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行分析。并結合具體項目，垃圾實際熱值比設計熱值偏高，導致高溫過熱器入口煙溫偏高實際情況?？偨Y分析高過管壽命短的成因，并提出建議。

【關鍵詞】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，城市垃圾的產生量有爆發性的增長，“垃圾圍城”成為城市管理者必須要面對的、非常嚴峻的現實問題。目前，國內垃圾處理的主要手段有填埋、焚燒兩種工藝。垃圾焚燒、余熱回收利用發電具有工藝簡單，運行可靠，垃圾處理速度快，處理量大的優點，是實現城市垃圾無害化、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得到快速的發展。

垃圾焚燒發電工藝原理是將垃圾放入焚燒爐中進行燃燒，釋放出熱能，用余熱鍋爐將余熱進行回收，加熱給水變成蒸汽，蒸汽送到汽輪機中推動汽輪發電機旋轉做功，將蒸汽的熱能轉化為電能，釋放熱能后的煙氣經煙氣凈化系統處理后排放，通過這一系列流程將垃圾由“廢物”變為可利用的“資源”。

目前，由于生活習慣等問題，我國用于焚燒的垃圾均沒有進行前端分類，因此其組成成份相當復雜，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也比較粘，加上垃圾焚燒余熱鍋爐受熱面布置的特點，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腐蝕的重要因素。

某垃圾焚燒發電廠從投產以來，余熱鍋爐高溫過熱器出現多次爆管現象，本文對爆管的原因進行分析，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。其焚燒爐主要技術參數如表1所示。

余熱鍋爐為單鍋筒、自然循環水管鍋爐。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180°彎進入第二通道，下行至第二通道出口處再向上轉180°彎后進入第三通道，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 高溫過熱器運行狀況

該垃圾焚燒發電廠共配置有3臺垃圾焚燒爐，焚燒爐正常運行時，爐內溫度偏高，從布置在高溫過熱器前的監測點顯示可知，當負荷同樣為18.7t/h時，煙氣溫度從剛剛啟爐時的約為580℃，經2、3個月的運行，緩慢爬升到650℃左右，遠遠高于設計值（594℃）。造成這一現象的主要原因是由于鍋爐設計垃圾熱值與實際熱值有較大偏差引起的。在鍋爐原設計中，垃圾的熱值取值為5650KJ/kg，而在實際運行中，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到6800KJ/kg，比設計值提高了1150KJ/kg，增幅約20%。

入爐垃圾熱值的變化對燃燒產生較大的影響。當垃圾的熱值升高時，垃圾容易著火且燃燒強度更高，爐膛內的溫度上升，按照已有的鍋爐水冷壁布置，爐內膜式水冷壁受熱面未能夠將煙氣溫度冷卻到設計值，造成在進入第三通道時煙溫偏高。在較高的煙溫環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。從投產以來，高溫過熱器的壽命約為3年，比同類型機組明顯偏低。每臺爐各經歷2次高溫過熱整組更換工作，使用壽命的后期出現多次爆管泄漏情況。

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行過分類的垃圾，經過焚燒處理后，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物，在焚燒后煙氣中產生濃度較高的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溫度的提高而加速。

2.2 腐蝕原理分析

由于燃料性質關系，垃圾焚燒煙氣中SO2的含量并不多，而煙氣中的NOx已在爐內進行脫除處理，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理如下[1]：

HCl與管壁氧化膜反應：

Fe2O3 + 6HCl=2FeCl3 + 3H2O

腐蝕產物FeCl3與管壁進一步反應：

2FeCl3+Fe=3FeCl2

同時，煙氣中的氯氣有很強的氧化性， 與管壁金屬及氯化物作用發生如下反應：

3Cl2+2Fe=2FeCl3

Cl2+ 2FeCl2=2FeCl3

此外，HCl與金屬及金屬氧化物發生下列反應：

2HCl+Fe=FeCl2+H2

2HCl+FeO=FeCl2+ H2O

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