垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕分析與解決對(duì)策

固廢網(wǎng)訊:摘要：垃圾焚燒發(fā)電廠水冷壁的高溫腐蝕已嚴(yán)重影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在國(guó)內(nèi)多個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠都有發(fā)生。

關(guān)鍵詞：垃圾發(fā)電廠；鍋爐；水冷壁；腐蝕；對(duì)策；分析

1導(dǎo)言

垃圾發(fā)電廠的高溫腐蝕已經(jīng)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全、運(yùn)行的穩(wěn)定性起到關(guān)鍵影響作用，目前我國(guó)對(duì)垃圾發(fā)電廠的腐蝕問(wèn)題研究大部分集中在過(guò)熱器、換熱器上，但是根據(jù)垃圾發(fā)電廠的實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)查可知，垃圾焚燒爐水冷壁腐蝕問(wèn)題也較為嚴(yán)重，對(duì)垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕分析有良好的實(shí)際效益。

2電廠鍋爐水冷壁分類(lèi)

按結(jié)構(gòu)型式，主要有光管式、膜式和刺管式三類(lèi)。光管水冷壁由一整排無(wú)縫鋼管組成，結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單;膜式水冷壁是把許多軋制好的水冷壁鰭片管用點(diǎn)焊互相焊接在一起，使成為一密封的組合受熱面，既可提高爐膛的氣密性、減少漏風(fēng)，又能更好地保護(hù)爐墻，使?fàn)t墻重量減輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。

2.1光管式水冷壁

光管水冷壁由一般鍋爐鋼管組成。廣泛用于中小容量鍋爐。水冷壁布置緊密程度以管間距s與管子外徑d之比(s/d)來(lái)衡量。鍋爐容量小，s/d大(1.5-2)，金屬利用率高，對(duì)爐墻保護(hù)性能差，往往采用耐火磚砌重型爐墻。隨鍋爐容量增大，s/d變小(1.1-1.2)，金屬利用率低，可采用輕型爐墻。當(dāng)s/d<1.1時(shí)，可以采用敷管爐墻。光管水冷壁制造工藝簡(jiǎn)單，不需要大型機(jī)械化設(shè)備，但鍋爐密封性差，爐墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜且施工困難，支吊結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，安裝時(shí)還需充分注意熱膨脹問(wèn)題。

2.2膜式水冷壁

膜式水冷壁由管子和鰭片焊成的氣密式結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)為爐膛漏風(fēng)少；可采用敷管爐墻，減輕鋼結(jié)構(gòu)荷載，降低鍋爐成本;便于采用懸吊結(jié)構(gòu)且改善熱膨脹系統(tǒng);適合大型機(jī)械化生產(chǎn)，組裝率高;蓄熱能力小，縮短起、停爐時(shí)間。缺點(diǎn)是制造工藝較復(fù)雜。大容量，高溫高壓鍋爐多采用膜式水冷壁。按制造工藝的不同，膜式水冷壁分為三種：一是用軋制的鰭片管成排焊制而成，焊接工作量少，但鰭片管價(jià)格昂貴。二是光管加鰭片(扁鋼)成排焊成，材料成本低，易滿(mǎn)足多種節(jié)距的要求，但扁鋼精度要求高，需要精整設(shè)備。三是光管燒熔焊，管間鰭片由焊絲熔化填充形成，多用于管間節(jié)距較小的管屏。膜式水冷壁的管間節(jié)距與鍋爐壓力、爐膛熱負(fù)荷等因素有關(guān)，一般s/d為1.2-1.5。

3垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕問(wèn)題分析

垃圾焚燒發(fā)電對(duì)改善環(huán)境、節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，它將成為未來(lái)垃圾處理的主要方式，目前我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電以機(jī)械爐排焚燒、循環(huán)流化床焚燒為主。垃圾的燃燒與煤炭還是存在較大差異的，由于垃圾中灰分、堿性元素含量相對(duì)高，這也就導(dǎo)致其積灰情況相對(duì)較為嚴(yán)重，腐蝕問(wèn)題必須得到重視。目前，水冷壁受熱面腐蝕情況不容忽視，曾出現(xiàn)過(guò)爆管事故，進(jìn)一步研究垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕機(jī)理與防護(hù)對(duì)策具有重要意義。

4垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕機(jī)理分析

4.1積灰

垃圾焚燒爐的積灰含有氯和堿金屬元素，是影響鍋爐水冷壁腐蝕的重要因素：一是氯和堿金屬元素導(dǎo)致積灰熔點(diǎn)降低，熔融的積灰能加速保護(hù)性氧化層的受損。二是積灰內(nèi)的氯和堿金屬元素可通過(guò)類(lèi)似氣相氯腐蝕的活化氧化機(jī)理來(lái)?yè)p害金屬表面，當(dāng)水冷壁已經(jīng)出現(xiàn)了裂縫，則金屬氯化物會(huì)進(jìn)一步侵入管壁內(nèi)部，出現(xiàn)持續(xù)惡化的情況。三是積灰自身強(qiáng)度較高，在溫度波動(dòng)的影響下，會(huì)對(duì)水冷壁產(chǎn)生應(yīng)力沖擊，引發(fā)應(yīng)力裂縫，加劇化學(xué)腐蝕。

4.2蒸汽溫度

管壁溫度是影響鍋爐水冷壁腐蝕的重要因素：一是管壁溫度升高，積灰中熔融相物質(zhì)數(shù)量增加，積灰粘性增強(qiáng)；二是管壁溫度升高，腐蝕產(chǎn)物數(shù)量也會(huì)增加。據(jù)調(diào)查，水冷壁溫度與蒸汽溫度較為接近。根據(jù)相關(guān)研究顯示，蒸汽溫度上升50℃就會(huì)導(dǎo)致腐蝕速率明顯上升。

4.3 SNCR、水蒸氣

選擇性非催化還原（SNCR）系統(tǒng)能有效減少垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣中NOx排放濃度，但是SNCR系統(tǒng)以尿素為還原劑，會(huì)對(duì)鍋爐水冷壁產(chǎn)生腐蝕。相關(guān)研究表明：在高溫的作用下，尿素被分解，生成NH3、HNCO，其中HNCO的反應(yīng)情況主要可有分為兩種：一是977℃，HNCO處于惰性狀態(tài)；二是1177℃，HNCO與NO反應(yīng)。根據(jù)垃圾焚燒爐實(shí)際運(yùn)行情況分析可知：當(dāng)尿素進(jìn)入焚燒爐后立即分解，得到NH3、HNCO，HNCO與煙氣中NO產(chǎn)生反應(yīng)，但是由于存在反應(yīng)不完全的情況，部分HNCO與煙氣一起到達(dá)頂棚，此時(shí)溫度也會(huì)降至955℃。由上文分析可知，955℃下，HNCO呈惰性。煙氣在流轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生回旋區(qū)域，一旦進(jìn)入此區(qū)域，煙氣必然會(huì)出現(xiàn)一定時(shí)間的滯留情況，煙氣中的HNCO極易形成酸霧，直接腐蝕水冷壁受熱面。

5改善易腐蝕區(qū)域溫度水平的對(duì)策

易腐蝕區(qū)域煙溫水平高低與高溫腐蝕的嚴(yán)重程度直接相關(guān)。由此提出改善易腐蝕區(qū)域溫度水平的方法，即在易腐蝕區(qū)域加入貼壁風(fēng)，加裝方法和方式與燃煤電廠對(duì)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(qū)域加入貼壁風(fēng)是為了降低易腐蝕區(qū)域溫度，而燃煤電廠是為了改善易腐蝕區(qū)域壁面氣氛。貼壁風(fēng)是從風(fēng)機(jī)出口引出一股風(fēng)，通過(guò)管道引至易腐蝕區(qū)域外風(fēng)箱，再通過(guò)鰭片間開(kāi)出的間隙進(jìn)入易腐蝕區(qū)域，并與煙氣混合達(dá)到降低易腐蝕區(qū)域煙溫的目的。同時(shí)這股風(fēng)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(gè)角度考慮也能達(dá)到保護(hù)水冷壁管的作用。因貼壁風(fēng)是為了降低煙溫，所以這股風(fēng)風(fēng)溫不能高?，F(xiàn)在運(yùn)行狀態(tài)下，二次風(fēng)是未經(jīng)過(guò)暖風(fēng)器加熱的常溫風(fēng)，因此可用二次風(fēng)出口風(fēng)引入貼壁風(fēng)風(fēng)箱，并在進(jìn)入爐膛的二次風(fēng)管道前和進(jìn)入貼壁風(fēng)風(fēng)箱管道前加裝可調(diào)風(fēng)門(mén)，方便運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)貼壁風(fēng)和二次風(fēng)風(fēng)量的比例。貼壁風(fēng)加入后相當(dāng)于現(xiàn)在二次風(fēng)加入位置發(fā)生變化，即以前全部二次風(fēng)從爐膛下部進(jìn)入爐內(nèi)變?yōu)楝F(xiàn)在部分二次風(fēng)上移到從爐膛一煙道頂部進(jìn)入爐內(nèi)，這股風(fēng)可能會(huì)對(duì)鍋爐熱效率產(chǎn)生影響。

6提高水冷壁抗腐蝕能力的對(duì)策

由于造成垃圾焚燒余熱鍋爐水冷壁嚴(yán)重腐蝕的原因是煙氣中的強(qiáng)烈腐蝕氣氛和較高的近壁面溫度，因此采用表面防護(hù)方法來(lái)隔絕腐蝕氣氛、提高水冷壁的材料等級(jí)來(lái)增強(qiáng)抗腐蝕能力這兩種途徑是較為實(shí)際和可能的腐蝕被動(dòng)應(yīng)對(duì)方法。

6.1進(jìn)行水冷壁表面防護(hù)

針對(duì)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(hù)方法來(lái)抑制或延緩腐蝕。如采用熱噴涂方法噴涂高Cr、Ni材料。可預(yù)選幾種表面防護(hù)工藝和防護(hù)材料，在水冷壁腐蝕區(qū)域進(jìn)行分片塊實(shí)施，通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證進(jìn)行篩選和評(píng)價(jià)，如有切實(shí)效果，可進(jìn)一步試驗(yàn)優(yōu)化直至全面應(yīng)用。

6.2提高水冷壁材料等級(jí)

針對(duì)垃圾焚燒余熱鍋爐水冷壁的具體結(jié)構(gòu)情況，研究探索采取更換材料的方法來(lái)抑制或延緩腐蝕。由于水冷壁管屏安裝時(shí)不可避免地存在現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫，這些現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫基本上沒(méi)有條件和方法進(jìn)行焊后熱處理。因此選擇更換材料時(shí)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(qiáng)的鋼材合金含量較高，而合金含量達(dá)到一定程度后，如水冷壁這種拘束性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)一般均需要進(jìn)行焊后熱處理。

7結(jié)論

本文通過(guò)取樣分析水冷壁高溫腐蝕的影響因素，并對(duì)鍋爐進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以期獲得對(duì)沿程溫度特別是易腐蝕區(qū)域溫度水平的降低，從而改善易腐蝕區(qū)域溫度水平和被動(dòng)防護(hù)角度提出了相應(yīng)對(duì)策，有效地提高電廠經(jīng)濟(jì)效率。

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張英旭

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