垃圾發電廠鍋爐水冷壁腐蝕分析與解決對策

蘇雷

摘要：垃圾焚燒發電廠水冷壁的高溫腐蝕已嚴重影響到機組的安全穩定運行，在國內多個垃圾焚燒發電廠都有發生。文章以深圳市寶安垃圾電廠為例，分析了造成水冷壁高溫腐蝕程度不同的影響因素，并提出了可用于改善電廠水冷壁高溫腐蝕問題的可行的防范對策。

關鍵詞：垃圾發電廠；水冷壁；影響因素；高溫腐蝕；防范對策；鍋爐 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK223 文章編號：1009-2374（2016）20-0086-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.042

1 設備概述

深圳市能源環保有限公司下屬的寶安電廠為垃圾焚燒發電廠。寶安電廠垃圾焚燒爐是比利時SEGHERS公司進口的傾斜多級往復爐排式垃圾焚燒爐，垃圾處理量為400t/d。余熱鍋爐為武漢鍋爐廠生產的WGC32/4.0-1型中壓、自然循環、單汽包、平衡通風鍋爐，鍋爐額定蒸發量為32t/h，運行壓力為4MPa，過熱蒸汽溫度為400℃。水冷壁腐蝕現象，影響了機組的正常運行，對機組的經濟性和安全性影響較大。

2 腐蝕水冷壁取樣實驗室分析及其結果

2.1 樣品情況

取得的樣品為：水冷壁管（有破口，鰭片處有火割痕跡）。

2.2 電鏡觀察與能譜分析結果

用Quanta 400HV掃描電子顯微鏡和EDAX能譜儀對各管樣外表面附著物和各灰渣樣進行形貌觀察和X射線能譜分析，分析位置及區域如圖1，分析結果見表1。

由觀察分析結果可知：與管子結合較緊密的氧化腐蝕產物附著層的成分，樣品中O、Fe元素的含量之和在90%左右；含有一定量的Cl、S、Na、K等可構成強腐蝕性物質或環境的元素，且含量沒有明顯差異；另外，還含有少量的Ca、Mg、Si、Cr、Ni等元素，這些元素一般不構成強的腐蝕性物質或環境。

2.3 取樣實驗室檢測結果分析

經檢驗發現，管樣向火面外壁腐蝕后的輪廓參差不齊，管子向火面的氧化腐蝕速度較快，程度較嚴重。管樣向火面外壁氧化腐蝕產物層的主要物質是鐵的氧化物，但其氧化腐蝕產物層中含有一定量的Cl、S、Na、K等可構成強腐蝕性物質或環境的元素，且含量沒有明顯差異。根據實驗結果并結合管子的具體腐蝕情況可判斷，管樣向火側的快速腐蝕減薄的腐蝕性質為高溫氯腐蝕。

3 鍋爐試驗結果及分析

垃圾焚燒發電廠由于入爐垃圾成分的不穩定，造成焚燒爐中的燃燒工況處于波動狀態，因此測試參數一直在波動，特別是在煙氣成分測試時，數據變化頻率高、波動幅度大。

3.1 實際運行氧量測量結果

由表2可知，實測氧量比表盤氧量高約0.3%～0.8%。

3.2 焚燒爐內火焰溫度測量結果

用光學高溫儀對焚燒爐內火焰溫度進行測試，其測得焚燒爐內火焰溫度為1142℃～1269℃。

3.3 前墻壁面氣氛測試結果

在前墻上部易腐蝕區域安裝壁面氣氛測點，在運行中對壁面氣氛進行測試，考察該處煙氣成分狀態。鍋爐前墻壁面氣氛測試結果：O2含量為2.8%～7.9%，CO含量為43～100ppm，由這兩項指標可知，前墻易腐蝕區域處于氧化環境下，不存在還原性氣氛。

3.4 沿程煙氣溫度測量結果

3.4.1 沿程煙氣溫度測點分布情況。

測點說明及要求：

測點1～3：一煙道煙溫測點，利用現裝32的鎧裝熱電偶孔，計劃在寬度方向約2m處加裝1支熱電偶。

測點4～5：前墻煙溫測點，分別在爐膛中心線及兩側1.5m左右各布置1個，共3個，計劃在寬度方向約0.5m處各加裝1支熱電偶；亦為前墻壁面氣氛測點。

測點7：尾部煙道煙溫測點，加裝1支熱電偶。

3.4.2 沿程煙氣溫度測試結果。沿程煙氣溫度可部分代表余熱鍋爐內熱負荷情況，特別是靠近易腐蝕區域處的煙氣溫度較能說明易腐蝕區域的熱負荷狀態，為鍋爐高溫腐蝕提供相關診斷依據。

3.5 易腐蝕區域近壁面溫度測試結果

在沿程煙氣溫度測試中，易腐蝕區域附近煙氣溫度測試易受熱電偶插入深度（約1m左右）及近壁面處水冷壁吸熱和水冷壁黏污情況的影響，無法完全代表近壁面處熱負荷狀態。對寶安電廠近壁面處熱負荷狀態進行了解，進行了易腐蝕區域近壁面溫度測試。從測試結果可以看出：溫度水平最高，多數點壁溫多數時間集中在t>650℃的水平上；負荷穩定且處于很高水平，因此，背火側壁溫低溫點和高溫點差異不大，波動幅度很小。

4 改善易腐蝕區域溫度水平的對策

易腐蝕區域煙溫水平高低與高溫腐蝕的嚴重程度直接相關。由此提出改善易腐蝕區域溫度水平的方法，即在易腐蝕區域加入貼壁風，加裝方法和方式與燃煤電廠對待高溫硫化物腐蝕采取的措施相似，但與燃煤電廠不同的是，易腐蝕區域加入貼壁風是為了降低易腐蝕區域溫度，而燃煤電廠是為了改善易腐蝕區域壁面氣氛。貼壁風是從風機出口引出一股風，通過管道引至易腐蝕區域外風箱，再通過鰭片間開出的間隙進入易腐蝕區域，并與煙氣混合達到降低易腐蝕區域煙溫的目的。同時這股風是純空氣，不含有煙氣中的大量腐蝕性氣體，加入后起稀釋近壁面腐蝕性氣體的作用，從這個角度考慮也能達到保護水冷壁管的作用。

因貼壁風是為了降低煙溫，所以這股風風溫不能高。現在運行狀態下，二次風是未經過暖風器加熱的常溫風，因此可用二次風出口風引入貼壁風風箱，并在進入爐膛的二次風管道前和進入貼壁風風箱管道前加裝可調風門，方便運行時調節貼壁風和二次風風量的比例。

貼壁風加入后相當于現在二次風加入位置發生變化，即以前全部二次風從爐膛下部進入爐內變為現在部分二次風上移到從爐膛一煙道頂部進入爐內，這股風可能會對鍋爐熱效率產生影響。

5 提高水冷壁抗腐蝕能力的對策

由于造成垃圾焚燒余熱鍋爐水冷壁嚴重腐蝕的原因是煙氣中的強烈腐蝕氣氛和較高的近壁面溫度，因此采用表面防護方法來隔絕腐蝕氣氛、提高水冷壁的材料等級來增強抗腐蝕能力這兩種途徑是較為實際和可能的腐蝕被動應對方法。

5.1 進行水冷壁表面防護

針對垃圾焚燒余熱鍋爐水冷壁高溫氯腐蝕的具體情況，研究探索采用表面防護方法來抑制或延緩腐蝕。如采用熱噴涂方法噴涂高Cr、Ni材料。可預選幾種表面防護工藝和防護材料，在水冷壁腐蝕區域進行分片塊實施，通過實際驗證進行篩選和評價，如有切實效果，可進一步試驗優化直至全面應用。

5.2 提高水冷壁材料等級

針對垃圾焚燒余熱鍋爐水冷壁的具體結構情況，研究探索采取更換材料的方法來抑制或延緩腐蝕。由于水冷壁管屏安裝時不可避免地存在現場安裝焊縫，這些現場安裝焊縫基本上沒有條件和方法進行焊后熱處理。因此選擇更換材料時既要考慮材料的抗高溫氯腐蝕能力，又要考慮材料的焊接性能。一般情況下，抗高溫腐蝕能力強的鋼材合金含量較高，而合金含量達到一定程度后，如水冷壁這種拘束性較強的結構一般均需要進行焊后熱處理。

6 結語

本文通過取樣分析水冷壁高溫腐蝕的影響因素，并對鍋爐進行相應調整，以期獲得對沿程溫度特別是易腐蝕區域溫度水平的降低，從而改善易腐蝕區域溫度水平和被動防護角度提出了相應對策，有效地提高電廠經濟效率。

參考文獻

[1] 鄭明，王小紅，張勇，常海鋒.余熱鍋爐直升煙道水冷壁腐蝕分析與預防[J].湖南有色金屬，2015，（6）.