摘要：垃圾焚燒發(fā)電廠水冷壁的高溫腐蝕已嚴(yán)重影響到機組的安全穩(wěn)定運行，在國內(nèi)多個垃圾焚燒發(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；對策；分析

1導(dǎo)言

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

2電廠鍋爐水冷壁分類

按結(jié)構(gòu)型式，主要有光管式、膜式和刺管式三類。光管水冷壁由一整排無縫鋼管組成，結(jié)構(gòu)最為簡單;膜式水冷壁是把許多軋制好的水冷壁鰭片管用點焊互相焊接在一起，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)，又能更好地保護爐墻，使?fàn)t墻重量減輕、結(jié)構(gòu)簡化。

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)來衡量。鍋爐容量小，s/d大(1.5-2)，金屬利用率高，對爐墻保護性能差，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，可以采用敷管爐墻。光管水冷壁制造工藝簡單，不需要大型機械化設(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，安裝時還需充分注意熱膨脹問題。

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);適合大型機械化生產(chǎn)，組裝率高;蓄熱能力小，縮短起、停爐時間。缺點是制造工藝較復(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，但鰭片管價格昂貴。二是光管加鰭片(扁鋼)成排焊成，材料成本低，易滿足多種節(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題分析

垃圾焚燒發(fā)電對改善環(huán)境、節(jié)約資源，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，它將成為未來垃圾處理的主要方式，目前我國垃圾焚燒發(fā)電以機械爐排焚燒、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、堿性元素含量相對高，這也就導(dǎo)致其積灰情況相對較為嚴(yán)重，腐蝕問題必須得到重視。目前，水冷壁受熱面腐蝕情況不容忽視，曾出現(xiàn)過爆管事故，進一步研究垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕機理與防護對策具有重要意義。

4垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕機理分析

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)致積灰熔點降低，熔融的積灰能加速保護性氧化層的受損。二是積灰內(nèi)的氯和堿金屬元素可通過類似氣相氯腐蝕的活化氧化機理來損害金屬表面，當(dāng)水冷壁已經(jīng)出現(xiàn)了裂縫，則金屬氯化物會進一步侵入管壁內(nèi)部，出現(xiàn)持續(xù)惡化的情況。三是積灰自身強度較高，在溫度波動的影響下，會對水冷壁產(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；二是管壁溫度升高，腐蝕產(chǎn)物數(shù)量也會增加。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，會對鍋爐水冷壁產(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)垃圾焚燒爐實際運行情況分析可知：當(dāng)尿素進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與煙氣一起到達頂棚，此時溫度也會降至955℃。由上文分析可知，955℃下，HNCO呈惰性。煙氣在流轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生回旋區(qū)域，一旦進入此區(qū)域，煙氣必然會出現(xiàn)一定時間的滯留情況，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)機出口引出一股風(fēng)，通過管道引至易腐蝕區(qū)域外風(fēng)箱，再通過鰭片間開出的間隙進入易腐蝕區(qū)域，并與煙氣混合達到降低易腐蝕區(qū)域煙溫的目的。同時這股風(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，從這個角度考慮也能達到保護水冷壁管的作用。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)在運行狀態(tài)下，二次風(fēng)是未經(jīng)過暖風(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，并在進入爐膛的二次風(fēng)管道前和進入貼壁風(fēng)風(fēng)箱管道前加裝可調(diào)風(fēng)門，方便運行時調(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入爐內(nèi)，這股風(fēng)可能會對鍋爐熱效率產(chǎn)生影響。

6提高水冷壁抗腐蝕能力的對策

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烈腐蝕氣氛和較高的近壁面溫度，因此采用表面防護方法來隔絕腐蝕氣氛、提高水冷壁的材料等級來增強抗腐蝕能力這兩種途徑是較為實際和可能的腐蝕被動應(yīng)對方法。

6.1進行水冷壁表面防護

針對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方法來抑制或延緩腐蝕。如采用熱噴涂方法噴涂高Cr、Ni材料?？深A(yù)選幾種表面防護工藝和防護材料，在水冷壁腐蝕區(qū)域進行分片塊實施，通過實際驗證進行篩選和評價，如有切實效果，可進一步試驗優(yōu)化直至全面應(yīng)用。

6.2提高水冷壁材料等級

針對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抑制或延緩腐蝕。由于水冷壁管屏安裝時不可避免地存在現(xiàn)場安裝焊縫，這些現(xiàn)場安裝焊縫基本上沒有條件和方法進行焊后熱處理。因此選擇更換材料時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，抗高溫腐蝕能力強的鋼材合金含量較高，而合金含量達到一定程度后，如水冷壁這種拘束性較強的結(jié)構(gòu)一般均需要進行焊后熱處理。

7結(jié)論

本文通過取樣分析水冷壁高溫腐蝕的影響因素，并對鍋爐進行相應(yīng)調(diào)整，以期獲得對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)域溫度水平和被動防護角度提出了相應(yīng)對策，有效地提高電廠經(jīng)濟效率。

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張英旭

通化國電龍源環(huán)境技術(shù)有限公司 吉林通化 134000

原標(biāo)題:垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕分析與解決對策

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