一种用于烟气低温腐蚀性能研究的实验装置

摘要

一种用于烟气低温腐蚀性能研究的实验装置，试验管段为单管式内套管简单结构，单管内壁和内套管内壁依靠流通高温导热油工质确立试验管段的金属壁温水平。本发明由高温循环机提供高温导热油的循环动力和循环加热温度。高温循环机的循环介质出口端与油冷套管的循环介质入口端相连接，油冷套管的循环介质出口端与流量计的入口端相连，流量计的出口端与高温循环机的循环介质入口端相连。该低温腐蚀试验装置结构简单、连接高效，实施费用低廉，设备运行中随插随用，金属壁温稳定，试验结果真实可信，最终解决了低温腐蚀性能试验的难题。

说明书

技术领域

本发明属于工业现场实验装置，具体涉及一种用于烟气低温腐蚀性能研究的实验装置。本发明以电站锅炉燃烧后的低温烟气作为叙述对象，本发明适合所有燃料燃烧或其他化学反应形成的具有腐蚀性烟气的低温腐蚀性能研究工作。

背景技术

2009年，我国原煤产量年均30.5亿吨左右，其中发电原煤达到15.6亿吨，以燃煤为主的火力发电量仍占全部发电量的80％以上。对于火力发电厂来说，排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，一般在5％～8％，占锅炉总热损失的80％或更高。影响排烟热损失的主要因素是锅炉排烟温度，我国许多电站锅炉的排烟温度实际运行值都高于设计值约20～50℃，达到130～150℃，大幅度降低排烟温度将极大地提高电站锅炉的经济性。经过实际计算发现：排烟温度降低35℃左右，系统发电循环效率提高0.5％以上，每度电节约1.5克标准煤以上，具有明显的节能减排潜力。

要降低排烟温度，需要在锅炉的尾部烟道设置可以进行烟气深度冷却的热交换装置，或称烟气深度冷却器，要进行有效的烟气深度冷却回收余热必须解决烟气中腐蚀性气体凝结引起的低温腐蚀腐蚀问题。电站锅炉的低温腐蚀是指热交换器受热面、烟道、风机壁面金属温度(以下称壁温)低于烟气酸露点时，烟气中的酸性氧化物和水蒸气结合成酸蒸汽并在金属壁面上凝结，并对热交换管受热面或金属壁面产生低温腐蚀。对于锅炉来说低温腐蚀多发生在空预器冷端、低压省煤器、除尘器、烟气深度冷却器、脱硫塔、GGH、尾部烟道、烟囱等。锅炉中的低温腐蚀通常是指由烟气中的SO₃引起的硫酸腐蚀，这是因为SO₃和水蒸气结合形成的酸露点比较高的缘故。

我国动力用煤品种杂，质量偏劣，含灰量和含硫量高，容易在低于露点的金属表面上形成硫酸凝结，并与碱性氧化物灰发生化学反应，导致受热面沾污、积灰和低温腐蚀。低温腐蚀严重时运行中经常会因为空气预热器、烟气深度冷却器的严重堵灰而被迫降低锅炉负荷、或因低温腐蚀穿透护板而造成大量漏风。低温腐蚀也加重积灰，积灰使烟气通道堵塞，引风阻力增加，降低锅炉出力，甚至引起被迫停炉。低温腐蚀严重将导致大量热交换器受热面的更换和烟道更换，造成经济上的巨大损失。

国外20世纪40年代中期就发现了低温腐蚀并做了大量低温腐蚀性能研究工作。国外首先研究的内容就是如何确定酸露点大小，但是，通过研究发现：按照壁温高于酸露点原则得出的排烟温度往往在160℃左右甚至更高，造成锅炉排烟热损失很大。20世纪70年代的能源危机迫使各国开始降低排烟温度，提高锅炉热效率，之后，低温腐蚀的研究重点转移到了低温腐蚀机理和低温腐蚀速率等性能的研究上。主要是通过试验来确定受热面所能承受的最低排烟温度，实验方法有：酸浸泡试验、实验室模拟试验以及实际锅炉现场腐蚀试验。首先，硫酸浸泡试验比实际锅炉现场试验简单的多，因此，人们将大量的精力放在了硫酸浸泡试验中，并得出了大量的研究成果。但是浸泡试验的腐蚀机理跟硫酸露点腐蚀机理不同，导致其研究结果受到质疑。实验室模拟试验主要是搭建模拟烟气气氛的低温腐蚀试验台，通过控制烟气温度、烟气中三氧化硫含量、金属材料种类、金属壁面温度等因素来研究低温腐蚀性能，实验室模拟试验可以较精确的调节各种因素，但腐蚀时间短且无法有效模拟灰分存在对酸露点和硫酸结露腐蚀机理的影响，这导致了实验结果与实际结果差异较大。最后，研究人员不得不到实际运行锅炉的现场进行低温腐蚀试验，现场工业试验得出的结果完全接近于生产实际，具有重要的参考价值，为锅炉设计者提供了有价值的锅炉设计经验。如过去苏联锅炉教科书中提供的电站锅炉酸露点的计算公式之所以被广大的锅炉设计人员所接受，就是因为该酸露点公式来自现场试验的生产实际，但是，过去的现场工业腐蚀试验实验装置普遍采用欧洲人设计的U型管式双管或多管结构，十分复杂，该结构需要破坏烟道才能在烟道上安装测试，试验之后，需要破坏烟道才能取出试验管段，造成现场的辅助准备工作量很大、试验周期长，有时还要在机组停修期间才能安装、拆卸，给低温腐蚀性能研究工作带来了很大的困难。

随着材料工艺的发展，低温腐蚀研究重点又转移到新型耐低温腐蚀材料以及耐腐蚀涂层的开发上，并取得了显著的效果，先后研究出了Corten钢，316L钢，日本的S-TEN(S-TENI、S-TENZ、S-TEN3)、NACI、TAICOR·S和CRIA钢，国内宝钢股份公司的B485NL、江阴特钢的ND钢、鞍钢的10Cr1Cu、济钢的12MnCuCr及宝钢一钢公司的NS1等，表面处理用的比较多的是碳钢+搪瓷表面处理工艺。但是这些材料由于没有经过严格的低温腐蚀现场研究，其抗硫酸露点腐蚀的潜力没有得到充分的发挥，导致了大量的能源浪费；目前湿法脱硫已经在国内外电站机组上获得了广泛的应用，由于湿法脱硫带来的低温腐蚀受到了研究者的重视；由于排烟温度过高，导致了除尘器效率降低、能源浪费、脱硫塔耗水量增加，电厂纷纷提出在除尘器前、后增加烟气深度冷却器降低烟气温度的措施，这些都为低温腐蚀的研究提供了机遇。但是国内主要是通过浸泡试验进行低温腐蚀的性能研究，极少在锅炉运行锅炉进行现场工业试验，因此，材料的抗硫酸露点腐蚀性能没有被实机验证过，实验结果深受电厂技术人员的质疑，为了降低排烟温度，实现除尘增效、脱硫增效一体化综合治理效果，必须对各种材料的抗硫酸低温腐蚀性能进行现场工业试验，才能打消电厂技术人员的疑虑，促进火力发电厂节能减排事业的健康发展。

有鉴于此，本发明提出了一种可以在锅炉运行中，即不停炉状态下进行安装、试验和拆卸的用于烟气低温腐蚀性能研究的单管式套管结构的试验装置。进行低温腐蚀试验时，可以随时插入烟道，伸出烟道、随时试验，随时拆卸，随时变换试验工况。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于烟气低温腐蚀性能研究的实验装置，形式上采用一根试验管段，结合内套管结构，实现内部高温导热油工质循环、建立不同水平的金属壁温，从完成低温腐蚀性能研究。单管内壁和内套管内壁依靠流通高温导热油工质确立试验管段的金属壁温水平。本发明由高温循环机提供高温导热油的循环动力和循环加热温度。本发明通过高温循环机的循环介质出口端与油冷套管的循环介质入口端相连接，油冷套管的循环介质出口端与流量计的入口端相连，流量计的出口端与高温循环机的循环介质入口端相连，这样构成单管式循环回路的试验装置，结构简单、连接高效，随插随用，使用高温导热油可以确保试验的温度具有20～150℃的壁温研究范围，试验结果真实可信且实施费用低，最终解决了低温腐蚀性能试验的难题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于烟气低温腐蚀性能研究的实验装置，包括高温循环机3，高温循环机3的循环介质出口端与油冷套管5的循环介质入口端相连接，油冷套管5的循环介质出口端与流量计4的入口端相连，流量计4的出口端与高温循环机3的循环介质入口端相连。

所述的高温循环机3内的循环介质为高温导热油。

所述的油冷套管5的外壁面和热电偶2相连接。

所述的油冷套管5由循环介质出口管7和一端伸入其管道内部的循环介质入口管6组成，其中循环介质出口管7带有弯折端，该弯折端就构成了油冷套管5的循环介质出口端，而循环介质入口管6有一端在循环介质出口管7的外部，该端构成了油冷套管5的循环介质入口端。

所述的循环介质出口管7由两两间隔分布的试验管段9和用于间隔试验管段9的非实验管段8构成，试验管段9的细分结构就是由各对应的试验材料管段焊接而成的组合管段10。

通过高温循环机3的循环介质出口端与油冷套管5的循环介质入口端相连接，油冷套管5的循环介质出口端与流量计4的入口端相连，流量计4的出口端与高温循环机3的循环介质入口端相连，这样构成循环回路的试验装置结构简单、连接高效、试验结果真实可信且实施费用低廉，最终解决了低温腐蚀试验结果的可信度不高的问题。

附图说明

图1是本发明的工作结构示意图。

图2是本发明的油冷套管的结构示意图。

图3是本发明的试验段的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更详细的说明。

如图1所示，用于烟气低温腐蚀性能研究的实验装置，包括高温循环机3，高温循环机3的循环介质出口端与油冷套管5的循环介质入口端相连接，油冷套管5的循环介质出口端与流量计4的入口端相连，流量计4的出口端与高温循环机3的循环介质入口端相连。所述的高温循环机3内的循环介质为高温导热油。所述的油冷套管5的外壁面和热电偶2相连接。如图2所示，所述的油冷套管5由循环介质出口管7和一端伸入其管道内部的循环介质入口管6组成，其中循环介质出口管7带有弯折端，该弯折端就构成了油冷套管5的循环介质出口端，而循环介质入口管6有一端在循环介质出口管7的外部，该端构成了油冷套管5的循环介质入口端。所述的循环介质出口管7由两两间隔分布的试验管段9和用于间隔试验管段9的非实验管段8构成，如图3所示，试验管段9的细分结构就是由对应的试验材料管段焊接而成的组合管段10。非实验管段8的主要作用是：当需要进行不同时间的腐蚀试验时，整根管段可以分段、分时抽出烟道，使不同的试验管段获得不同的实验时间，而此时，处于烟道外的已腐蚀管段和处于烟道中的腐蚀管段需要非实验段进行烟道密封和整根管段的固定。

本发明的工作原理是：首先将在烟气流动方向上，油冷套管5放置于烟道1中，让烟气冲刷出口管7的外壁面，这样油冷套管5的所有的试验管段9都在烟道1中进行腐蚀，当第一个取样时间到达后，将油冷套管5沿烟道1径向往外面移动一段距离，使得第一个试验段9置于烟道1之外，其余的试验管段9仍置于烟道1之内继续进行腐蚀，当第二个取样时间到达后，继续往烟道1外移动油冷套管5，使得第二个试验管段9也置于烟道1之外，其余的试验管段9继续进行腐蚀，依此类推完成腐蚀时间段对腐蚀量影响的试验，试验中取样点为几个，油冷套管5上便包含几个试验管段9，同时循环介质由高温循环机3进入油冷套管5，高温循环机3控制循环介质的温度，同时为介质的循环提供动力，循环介质进入油冷套管5后，经过入口管6进入出口管7，用以冷却出口管7，经过出口管7后，循环介质进入流量计4，用以控制循环介质的流量，最后循环介质回到高温循环机3中。

通过高温循环机3的循环介质出口端与油冷套管5的循环介质入口端相连接，油冷套管5的循环介质出口端与流量计4的入口端相连，流量计4的出口端与高温循环机3的循环介质入口端相连，加上控制高温循环机3内循环介质的温度，达到控制循环介质出口管7外壁面温度的目的，循环介质出口管7外壁面的温度用热电偶2来监测，当出口管7外壁面的温度低于烟气酸露点时，烟气中的硫酸蒸汽会在循环介质出口管7的外壁面凝结，进而腐蚀试验段9，试验段9由腐蚀段10组组成，可以同时测腐蚀段10组中的各个腐蚀段的抗腐蚀能力。另外可以在静电除尘器前、后搭建两个相同的该试验装置同时进行测量，用来研究灰分对低温腐蚀的影响。还可以在脱硫塔前、后搭建该试验装置，用来研究脱硫后的烟气对材料的腐蚀。这样构成循环回路的试验装置结构简单、连接高效、试验结果真实可信且实施费用低廉，最终解决了低温腐蚀试验结果的可信度不高的问题。