垃圾焚燒爐脈沖吹灰器腐蝕失效的機理分析及防范措施

謝國利，周雪峰，卞建忠，夏臨明，許衛榮

(湖州市特種設備檢測中心，浙江湖州313000)

0 引言

鍋爐積灰是影響鍋爐高效運行的重要因素，對于垃圾焚燒爐而言，其危害更為突出，它不但影響鍋爐受熱面的傳熱效率，直接導致鍋爐熱效率下降，更為嚴重的是這種積灰的腐蝕性強，當積灰達到一定程度后，會引起換熱管束腐蝕爆管堵塞，迫使生產裝置無法保證長周期連續運行，造成重大經濟損失［1-3］。為此，垃圾焚燒電站都會采用各種形式的吹灰裝置以解決鍋爐尾部煙道的積灰以及安全問題。

目前常用的吹灰器按照其吹灰的原理可以分為以下幾種：1.蒸汽吹灰;2.聲波吹灰;3.鋼珠吹灰;4.脈沖吹灰。在以上幾種吹灰方式中，除了脈沖吹灰是近年來新崛起的一項技術，其他各種吹灰方法都已在工業生產中應用多年，其優缺點也已被前人所總結［4、5］，而脈沖式吹灰器的各類缺陷尚有待總結，在本文中，作者通過對一起垃圾焚燒爐脈沖吹灰器腐蝕失效事故的原因分析，闡明的脈沖吹灰器產生腐蝕的機理，提出了相應的防范措施，為此類吹灰器的安全穩定運行提供了參考。

1 脈沖吹灰技術

脈沖吹灰器是將燃氣和空氣以一定的比例混合送人并充滿主發生器部分及工作部分，其中燃氣常選擇價格低廉、氣體比能高且在工廠中容易得到的乙炔，然后將此混合氣體在控制系統的控制下在主發生器部分被點燃，產生劇烈的爆燃使其瞬間升至高壓，并在火焰烽面前形成壓縮波，在火焰經過導焰管傳播過程中，壓縮波也不斷加強，最終火焰傳播至脈沖波發生器內并點燃其中的可燃混合氣體，形成的強烈脈沖波與從導焰管傳遞來的壓縮波經調劑和加強后一并從噴口噴射到鍋爐的換熱設備表面上，使受熱面上的積灰受脈沖波的作用而破碎、剝落。通過控制脈沖波的能量及噴口形狀和位置，可使受熱面的積灰在高強度的脈沖波作用下脫落，以減少鍋爐受熱面上不同類型的積灰［6，7］。

燃氣脈沖波吹灰器系統由主發生器、控制和工作三個部分組成，具體見圖1。主發生器部分包括空氣和燃氣的混合器、點火器、層分配器以及各種控制閥門、傳感器等;控制部分包括控制柜和計算機等;工作部分包括導焰管、燃氣脈沖波發生器和燃氣脈沖波噴口。脈沖吹灰器的優點在于其釋放能量和有效吹灰空間大，吹灰時間短，見效快，硬灰軟灰均可有效的吹除而不留死角，吹灰介質溫度高，受熱面干燥，再積灰的速度慢［8］。另外，運行成本低，安全可靠，設備可實現高度自動化控制，操作簡單，維護量小，也是脈沖吹灰器的優勢。

2 事故情況

圖2-3為我市某垃圾焚燒發電廠的一臺NG-75/5.3/485-M4型循環流化床上的脈沖吹灰器發生腐蝕失效的現場圖片，該鍋爐所使用的脈沖吹灰器都使用乙炔為燃料，其腐蝕失效位置常發生在脈沖激波發生器上，如圖2所示;激波發生器與噴口的連接彎頭，如圖3所示，若采用右邊直角形式的彎頭，在使用一段時間后都會產生腐蝕失效穿孔現象，左邊弧形彎頭是維修后的形式;另外，火焰導管也是常發生腐蝕的部位。以上幾種腐蝕現象在這臺鍋爐的吹灰器上普遍存在，導致該鍋爐的吹灰作業不能正常進行，由于是垃圾焚燒爐，鍋爐積灰問題相對一般的燃煤鍋爐更加嚴重，且灰的粘性和腐蝕性強，不能及時除灰將會導致發生尾部受熱面管爆管等事故發生，為此，必須尋找到徹底解決此類問題的方法。

3 原因分析

要分析脈沖吹灰器腐蝕失效的原因，首先必須了解高溫煙氣的化學成分。國內的垃圾焚燒爐中，焚燒前未進行含氯有機廢物的回收處理，垃圾成分復雜，廢塑料、漂白紙、氯化鈉鹽等含氯化合物，隨垃圾成分不同有較大變化，垃圾燃燒過程中氯的析出機理和行為特性尚不是十分清楚。已有文獻初步表明，無論是無機氯化物還是有機氯化物，其焚燒后的主要產物是 Hcl［9，10］。一般認為垃圾焚燒中氯化氫的產生是由于有機氧化廢物存在，如聚氯乙烯廢物、聚偏二氯乙烯廢物、氯丁二烯橡膠廢物等。另外，含硫的垃圾在燃燒過程中生成二氧化硫，其中一部分在一定條件下與煙氣中過剩的氧氣化合生成三氧化硫，并與煙氣中的水蒸汽結合生成濃度極稀的硫酸，當煙氣遇冷，硫酸蒸汽和水蒸汽可能凝結成濃度較高的硫酸［11］。

這些含氯化臺物焚燒后產生氰化氫和氯氣與煙氣中的三氧化硫等從吹灰器的噴口處進入到吹灰器內部，由于吹灰器內部溫度較低，腐蝕性氣體遇冷凝結造成低溫露點腐蝕，其主要電化學腐蝕，特征有均勻腐蝕，點腐蝕，應力腐蝕裂紋等，以上腐蝕特點在該鍋爐脈沖吹灰器中都能找到［12］。綜上，低溫露點腐蝕便是造成本文所述各類吹灰器失效事故的真正原因。

4 預防措施

(1)消除煙氣死角，如果腐蝕性的煙氣在吹灰器中冷凝后不能匯集到某處，那么這個位置就是吹灰器的薄弱點，所以必須盡可能的消除這些能使冷凝液殘留的位置。如圖3所示，該鍋爐的脈沖吹灰器是按照右邊的形式設計，其噴口與激波發生器呈90°夾角，此處便形成了一個煙氣死角，殘留液也能在此處匯集，因此，在此鍋爐上，幾乎所有的彎頭都發生了腐蝕穿孔的事故。通過改變彎頭處的形狀，如圖3左側所示，全部改為弧形能有效的消除此類隱患，目前該鍋爐吹灰器的彎頭已全部更換為左側形式，并在實際運行中，未發現異常。

(2)增加一條空氣跨線，保持有微量的吹掃風從彎頭進入鍋爐，達到阻止煙氣進入吹灰系統的目的。該吹掃風需為一定溫度的熱風，因熱風可以減少低溫露點腐蝕，另一方面需保證每路吹掃風的進風量，防止偏流，可以通過加大管徑以及每路加孔板來實現，如果資金充裕，可以考慮每路獨立設置來保證精確控制。

(3)制作吹灰器時應選用耐硫酸露點腐蝕以及氯離子腐蝕的材料。目前常使用的耐露點腐蝕的材料有09CrCuSb等［13］，由于鋼材耐露點腐蝕性能是否良好取決于鋼材的成分，在鋼材中添加適量的合金元素是關鍵，Cu與鋼中的碳結合耐蝕性最為優異;Cr和Sb也對鋼的耐腐蝕性有利，但鋼中含Cr大于1.00%時，會使鋼的耐硫酸腐蝕性能有所降低，而Sb含量偏高則剛的焊接性能變差。實踐證明，其抗露點腐蝕的能力是2O號鋼的7倍左右，可大大減緩露點腐蝕速度。綜上，09CrCuSb是制作吹灰器的理想材料。

5 結語

通過理論分析和實踐經驗，總結了以上幾種預防脈沖吹灰器腐蝕失效的措施，其中，第一條措施，改變彎頭結構，實踐證明完全能解決彎頭處的腐蝕問題;第二條措施，增加一條空氣跨線，保持有微量的吹掃風從彎頭進入鍋爐，此項技術的效果十分明顯，且設備投資不高，建議目前在用的脈沖式吹灰器都增加這套系統;第三條措施，吹灰器材料的選擇，是較為常規的方法，為了設備的穩定運行，也建議用戶采納。通過上述改進，保證了脈沖吹灰器的安全穩定運行，為解決其腐蝕失效問題提供了很好的借鑒經驗。

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