是不锈钢的20至30倍，再加上免除了维修、事故停产所造成的损失，其综合成本绝对低于其它换热器。
综上所述，聚四氟乙烯材料的耐腐蚀性能能够满足深度降烟温工艺要求，虽然该管材导热系数仅为0.19-0.24w/(m.k)，但其具有极佳的可塑性和耐磨损性能，可将换热管管径加工到5-12mm、壁厚加工到1mm左右，因此与金属换热器管径20-40mm、壁厚4mm左右相比，其整体换热系数可达到100w/(m2.k)以上，能够满足换热要求。2.2辅助性耐腐蚀材料
经过查看及调研相关资料，确定一种烟气防腐涂料能够满足工艺要求，该材料为含硅无机聚合物对有机聚合物改性后形成的螯合物，能够通过喷涂工艺均匀附着到管子表面，使管子在低温烟气环境中可靠运行。其主要性能如下：
2.2.1涂层长效防腐
超细微粉氧化物、硅、石墨等体在涂层形成一个致密的界面过渡层，在共同的作用下有效的阻止了酸碱液对基体的侵袭。具有极好的耐蚀性，能同时耐酸耐碱的多种腐蚀，防止冷凝水点腐蚀、应力腐蚀、化学腐蚀、电位腐蚀等。
2.2.2超强的附着力，线膨胀系数高
涂层与基体材质结合力好，附着力达到一级，涂层还有较高的抗挠曲性及热膨胀抗变性，能抵抗管子运行中振动。
2.2.3耐高温
烟气防腐涂料的基料和填料均有耐高温的无机物组成，长期耐热可以达到600℃，短时间温度可以达到850℃。
2.2.4耐磨性光滑性多种组分组成的陶瓷功能填料，使涂层表面呈现低的表面能和超低的摩擦系数，可以使焦油与表面之间处于不润湿状态，从而有效防止黏性异物粘附上。
2.2.5抗热震性能好
烟气温度始终在变化，涂层的抗热震性能高，在烟气温度高低变化时，涂层不脱落，没有裂纹产生，附着力好。
2.2.6涂料使用寿命长
涂层使用寿命长，耐久性好，损坏的涂层可以方便地进行修补，在制备、涂装和形成涂层过程中对环境无污染。
3涂料耐腐蚀试验
分别选取20G和ND钢两段管子表面涂抹防腐涂料，参考国标GB1763-79《漆膜耐化学试剂性测定法》要求，通过化学试剂浸泡涂抹防腐涂料的管子，测试该防腐涂料的耐酸、碱性能。
按照国标GB 1763-79要求，将试件分别浸入温度为40±1℃的10%（重量）硫酸溶液、10%（重量）氢氧化钠溶液中并加盖密封，浸泡72h后取出样品，用蒸馏水清洗并用滤纸吸干水珠，观察漆膜有无剥落、起皱、起泡、生锈、变色和失光等现象。管子试验前及在氢氧化钠和硫酸溶液中试验后管子照片如图1、2所示。
ND 20Ｇ
图1氢氧化钠溶液中试验前后对比图ND 20G
图２硫酸溶液中试验前后对比图
经过试验前后钢管表面变化发现，钢管表面所涂漆膜在两种试剂中均无脱落、起皱、起泡、生锈、变色和失光等现象。而内部未涂有漆膜的两种钢管在氢氧化钠试剂中无明显腐蚀现象，20G在硫酸试剂浸泡中腐蚀严重，ND钢管在硫酸试剂接触表面出现腐蚀现象，试剂中出现黑色颗粒沉淀物。20G在试验监测点处，管子出现腐蚀凹坑现象，ND钢无凹坑，腐蚀不明显。
由此可见，钢管表面涂抹该防腐涂料后，在酸、碱溶液中均保持涂层表面完整无变化，验证该防腐涂料具有极佳的耐腐蚀性能。
4结论
通过对几种低温耐腐蚀材料的试验及论证研究，确定聚四氟乙烯管材和防腐涂料具有较好的耐腐蚀性，能够作为合适的低温耐腐蚀材料，解决锅炉深度降低排烟温度对低温受热面材料的运行可靠性问题。
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