何勇鋒

(昆明中電環(huán)保電力有限公司，昆明 650208)

0 前言

我國目前已經(jīng)投入運行的垃圾焚燒鍋爐有機械爐排爐、回轉窯、循環(huán)流化床鍋爐等幾種爐型。其中循環(huán)流化床鍋爐因其采用煤與垃圾混燒，煤中硫對二惡英的生成具有一定的抑制作用［1］。由于循環(huán)流化床鍋爐設備國產(chǎn)率較高，投資費用低等優(yōu)點，在國內(nèi)得到了一定程度的普及。但是目前在運行的循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐仍然存在諸多問題，如磨損、腐蝕、積灰以及進料和出渣堵塞等。本文針對異重循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐二次風系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞導致受熱面磨損和高溫過熱器出口段腐蝕加劇、以及返料量巨大等故障進行了分析。對采取調整措施后取得的效果和存在不足進行了探討。

1 鍋爐運行過程中出現(xiàn)的問題

1.1 二次風系統(tǒng)問題

由于垃圾給料間布置有垃圾給料鏈板和雙螺旋給料機，其密封效果較差。為了防止臭氣和鍋爐正壓時噴出的煙塵無組織排放，設計時將二次風取風口布置在垃圾給料間。但由于取風口設置過高，在運行過程中清掃困難。造成取風口濾網(wǎng)堵死。進而造成二次風量不足，二次風噴口的風壓降低至0.5 Kpa。又由于氧量計不準確，顯示氧量在10%以上，造成鍋爐長時間嚴重缺氧燃燒。

1.2 返料量過大

返料量的大小一般可由爐膛差壓值的大小來進行判斷，該爐型的爐膛差壓設計為200 Pa。但運行中長時間在500 Pa 以上，垃圾入爐不均勻時甚至超過1 000 Pa。

1.3 過熱器腐蝕

布置在尾部煙道的過熱器磨損、腐蝕嚴重。高低溫過熱器局部磨損經(jīng)常引起過熱器泄漏。高溫過熱器出口管圈出現(xiàn)較多的腐蝕坑，腐蝕主要集中在壁溫較高的管段。

1.4 受熱面積灰嚴重

過熱器積灰和一次風空預器積灰嚴重，運行25 天過熱器處煙氣阻力可達1 000 pa，一次風空預器煙氣阻力高達1 500 pa。

2 系列故障的原因分析

2.1 爐膛出口飛灰濃度升高

通過分析設計數(shù)據(jù)與運行工況，認為二次風系統(tǒng)堵塞導致二次風量和射流剛度不足，爐內(nèi)嚴重缺氧燃燒，是造成返料量過大根本原因。當爐內(nèi)嚴重缺氧燃燒時，勢必造成稀相區(qū)乃至尾部煙道有大區(qū)域的還原性氣氛。從爐膛出口攜帶飛灰顆粒中的含碳量較高，由于灰粒子中的固定碳未能燃燒轉化為氣態(tài)的CO 和CO2，也使得飛灰量增多。從分離器捕捉下來的大顆粒飛灰也就增多，爐膛差壓嚴重偏離了設計值。

2.2 二次風堵塞造成磨損加劇

二次風不足也是過熱器磨損加劇的重要原因。當前述原因使得爐膛出口的飛灰不正常的增多時，在旋風分離器效率一定的情況下，從分離器逸出的小顆粒(d＜100um)也就增多、煙氣中顆粒濃度增大，是造成過熱器部位磨損加劇的一個重要原因。

2.3 過熱器腐蝕加劇

垃圾焚燒鍋爐過熱器區(qū)域的腐蝕主要原因是煙氣中的cl 及其化合物在壁溫較高區(qū)域產(chǎn)生的高溫腐蝕，單二次風不足也還是高溫過熱器高溫腐蝕加劇的重要原因。垃圾焚燒爐中的金屬腐蝕主要為Cl 腐蝕，其次為S 腐蝕。下面對它們在還原性氣氛和氧化性氣氛中的腐蝕分別進行分析。

2.3.1 還原性氣氛下的S 腐蝕:

還原性氣氛下H2S 的濃度遠遠高于SO3的濃度，成為還原性氣氛下硫腐蝕的主體，它可以與鐵直接反應生成硫化鐵，硫化鐵可與金屬生成低熔點的共晶體。H2S 透過附面層，與磁性氧化鐵層中的復合FeO 作用。

反應方程:

2.3.2 氧化性氣氛下的S 腐蝕:

氧化氣氛下的S 腐蝕是SO2、SO3與管壁產(chǎn)生電化學腐蝕，另外酸性的SO3在硫酸鹽灰垢中具有溶解氧化物的傾向。其在低溫受熱面壁溫低于酸露點溫度時所造成的腐蝕比較明顯。

反應方程:

SO3+2e=SO2+O2－Me=Men++ne－(金屬的陽極氧化)

Fe2O3(堅固)十3 SO3(氣體)=Fe2(SO4)3(松散)

2.3.3 還原性氣氛下的S 腐蝕

實驗表明［3］，對S 腐蝕而言，還原性介質要比氧化性介質更具有腐蝕性。過熱器采用碳鋼，工作溫度在500℃情況下，H2S 的腐蝕量大約是同濃度SO2腐蝕量10 倍左右;采用低合金鋼12Cr1MoV 情況有所改善，同樣工作溫度為500℃，煙氣中H2S 濃度為0 02%～0.07% 時，煙氣的腐蝕性是同等條件下純空氣腐蝕性的2～4 倍。

2.3.4 還原性氣氛中的Cl 腐蝕:

由于高溫低氧燃燒條件下使煙氣中產(chǎn)生大量CO 還原性氣體，使得保護性的Fe2O3、Fe3O4氧化膜轉化為不具保護性的魏氏體FeO。［6］CO 對高溫腐蝕的作用主要表現(xiàn)在對Fe2O3保護膜的還原破壞［5］。Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2

在還原性氣氛中氣體中幾乎所有的Cl 以HCl形式出現(xiàn)，可以直接與氧化膜反應［6］，F(xiàn)e3O4+6HCl=3FeCl2+3H2O+1/ 2O2

因此在氧化膜直接和CO 及HCl 反應下，金屬的防護能力基本消失，腐蝕速率大大加快。

2.3.5 氧化性氣氛下的Cl 腐蝕:

張鶴生提出［7］，如受熱面管子所處的煙氣環(huán)境為含氧較高的氧化氣氛，則氧在積灰層的堿金屬氯化物硫化反應中消耗了一部分后，又有多余的氧透過積灰層深入到緊貼管壁表面的腐蝕前沿，與FeCl2發(fā)生下列反應:

因此，在氧化性氣氛的煙氣中，管壁表面已形成了Fe2O3保護層，Cl2就不再與管壁金屬反應，氯腐蝕反應即終止。而上述反應所釋放出來的Cl2只能與其他部分的清潔管壁金屬起反應。許明磊認為［8］受熱面的金屬管壁表面一般都會生成一層光滑致密的氧化保護膜，這層膜可以阻止氧化性氣體與金屬基體的接觸，減少腐蝕的發(fā)生。但是，如果腐蝕性氣體能夠穿透這一氧化保護層，就可能發(fā)生加速的腐蝕反應。一般認為氣態(tài)氯就具有這種能力。

通過第3.3.1－3.3.5 的分析可以認為鍋爐嚴重缺氧燃燒，在爐內(nèi)形成了強烈還原性氣氛將導致過熱器腐蝕加劇。#3、#4 爐的高溫過熱器出口段的腐蝕相對較輕，其腐蝕坑的深度不超過0.5mm，受腐蝕的管子也相對較少。而#1、#2 爐(二次風量相對更低)的腐蝕坑深度最高達2mm，50%的管子均已發(fā)現(xiàn)較多的腐蝕坑。也從實際中驗證了這種理論的正確性。

2.4 還原性氣氛對積灰的影響

過低的氧量(如＜2.5%)和過高的含碳量可能會加速積灰的形成［8］。且爐膛氧量過低也會引鍋爐高溫分離器后存在嚴重的后燃現(xiàn)象。而過熱器的燒結灰與溫度場關系密切。過熱器的積灰燒結強度和溫度成正比。其積灰速度與受熱面壁溫成正比。這也是設計比較好的垃圾焚燒鍋爐將過熱器入口煙溫控制在650℃的原因之一。

3 解決措施及不足

3.1 解決措施及效果

通過對二次風系統(tǒng)進行徹底清理，包括二次風取風口濾網(wǎng)、二次風空預器、二次風環(huán)形箱體。并要求操作人員必須提高二次風機變頻開度，提高二次風壓及射流剛度，以消除鍋爐存在的中心貧氧區(qū)。采取以上措施后，效果較好。

3.2 該爐型仍然存在的不足

由于過熱器入口的設計煙溫高達872℃雖然將高、低過采取了特殊布置，壁溫最高點不超過521℃。但對于腐蝕和積灰來說，仍然處于腐蝕和積灰的嚴重溫度區(qū)域。

一次風空預器進風溫為常溫，空預器部分管壁溫度低于酸露點溫度以下。雖然設計采用了搪瓷管，可以避免低溫腐蝕，但空預器的煙氣側發(fā)生積灰的情況目前仍然無法避免。運行周期不足2 個月就被迫停爐對過熱器和一次風空預器進行清灰。

4 結束語

1)還原性氣氛會加劇流化床垃圾焚燒鍋爐過熱器的腐蝕和積灰，導致運行參數(shù)嚴重偏離設計值。保證二次風足夠的風量和剛度，有助于減輕腐蝕和積灰，延長過熱器使用壽命和運行周期。

2)將過熱器布置在較低煙溫環(huán)境中，并將壁溫控制在中、低腐蝕區(qū)域是一個較好方法，比如在過熱器前布置對流受熱面，使過熱器入口煙溫低于650℃。國外引進的比較成熟的爐排爐均有采用這種設計，在工質參數(shù)為4Mpa、400℃的情況下腐蝕和積灰均比較輕。再采用振打+燃氣脈沖式清灰裝置和較大的管間距布置，連續(xù)運行周期可長達6 個月以上，運行近3 年尚未發(fā)現(xiàn)過熱器管子存在較嚴重的腐蝕。

3)增設蒸汽式空氣預熱器，將進入煙氣式空氣預熱器的空氣加熱到高于80℃，或者取消煙氣式空氣預熱器，可以避免空預器管子壁溫低于酸露點溫度引起的腐蝕和積灰。對管子的耐腐蝕性能要求也較低。

4)煙氣中含有cl 及其化合物是造成過熱器管子嚴重高溫腐蝕的根源，如采取在爐內(nèi)投入石灰石對其進行脫除，將是減輕腐蝕的方法之一。

［1］Environmental Science and Technology，2006，40 (22)，7040－7047

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［4］岑可法等 鍋爐和熱交換器的積灰、結渣 磨損和腐蝕的防止原理與計算［M］.科學出版社

［5］龔柏勛.垃圾焚燒爐煙氣成分對過熱器高溫腐蝕的影響及其防止方法初探.熱力發(fā)電1995.(6)54－57

［6］李遠士等.金屬材料在垃圾焚燒環(huán)境中的高溫腐蝕.腐蝕科學與防護技術.2000 (7)225－227

［7］張鶴聲 簡瑞民.垃圾焚燒鍋爐受熱面管壁金屬的面高溫腐蝕.同濟大學

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