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摘要：随着国家对环保要求的提高，火力电厂超净排放也已成为基本要求。为保证最终指标的合格，烟气超净排放协同治理因其更为高效、节能、环保等优点被广泛推广应用。为深度挖掘除尘效率，烟气协同治理一般将原电除尘升级为低低温除尘器。但烟温下降后如何防范后部设备的低温腐蚀，特此进行分析论证。
关键词：烟气；超净排放；超低排放；协同治理；低温腐蚀；腐蚀
一 引言
火力燃煤电厂超净排放是根据国家《火电大气污染物排放标准》（GB13223 - 2011）中的天然气机组排放标准作为烟气排放要求的一种理念，其中主要几项排放指标为烟尘＜5 mg/m³、二氧化硫＜35 mg/m³、氮氧化物＜50 mg/m³。为进一步提高污染物的脱除效率，各电厂因地制宜实施适合的技术改造，与此同时烟气超净排放协同治理也被广泛推广应用。烟气协同治理技术是指在同一设备内同时脱除两种或以上污染物，或者为下一流程脱除污染物创造有利条件，实现烟气污染物在多个设备中联合高效脱除的技术。其优点是投资低、经济性高，缺点则是国内应用仍处于起步阶段。
低温腐蚀主要是指烟气中的SO3与水蒸汽结合生成硫酸蒸汽（SO3＋H2O=H2SO4），吸附于较低温度的设备或金属表面并对其造成酸腐蚀的过程。其中烟气中的酸露点与烟气温度（或金属壁温）对低温腐蚀情况起了决定性因素。
二 问题提出
现今较为主流的烟气协同治理系统主要配置为低氮燃烧→SCR脱硝→烟气冷却器→低低温电除尘器→湿法脱硫系统→湿式除尘器（可选）→烟气加热装置（可选）。与常规设备对比，烟气协同治理在脱硝系统后即通过烟气冷却器将排烟温度降至酸露点以下，烟温的降低是否对后部设备带来了更为严重的低温腐蚀？
三 论证分析
1、酸露点计算
燃煤锅炉在设计和运行中，排烟温度越高则排烟损失越大，经济性越差。排烟温度低则造成后部设备低温腐蚀，影响系统运行安全性。因此结合烟气露点确定锅炉的经济排烟温尤为重要。但烟气的露点并不是一个定值，它于锅炉运行的各项指标息息相关。一般而言，影响最大的是烟气中硫酸蒸汽的含量，硫酸蒸汽含量高，露点就会越高，腐蚀的影响也就越大。因此酸露点的计算是评估低温腐蚀是否产生的重点。
1.1、燃料含硫量和燃烧方式的影响
燃料中的硫通过燃烧，部分氧化生成SO2，SO2经过一定催化条件转化成SO3。因此燃料含硫越高则最终产生的SO2、SO3越多。实际运行中燃煤锅炉烟气中的SO2对露点影响很小（一般对酸露点波动不超过1℃），而SO3对露点的影响很大。因此烟气中低温腐蚀酸露点一般指SO3对露点的影响。同时不同燃烧方式使得煤中硫份氧化数量也不尽相同。（参见图1）
（图1： 烟气露点温度与燃料含硫量及燃烧方式的关系）
低温烟气中的SO2氧化成SO3需要催化剂及温度的促进，而锅炉受热面与烟道表面的铁锈Fe2O3及烟气中的V2O5等都是非常良好的催化剂，但飞灰中的未燃碳粒、钙镁等氧化物以及Fe3O4等则能吸收或中和烟气中的SO2。因此燃煤锅炉且飞灰量大时可减轻低温腐蚀。而燃油飞灰少,吸收作用较弱，因此燃油锅炉生成的SO3量更大，腐蚀也更严重。
1.2、过量空气系数及温度的影响
锅炉运行中过量空气系统的高低及烟温决定了SO2与SO3之间的转换率。一般而言，烟温越低或氧量越高，SO2转换SO3的数量则越高。因此降低过量空气系数，采用低氧燃烧可减少SO3的生成，（参见图2）
2、协同治理系统运行分析
2.1、脱硫前系统状况分析
烟气超净排放协同治理一般都在静电除尘器前增设烟气冷却器，以降低烟温。烟温的降低使烟气中的大部分SO3冷凝成酸雾并吸附于粉尘表面形成液膜，使粉尘比电阻下降，提升了除尘效率。该情况让在除尘的同时也去除了烟气中大部分SO3及少量的Hg、HCl、水蒸汽等可能引起的腐蚀的介质。低低温电除尘对于SO3去除率可达95%以
上，最高可达98%，是目前为止脱除SO3效率最高的烟气处理设备。而SO2因露点温度远低于该值（约65℃），无法在除尘同时进行有效处理，故仍需进行后部脱硫处理。
现有低低温除尘器入口烟温设计一般略低于烟气酸露点（依煤种不同略有不同，一般设计为90℃左右）。一方面增大了飞灰表面的电导性, 降低比电阻，且有效防止比电阻过低所引起二次扬尘。另一方面也使飞灰颗粒的黏性增加,从而使一部分细微飞灰颗粒团聚为粗颗粒，从而更容易被除尘器捕获，提升除尘效率。
2.2、脱硫后系统状况分析
石灰石-石膏湿法脱硫系统因其技术成熟、脱硫效率高、煤种适应性强、应用范围广且同时兼具一定除雾降尘的特点，被作为烟气超净排放协同治理的首选脱硫设备。其脱硫效率可达到99%。
湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率很高，脱除率为99%以上，而对造成烟气低温腐蚀的主要原因的SO3脱除率则不到50%。因此烟气脱硫后对后部烟道和烟囱的腐蚀隐患并未消除，相反脱硫后受烟气温度、湿度等影响，腐蚀状况明显加剧。在脱硫系统下游，随着SO2含量的减少，烟气湿度增大，且烟温持续降低，当温度低于80℃时，烟气内的污染物浓缩成酸液。另外烟气中还含有氯化物、氟化物等腐蚀物。当烟温过低时（一般＜60℃），烟气中残留的SO2、氯化物或氟化物等均会出现冷凝，形成亚硫酸、盐酸、硝酸等，使腐蚀加剧。
按照"国际工业烟囱协会（CICIND）"的设计标准要求，燃煤电厂排出的烟气虽然在脱硫过程中能除去大部分的SO2，但脱硫后湿度增大，温度降低，使烟气单位体积中稀释酸含量相应增加，其烟气通常被视为高腐蚀等级，因此脱硫后烟道及烟囱都应按强腐蚀性烟气等级来考虑烟囱结构的安全性设计。
四、防腐建议
针对燃煤锅炉低温腐蚀机理，其主要原凶为SO3，而SO3生成又与煤种、燃烧方式等有关，一般来说锅炉燃烧后生成1%～2%的SO3，脱硝SCR区域又将约0.3%～2%的SO2氧化转换为SO3。因此防低温腐蚀主要就是防SO3生成与冷凝。而烟气协同治理采用降低烟温的手段来提高除尘效率并同时也去除大部分SO3，SO3的脱除有效缓解了低温腐蚀的出现，故此烟气协同治理中防低温腐蚀手段中一般不包括控制烟温。
1、控制腐蚀污染物生成
燃用低硫份煤种可有效减少SO3的生成。同时合理控制过剩空气，采用低氧燃烧，减少活性氧离子可减少SO2向SO3的转换。
2、增大灰硫比
增大烟道灰硫比，缓减低温腐蚀。一般而言为确保设备有效避免低温腐蚀，烟气中的灰硫比建议大于100。而对于灰硫比低于50时，考虑酸雾可能存在且未被飞灰完全吸附的可能，则建议采用防腐处理或燃用混煤的方式提高灰硫比，以防金属表面发生腐蚀破坏。
3、优选防腐材料
烟气协同治理中烟温已降至酸露点以下，对灰硫比较高区域一般可不考虑低温腐蚀。但对于低灰硫比区域或燃用高硫份、低灰份的煤种时，硫酸雾可能不足以被飞灰吸附带走，则仍应考虑低温腐蚀风险。
因低温腐蚀主要为SO3冷凝的硫酸所至，所以选材建议优先选用抗硫酸腐蚀较优的材料，如ND钢（09CrCuSb），此钢种在抗硫酸腐蚀中具有很高的性价比，其耐硫酸腐蚀是316L的3倍以上，价格却远低于316L，是目前国内外最理想的“耐硫酸低温露点腐蚀”钢材，在耐硫酸露点腐蚀方面是完全可以代替不锈钢且超越不锈钢的最好材料。
五、结束语
烟气超净排放协同治理虽然采用烟冷设备使烟温降至酸露点以下，但通过低低温除尘后，烟气中的SO3被大量脱除，低温腐蚀也被大大缓减。如燃用较低硫份煤种时，可完全忽略低温腐蚀可能带来的危害。烟温的降低提升了锅炉运行的经济性，烟气协同治理为我们提供了煤电清洁化发展的新思路。
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作者简介：
作者：张剑飞（1979-），男，工程师，从事火力发电厂锅炉生产管理，电话：18599366634，电邮：cxzjf@163.com，单位：华能轮台热电分公司，地址：新疆巴州轮台县华能轮台电厂生产管理部，邮编：841600。
论文作者:张剑飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/24
标签：烟气论文; 低温论文; 露点论文; 锅炉论文; 温度论文; 硫酸论文; 轮台论文; 《电力设备》2017年第19期论文;