垃圾電廠焚燒爐受熱面頻繁爆管原因分析及解決措施

陳柏杭

（廣州環(huán)投技術(shù)設(shè)備有限公司，廣州 510000）

垃圾焚燒爐受熱面腐蝕導(dǎo)致頻繁爆管，已經(jīng)成為困擾垃圾燃燒發(fā)電企業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行達(dá)標(biāo)的一個(gè)重要問(wèn)題，阻礙了垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。以南方某環(huán)保集團(tuán)下屬垃圾焚燒電廠連續(xù)發(fā)生鍋爐三管泄漏被迫停爐檢修的情況為例，分析發(fā)生在二級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)蒸發(fā)屏的泄漏部位腐蝕爆管原因，并提出建議的處理方式。

1 爆管現(xiàn)象和原因分析

1.1 爆管部位和爆管事故規(guī)律

企業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，垃圾焚燒鍋爐爆管位置80%發(fā)生在高溫過(guò)熱器或者是局部低溫過(guò)熱器的迎風(fēng)面。由于垃圾焚燒煙氣灰分高，煙氣腐蝕較大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后換熱效果明顯降低，造成管子外壁承受高溫?zé)煔獾臒釕?yīng)力較大，造成局部過(guò)熱腐蝕，迎風(fēng)面金屬呈現(xiàn)出彈坑形狀的大面積剝落減薄。運(yùn)行兩年后，采用測(cè)厚儀檢查金屬壁厚后發(fā)現(xiàn)，壁厚在2.5 mm以下，已不能滿(mǎn)足正常運(yùn)行需要。受熱面管壁的腐蝕減薄剝落的問(wèn)題是造成該企業(yè)鍋爐在運(yùn)行兩年后爆管事件頻發(fā)的主要原因，具體規(guī)律如表1所示[1]。

表1 鍋爐爆管記錄

1.2 受熱面管壁腐蝕剝落原因

因垃圾焚燒煙氣中含有HCl、NOX、SO2等酸性氣體，煙氣混合物熔點(diǎn)較低。當(dāng)爐溫達(dá)到650 ℃以上的時(shí)候，這些混合物會(huì)以融熔狀黏附到受熱面迎風(fēng)側(cè)管束表面，造成局部過(guò)熱腐蝕。此外，泄露區(qū)域位于蒸汽吹灰區(qū)域，易吹蝕加重腐蝕穿孔現(xiàn)象，造成管束金屬壁變薄。長(zhǎng)時(shí)間后換熱效果下降，造成過(guò)熱器入口煙氣溫度過(guò)高，管子外壁承受高溫?zé)煔獾臒釕?yīng)力較大，管內(nèi)壓力較高，最終引發(fā)受熱面爆管[2]。因此，煙氣混合物對(duì)受熱面金屬管壁的化學(xué)作用，是受熱面管壁腐蝕剝落的直接原因，如圖1所示。

圖1 高溫?zé)煔膺^(guò)熱腐蝕受熱面情況

2 運(yùn)行防范措施

2.1 運(yùn)行防范措施

針對(duì)上述原因，宜采取以下運(yùn)行防范措施，避免過(guò)熱器受熱面腐蝕加劇。表2為防止鍋爐爆管的相關(guān)措施[3]。

表2 防止鍋爐爆管措施

2.2 系統(tǒng)工作方法

應(yīng)全方位分析垃圾焚燒余熱鍋爐高溫過(guò)熱器頻繁爆管的問(wèn)題，采用系統(tǒng)工作方法加以解決。

要結(jié)合鍋爐的負(fù)荷規(guī)模、垃圾處理量以及垃圾成分等各個(gè)方面的因素綜合對(duì)其進(jìn)行考量，嚴(yán)格控制好入爐垃圾量，防止其超負(fù)荷運(yùn)行。通過(guò)提高運(yùn)行安全穩(wěn)定性，保證綜合效益。

另外，針對(duì)已有設(shè)計(jì)問(wèn)題，對(duì)垃圾焚燒爐進(jìn)行管道技改和系統(tǒng)優(yōu)化[4]，具體方法有：

（1）高參數(shù)大型垃圾焚燒的發(fā)電項(xiàng)目采用受熱面全面CMT堆焊的方法；

（2）采用強(qiáng)度更高和抗腐蝕性能更好的材料，如INCONEL625[5]；

（3）拉大高溫過(guò)熱器的節(jié)距，如250～300 mm。

3 堆焊管試用情況分析

以公司對(duì)泄漏爆管頻繁的過(guò)熱器區(qū)域爐管進(jìn)行堆焊改造為例，2018年5月安裝堆焊試驗(yàn)管兩條（鍋爐二級(jí)過(guò)熱器中部區(qū)域），分別為第12列第17根和第13列第17根，分別記為（12，17）和（13，17），以堆焊厚度初始數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，每半年結(jié)合停爐機(jī)會(huì)復(fù)測(cè)堆焊層減薄速率。試驗(yàn)管安裝位置及受熱面情況分別見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 某電廠鍋爐試驗(yàn)管安裝位置

圖3 安裝前試驗(yàn)管表面堆焊紋路

半年后，2019年1月對(duì)管道進(jìn)行復(fù)查。圖3實(shí)驗(yàn)管的焊接面情況如圖4所示，可見(jiàn)堆焊層表面無(wú)明顯腐蝕磨損痕跡，且不易積灰。

圖4 試用半年后試驗(yàn)管表面狀況

復(fù)查該試驗(yàn)管厚度，復(fù)查情況比對(duì)如表3所示，可見(jiàn)管道表面1、2、3、4、5檢測(cè)標(biāo)記點(diǎn)略有誤差）。

4 結(jié)論

結(jié)合復(fù)查表表3和圖4，有以下初步判斷。一方面，堆焊管外表面的積灰明顯比未做堆焊的管道較少。積灰較厚的情況下，熱傳導(dǎo)出現(xiàn)大幅下降；積灰減少后，增加了熱量的交換效率。另一方面，經(jīng)過(guò)半年的使用，堆焊層厚度均大于1 200 μm，試驗(yàn)管紋路清晰，半年平均減薄速率約為0.013 5 mm，低于0.100 0 mm，同時(shí)未出現(xiàn)半年堆焊層測(cè)厚點(diǎn)的減薄率大于0.200 0 mm的點(diǎn)。按照計(jì)算的減薄速率，可推測(cè)堆焊管使用壽命可達(dá)6年以上。在正常運(yùn)行情況下，20G爐管運(yùn)行1.5～2.0年即因高溫腐蝕而更換，可見(jiàn)鍋爐管外壁堆焊后使用壽命是堆焊前的3倍以上，堆焊效果明顯，初步證實(shí)了堆焊是可行的。綜上所述，過(guò)熱器管道進(jìn)行堆焊效果明顯，可極大延長(zhǎng)過(guò)熱器管道的使用壽命，降低檢修成本，經(jīng)濟(jì)上具有可行性。

表3 試驗(yàn)管壁厚復(fù)查記錄（單位：μm）