浅析垃圾焚烧炉受热面腐蚀及应对措施
发表时间：2018-11-13T12:44:32.107Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第20期作者：伍君
[导读] 本文主要就垃圾焚烧炉受热面腐蚀问题进行分析，从腐蚀的原理进行剖析，罗列出了导致受热面腐蚀的种种原因，并以此提出了相应的应对措施，从而延长了锅炉的长期有效运行。
伍君
南宁市三峰能源有限公司广西南京 530215
摘要：本文主要就垃圾焚烧炉受热面腐蚀问题进行分析，从腐蚀的原理进行剖析，罗列出了导致受热面腐蚀的种种原因，并以此提出了相应的应对措施，从而延长了锅炉的长期有效运行。
关键词：垃圾焚烧炉；氧化膜；高温腐蚀
一、引言
目前，国内垃圾处理的主要手段有填埋、焚烧两种工艺。
其中，垃圾焚烧方式具有工艺简单，运行可靠，垃圾处理速度快，处理量大的优点，是实现城市垃圾无害化处理的有效方法之一。
垃圾焚烧发电工艺原理是将垃圾在焚烧炉中进行燃烧，释放出热能，加热给水变成蒸汽，蒸汽进入汽轮机中做功，实现热能转化为电能，释放热能后的烟气经烟气净化系统处理后排放，通过这一系列流程将垃圾“变废为宝”。
由于我国垃圾分类尚处于起步阶段，因此其组成成份相当复杂，既有可燃的，如塑料、纸张等，也有不可燃的，如石头、废弃金属等。
垃圾经过焚烧处理后，生成的烟气中含有HCI、NOx、SO2等酸性腐蚀气体，加上垃圾焚烧余热锅炉受热面布置的特点，过热器一般为卧式布置，很容易粘附在过热器管子表面，降低换热效果，造成烟气温度偏高，从而产生高温腐蚀现象。
二、高温腐蚀分析及危害
垃圾焚烧后产生的热烟气中含有大量的HCI、NOx、SO2、Cl2等酸性腐蚀气体，这些气体与炉膛里的受热面发生化学反应如下：
FeO+2HCl=2FeCl+H2O
FeCl+Cl2=FeCl3
FeO+NO2→Fe（NO4）3
FeO+SO2=FeSO3
受热面的氧化膜被酸性气体破坏后，其裸露出来的铁（Fe）更容易受到腐蚀，受热面的腐蚀反应就一直会进行下去，而且随管壁温度升高，反应越剧烈，此外，处于垃圾焚烧环境中的金属材料，其表面上粘附堆积的粉尘中除金属氧化物外，还含有高浓度的碱金属和其他重金属的氯化物和硫酸盐，可与其他物质结合形成低熔点的共晶混合物，大大增加了高温部件金属材料的腐蚀速率。
另外，管壁温度对腐蚀的影响很大，是影响高温腐蚀的最重要的因素之一。
在垃圾焚烧炉中，由于燃料含氯（Cl）成分高，与燃煤燃油锅炉相比，燃烧过程生成了更多的低熔点熔盐腐蚀物质，腐蚀程度随温度的变化更加剧烈。
国内有数据显示，当管壁温度达到450℃以上时，锅炉受热面高温腐蚀呈现加剧的现象，在高温的作用下，金属受热面不断被侵蚀、流失、减薄，严重的威胁到锅炉的安全运行，最终将导致爆管、停炉。
三、焚烧炉受热面腐蚀的原因分析
垃圾焚烧焚烧炉受热面包括焚烧炉内的水冷壁、预热器、过热器、蒸发器、省煤器。
这些受热面由各种直径的管子或管屏组成，管子外部是焚烧过程产生的高温烟气，高温烟气通过辐射或对流换热的方式将热量传递给管子内部流动的高压汽水介质。
由于管子内部流动的是高压介质，一旦焚烧炉受热面严重腐蚀可能造成穿管，影响焚烧炉正常运行，导致生活垃圾无法及时处理。
因此，解决垃圾焚烧厂焚烧炉受热面腐蚀问题对全厂的安全稳定运行意义重大，可减少非计划停炉的次数，提高焚烧线的运行效率。
（一）垃圾热值提高造成的高温腐蚀
随着居民生活水平不断提高，生活垃圾热值也在逐年提高。
以某市生活垃圾为例，2015年，生活垃圾焚烧厂的入炉垃圾低位热值为5862kJ/kg（1400kcal/kg），而近梁年来垃圾热值有了大幅提高，目前该城区生活垃圾的入炉垃圾热值已达到8356kJ/kg（2000kcal/kg）以上。
焚烧炉设计热值为1700kcal/kg，而焚烧厂投运初期入炉垃圾热值已超过1700kcal/kg。
近一年来的采样分析数据显示，入炉垃圾平均热值已达到2149kcal/kg，远超过了设计热值，从而导致焚烧炉的处理量达不到设计值。
但为了保障生活垃圾能够得到及时有效的无害化处理，全厂部分时段处于超负荷运行状态，运行过程中容易出现焚烧炉炉膛热负荷过高，炉膛内部超温等问题，导致炉内结焦严重，炉膛出口远远超过设计温度导致锅炉换热面高温腐蚀严重等现象。
该焚烧厂在建设前期考虑到垃圾含水率高，垃圾热值低的特点，设计时在过热器前端设置了烟风预热器。
通过高温烟气将空气加热，最高可加热至300℃，保证低热值垃圾良好的焚烧。
由于垃圾焚烧后的烟气腐蚀性强并且空气冷却效果差，为提高烟风预热器的使用寿命，该设备选用了高温耐热不锈钢SUS310材质。
而本项目运行一段时间后实际入炉垃圾热值远高于设计值，运行中也无需采用烟风预热器将空气加到200℃以上，仅仅通过蒸汽预热器将一次风加热至80℃左右。
根据其他焚烧厂的使用经验数据，烟风预热器的更换频率大约为8~10年，由于使用温度远超过设计温度，使用寿命大大缩短，运行至今虽未出现穿管等问题，但磨损情况已相当严重。
如果出现换热管腐蚀穿管，烟气会混入空气中，同时也加剧了空气管路等设备的腐蚀，并且也极大影响焚烧线运行的稳定性。
因此，在停炉检修时必须对已达到一定磨损量的换热管进行更换。
同原有设计相比这部分设备由于运行环境发生变化导致运行维护费用大幅度增加。
（二）焚烧炉受热面积灰造成的高温腐蚀
焚烧炉受热面的清灰不及时或清灰效果不佳，均会使受热面的传热受阻，导致受热面的表面温度过高。
且焚烧炉产生的烟气还有大量酸性气体，过高的温度会加剧受热面的高温腐蚀。
受热面的高温腐蚀程度与温度有关，温度越高，腐蚀越严重。
一般来说，高温腐蚀最强烈的温度区域在650~700℃。
因此，及时清灰避免受热面局部温度过高十分重要。
焚烧厂清灰设备包括机械振打装置和布置在三级过热器前和烟风预热器前的激波吹灰装置。
机械振打装置由于制造精度和安装精度未能达到设计值，水平烟道在振打过程中，仅换热面下部的清灰效果较明显。
激波吹灰装置安装位置不正确，三级过热器和烟风预热器间烟气温度较高，一般维持750℃左右，激波清灰装置在高温条件下清灰效果不明显。
由于垃圾焚烧炉飞灰的黏性较大，加之吹灰器对受热面清洁作用较差，导致焚烧炉飞灰长期吸附在受热面表面。
随着运行时间增长飞灰结块严重，最终焚烧炉受热面管排大面积积灰，致使受热面表面温度过高造成金属高温腐蚀。
（三）锅炉受热面材质对腐蚀的影响
烟风预热器管材选用的是SUS310S材质，但由于SUS310S该材质价格过高，而且根据设计计算，三级过热器的使用温度没有烟风预热器高。
综合考虑两者的性价比，过热器使用15Mo3材质替代SUS310S材质。
纵观国内各大已运行的焚烧厂，过热器均未采用SUS310S或等同材质，大部分使用的是15Mo3。
而SUS310S和15Mo3这两种材质由于成分中镍（Ni）含量的不同，其腐蚀的性能也有较大差异。
在试验工况下，SUS310S材质的耐腐蚀性远远高于15Mo3材质。
四、应对措施
①控制燃烧，控制好炉温，从而控制好烟温。
②加强吹灰，提高受热面的换热效率。
③采用新型的耐高温腐蚀材料。
④炉内加添加剂，如生石灰、石灰石等物质，吸收腐蚀性气体HCI，降低高温区域腐蚀性气体浓度，除缓解高温腐蚀外，还能形成高熔点复合物。
五、结束语
烟气中存在大量的酸性气体，锅炉受热面腐蚀是一个长期的研究课题，采取上述措施可以从很大程度上缓解了受热面的腐蚀速率。
参考文献
[1]陈杰，屠梅曾，熊纬.，化腐朽为神奇—城市生活垃圾的资源化，科学学与科学技术管理，2002，23（9）：70一72.
[2]马海涛.高温氯盐环境中金属材料的腐蚀[D].大连：大连理工大学，2003.。