焚燒爐高過管腐蝕原因分析

鄭春雄

【摘 要】本文主要就垃圾焚燒爐高溫過熱器管腐蝕問題展開討論，對高溫腐蝕形成的原理進(jìn)行分析。并結(jié)合具體項目，垃圾實際熱值比設(shè)計熱值偏高，導(dǎo)致高溫過熱器入口煙溫偏高實際情況。總結(jié)分析高過管壽命短的成因，并提出建議。

【關(guān)鍵詞】垃圾焚燒爐；高溫過熱器管；高溫腐蝕

隨著生活水平的日益提高，城市垃圾的產(chǎn)生量有爆發(fā)性的增長，“垃圾圍城”成為城市管理者必須要面對的、非常嚴(yán)峻的現(xiàn)實問題。目前，國內(nèi)垃圾處理的主要手段有填埋、焚燒兩種工藝。垃圾焚燒、余熱回收利用發(fā)電具有工藝簡單，運(yùn)行可靠，垃圾處理速度快，處理量大的優(yōu)點(diǎn)，是實現(xiàn)城市垃圾無害化、減量化和資源化處理的一種有效方法，因此近十年來在國內(nèi)得到快速的發(fā)展。

垃圾焚燒發(fā)電工藝原理是將垃圾放入焚燒爐中進(jìn)行燃燒，釋放出熱能，用余熱鍋爐將余熱進(jìn)行回收，加熱給水變成蒸汽，蒸汽送到汽輪機(jī)中推動汽輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)做功，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能，釋放熱能后的煙氣經(jīng)煙氣凈化系統(tǒng)處理后排放，通過這一系列流程將垃圾由“廢物”變?yōu)榭衫玫摹百Y源”。

目前，由于生活習(xí)慣等問題，我國用于焚燒的垃圾均沒有進(jìn)行前端分類，因此其組成成份相當(dāng)復(fù)雜，既有可燃的塑料、木材、紙屑等，也有不可燃的磚頭、瓦礫、金屬等。垃圾經(jīng)過焚燒處理后，生成的煙氣中含有HCI、NOx、SO2等酸性腐蝕氣體，煙氣中所含的灰分性質(zhì)也比較粘，加上垃圾焚燒余熱鍋爐受熱面布置的特點(diǎn)，過熱器一般為臥式布置，很容易粘附在過熱器管子表面，降低換熱效果，造成煙氣溫度偏高，成為垃圾焚燒余熱鍋爐中過熱器出現(xiàn)腐蝕的重要因素。

某垃圾焚燒發(fā)電廠從投產(chǎn)以來，余熱鍋爐高溫過熱器出現(xiàn)多次爆管現(xiàn)象，本文對爆管的原因進(jìn)行分析，并提出建議，可供同類型問題提供參考。

1 余熱鍋爐簡介及高溫過熱器運(yùn)行狀況

1.1 余熱鍋爐簡介

某垃圾電站鍋爐型號為SLC225-4.1/400，由某鍋爐公司制造。其焚燒爐主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

余熱鍋爐為單鍋筒、自然循環(huán)水管鍋爐。下部是垃圾焚燒爐排，在爐膛的上方是第一、二、三通道，四周布滿膜式水冷壁。第四通道布置了省煤器和煙預(yù)器。絕熱爐膛上部為第一通道，煙氣在第一通道上行后至出口處轉(zhuǎn)180°彎進(jìn)入第二通道，下行至第二通道出口處再向上轉(zhuǎn)180°彎后進(jìn)入第三通道，如圖1所示。在第三通道布置了三級對流過熱器，按煙氣流向分別為高溫過熱器、中溫過熱器、低溫過熱器。

1.2 高溫過熱器運(yùn)行狀況

該垃圾焚燒發(fā)電廠共配置有3臺垃圾焚燒爐，焚燒爐正常運(yùn)行時，爐內(nèi)溫度偏高，從布置在高溫過熱器前的監(jiān)測點(diǎn)顯示可知，當(dāng)負(fù)荷同樣為18.7t/h時，煙氣溫度從剛剛啟爐時的約為580℃，經(jīng)2、3個月的運(yùn)行，緩慢爬升到650℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計值（594℃）。造成這一現(xiàn)象的主要原因是由于鍋爐設(shè)計垃圾熱值與實際熱值有較大偏差引起的。在鍋爐原設(shè)計中，垃圾的熱值取值為5650KJ/kg，而在實際運(yùn)行中，隨著生活水平的不斷提高，垃圾熱值也不斷提高，燃燒中垃圾的熱值已達(dá)到6800KJ/kg，比設(shè)計值提高了1150KJ/kg，增幅約20%。

入爐垃圾熱值的變化對燃燒產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)垃圾的熱值升高時，垃圾容易著火且燃燒強(qiáng)度更高，爐膛內(nèi)的溫度上升，按照已有的鍋爐水冷壁布置，爐內(nèi)膜式水冷壁受熱面未能夠?qū)煔鉁囟壤鋮s到設(shè)計值，造成在進(jìn)入第三通道時煙溫偏高。在較高的煙溫環(huán)境下高溫過熱器與含有高腐蝕性的煙氣接觸，加劇高溫腐蝕，從而縮短壽命。從投產(chǎn)以來，高溫過熱器的壽命約為3年，比同類型機(jī)組明顯偏低。每臺爐各經(jīng)歷2次高溫過熱整組更換工作，使用壽命的后期出現(xiàn)多次爆管泄漏情況。

2 高溫腐蝕原理分析

2.1 概述

由于我國目前各垃圾焚燒廠所焚燒的垃圾均是未進(jìn)行過分類的垃圾，經(jīng)過焚燒處理后，生成的煙氣中含有HCI、NOx、SO2等酸性氣體，煙氣中所含的灰分性質(zhì)也比較粘，很容易粘附在受熱面管子表面，降低換熱效果，造成煙氣溫度偏高。由于未分選，垃圾中含有很多塑料等有機(jī)物，在焚燒后煙氣中產(chǎn)生濃度較高的HCl，對鐵及鐵化合物等均有腐蝕作用，而且腐蝕的速率隨反應(yīng)溫度的提高而加速。

2.2 腐蝕原理分析

由于燃料性質(zhì)關(guān)系，垃圾焚燒煙氣中SO2的含量并不多，而煙氣中的NOx已在爐內(nèi)進(jìn)行脫除處理，對尾部受熱面的影響并不大，因此造成高溫腐蝕的酸性氣體主要為氯化氫及氯氣，這里主要分析氯化氫及氯氣對鐵及鐵合物的腐蝕。

該項目高溫過熱器管材質(zhì)為15CrMOG，屬于鐵基合金，在投入使用后，表面會自然形成一層氧化膜，從里往外依次為FeO、Fe3O4、Fe2O3。高溫腐蝕主要是氯化物和氯氣對管壁的間接和直接腐蝕， 以及硫酸鹽和堿金屬對管壁的熔鹽腐蝕。氯化物和氯氣對高過管壁的腐蝕機(jī)理如下[1]：

HCl與管壁氧化膜反應(yīng)：

Fe2O3 + 6HCl=2FeCl3 + 3H2O

腐蝕產(chǎn)物FeCl3與管壁進(jìn)一步反應(yīng)：

2FeCl3+Fe=3FeCl2

同時，煙氣中的氯氣有很強(qiáng)的氧化性， 與管壁金屬及氯化物作用發(fā)生如下反應(yīng)：

3Cl2+2Fe=2FeCl3

Cl2+ 2FeCl2=2FeCl3

此外，HCl與金屬及金屬氧化物發(fā)生下列反應(yīng)：

2HCl+Fe=FeCl2+H2

2HCl+FeO=FeCl2+ H2O

由于腐蝕產(chǎn)物中FeCl2在高溫下為氣態(tài)，而FeCl3的熔點(diǎn)為303℃，能顯著揮發(fā)，不斷隨煙氣被帶走。因此，只要垃圾焚燒爐處在運(yùn)行中，煙氣中的HCl、Cl2得到不斷的補(bǔ)充， 與裸露出來的Fe不斷的反應(yīng)，焚燒爐受熱面的腐蝕反應(yīng)就一直會進(jìn)行下去，而且隨管壁溫度升高， 反應(yīng)越劇烈。