垃圾發電廠鍋爐水冷壁腐蝕分析與解決對策

（深圳市能源環保有限公司，深圳 518000）

0 引言

鍋爐水冷壁是發電機組安全運行的重要保障，我國大多數垃圾發電廠為了控制氮氧化合物的排放量，開始利用科學技術增加鍋爐的容量和參數，但由于鍋爐系統未發生變化，鍋爐內部采用的低氮燃燒和分級燃燒方式，會在水冷壁周邊發生還原反應，導致鍋爐水冷壁腐蝕愈加嚴重，給垃圾發電廠造成巨大經濟損失。

1 鍋爐水冷壁腐蝕現狀及原因

我國垃圾發電廠使用的鍋爐水冷壁的主要材質是碳鋼，鋼中的碳（FeC3）為陽極、鐵（Fe）為陰極，是爐水發生微電池活動的必要條件，具體反映過程為：陽極反應是Fe－2e→Fe2＋；當爐水呈酸性時，陰極反應是2H＋＋2e→H2↑，當爐水呈堿性時，陰極反應是O2＋2H2O＋4e→4OH－，在實際燃燒過程中，爐水應當維持在微堿性[1]。在運行系統中發生的反應是能夠產生腐蝕效果的電化學反應：2Fe＋O2＋2H2O→2Fe（OH）2，其中氧是重要反應條件，如果沒有氧氣釋放可以與陽極鐵相連接的電子，該反應就會達到平衡，腐蝕反應會隨之停止，但實際生產過程中，爐水中含有大量氧氣，這就導致鍋爐內部的電化學腐蝕反應不斷進行，最終使得水冷壁被嚴重腐蝕。

2 有效解決措施

2.1 嚴格控制爐水水質

2.1.1 大氣式熱力除氧自動控制

傳統運行系統影響下，當鍋爐內部水溫達到100 ℃時，爐水的蒸汽分壓力就會急劇增加，致使爐水上空氧氣所占的壓力百分比迅速減少，導致水中能夠溶解氧的物質含量無限趨于零，從而造成水冷壁的腐蝕。因此，垃圾發電廠應當革新鍋爐運行系統，實現電氣自動化發展，例如利用大氣式熱力除氧自動控制保證爐水水質，根據除氧器內部壓力判查沸點，努力將溫度控制在高于相對壓力下沸點溫度2 ℃或3 ℃，以此來實現最佳除氧效果。另外，發電廠還要注意水量調節問題和加熱蒸汽量問題，電氣自動化系統能夠對除氧器內部水溫的沸騰狀態進行科學控制，傳統的水溫調節系統經常會出現水量和溫度不符合標準的情況，需要工作人員進行手動輔助，而電氣自動化系統卻能夠保證加熱蒸汽閥門自行進行通氣加熱，保證解析氣體能夠被順暢排除。再者，發電廠要保持除氧器壓力穩定，電氣自動化系統能夠根據現場情況對除氧頭排氣閥門的開度進行調整，保證除氧器的補充水量始終處于連續穩定狀態，以此來避免因外界空氣進入除氧器而影響最終除氧效果。

2.1.2 化學處理與自動化有機結合

在經過熱力除氧工作后，鍋爐的爐水中仍舊含有一定量的溶解氧，通常情況下，溶解量保持在50 μg/L及以上，而想要避免水冷壁出現腐蝕現象，溶解氧需要在7 μg/L以內。因此，垃圾發電廠可以將化學方法與電氣自動化系統有機融合，實現鍋爐爐水的自動化處理。傳統垃圾發電廠一般會通過對爐水添加聯氨來降低溶解氧的含量，但是鍋爐產出的蒸汽多數會被應用到生產和生活中，而聯氨又含有一定毒素，所以這種方式應當盡早被二甲基酮肟取代。二甲基酮肟在常溫下是一種無毒的無色液體，水溶性呈中性且無污染，在大氣壓力為0.1 MPa時，其熔點為60 ℃、沸點134.8 ℃。二甲基酮肟具有較強的吸水性，與溶解氧發生的還原反應為2C3H7N0＋O2→2C3H6CO+N2O+H2O和4（CH3）2C=N-0H+O2→4（CH3）2C=O+2N2＋H2O，反應產物N2和H2O對鍋爐水冷壁無害，可以避免水冷壁管內發生氧腐蝕。

2.2 控制鍋爐腐蝕區溫度

2.2.1 過熱器出口蒸汽溫度自動控制

垃圾發電廠的鍋爐在運行過程中，其過熱器出口的蒸汽溫度偏差通常不會超過5 ℃，而屏式過熱器出口的蒸汽溫度偏差不會超過10 ℃，如果發電廠實現鍋爐電氣自動化，就能夠科學控制鍋爐內部溫度高點，實現降低蒸汽溫度偏差、有效避免因鍋爐膛熱工況擾動而造成水冷壁受熱面超溫等現象[2]。

2.2.2 停機溫度變化率自動控制

垃圾發電廠應當利用電氣自動化系統對停機溫度變化進行科學控制。當鍋爐出現緊急停機事故時，電氣自動化系統能夠在10分鐘之內完成鍋爐內部停風工作，并同時關閉引風、送風、出風等多個通風渠道，從而保證燜爐效率，避免鍋爐水冷壁因溫度驟然下降而出現爆管和裂縫。當燃燒工作完成之后，電氣自動化系統還可以對鍋爐內部多個元件的溫度進行控制，例如調整高溫再熱器和屏式過熱器的入口煙溫度，使鍋爐降溫速率保持在3 ℃/min，從而避免因降溫過急而造成水冷壁損壞。

2.2.3 熱啟動過程自動控制

垃圾發電廠想要做好鍋爐水冷壁的抗腐蝕工作，就必須做好熱啟動過程自動化控制和蒸汽自動化控制工作。在熱啟動過程中，發電廠要嚴格遵循自動化控制標準，保證自動化系統能夠根據鍋爐的不同執行狀態進行溫度控制，保證水冷壁受熱面的金屬溫度與蒸汽溫度相差無幾，促使通風系統與其他系統相互同步。

2.2.4 爐內元素含量控制

影響鍋爐水冷壁腐蝕程度的主要因素是爐內元素含量。如果燃煤含有較高的硫含量，在燃燒時就會產生高濃度的腐蝕介質，導致水冷壁被腐蝕，所以發電廠應選用含硫量較低的高品質燃煤，盡量降低腐蝕介質生成，從而降低水冷壁腐蝕程度。

2.3 提高鍋爐制作材料等級

2.3.1 創新自動燃燒器

改造燃燒器設備是解決鍋爐水冷壁腐蝕問題的有效措施之一。對此，垃圾發電廠可以將燃燒器與電氣自動化系統相結合，將切圓直徑縮小，并在燃燒器中安裝自動側邊風。從而保證改造后的自動燃燒器能夠科學調節鍋爐內部燃燒情況，降低燃燒物發生還原反應所產生的還原氛圍對水冷壁的影響，避免水冷壁被未燃燒的顆粒不斷沖刷。

2.3.2 更換制作材料

垃圾發電廠還可以利用更換制作材料的方法來延緩、抑制鍋爐水冷壁的腐蝕。盡管發電廠可以利用電氣自動化系統降低鍋爐水冷壁的腐蝕情況，但是如若鍋爐水冷壁本身材質質量較差，同樣會影響抗腐蝕效果。由于安裝鍋爐水冷壁管時，必須要對其進行現場焊接，而現場焊接基本上沒有條件和時間對焊接縫進行焊后熱處理，使得鍋爐水冷壁在長時間使用后出現爆管現象。因此，垃圾發電廠應著重考慮制作材料是否具備抗高溫氯、硫、氮腐蝕的能力，最好采用抗高溫腐蝕能力較強的合金材料。

2.3.3 噴涂防護材料

垃圾發電廠主要是利用焚燒垃圾來實現發電，而垃圾中通常含有大量的氯元素、硫元素，如果想要提高鍋爐水冷壁的抗腐蝕能力，發電廠可以采用對鍋爐水冷壁噴涂防護材料的方式來實現延緩、抑制腐蝕現象。例如，采用熱噴涂方式噴涂含有鉻（Cr）元素和鎳（Ni）元素的材料[3]。

3 結束語

綜上所述，影響垃圾發電廠鍋爐水冷壁腐蝕的主要因素是運行系統、鍋爐材質。為了提高鍋爐的工作效率，降低水冷壁腐蝕程度，垃圾發電廠應當努力研發電氣自動化運行系統，實現自動化處理，提高水冷壁材料等級，改善易腐蝕區溫度和被動防護角度，從而提升水冷壁的抗腐蝕能力，增加發電廠的經濟效益。