曲作鵬，田欣利，謝廣校，汪瑞軍，吳永新，王海軍

(1. 華北電力大學(xué)生物質(zhì)發(fā)電成套設(shè)備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 102206；2. 江蘇科環(huán)新材料有限公司，江蘇 淮安 223005；3. 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100083；4. 中國(guó)光大環(huán)境(集團(tuán))有限公司，廣東 深圳 518000)

0 前 言

隨著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出,垃圾發(fā)電已成為城市垃圾處理的主流方式。我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)雖然起步較晚,但也經(jīng)歷了30多年的發(fā)展,特別是進(jìn)入2010年后,中國(guó)垃圾焚燒發(fā)電進(jìn)入快速發(fā)展軌道,目前垃圾焚燒發(fā)電的裝機(jī)規(guī)模、發(fā)電量已躍居世界第一。余熱鍋爐垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔?鍋爐管道內(nèi)的水在吸收高溫?zé)煔獾臒崃亢?最終變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽去推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。而余熱鍋爐內(nèi)水與高溫?zé)煔鈸Q熱是通過(guò)布置在爐內(nèi)各個(gè)受熱面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。垃圾焚燒過(guò)程中,鍋爐四管(水冷壁、過(guò)熱器、再熱器、省煤器)在高溫條件下管壁會(huì)發(fā)生以氯化物、硫化物、堿金屬等為主的嚴(yán)重的高溫腐蝕,導(dǎo)致受熱面管壁快速減薄直至發(fā)生爆管,從而導(dǎo)致非常規(guī)性停爐檢修,帶來(lái)一系列的安全和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題,這已成為阻礙垃圾電站技術(shù)發(fā)展的瓶頸。特別是近年來(lái)國(guó)內(nèi)垃圾焚燒高參數(shù)鍋爐發(fā)展迅速,高參數(shù)鍋爐管道內(nèi)工質(zhì)運(yùn)行的高蒸汽壓力和溫度,會(huì)加快腐蝕速率,更增加了爆管風(fēng)險(xiǎn)[1-3]。

1 垃圾發(fā)電廠鍋爐煙道結(jié)構(gòu)及運(yùn)行環(huán)境

一直以來(lái),我國(guó)生活垃圾焚燒發(fā)電廠的主蒸汽常用參數(shù)主要為中溫中壓參數(shù)(溫度400 ℃,壓力4.0 MPa左右),中參數(shù)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)國(guó)內(nèi)已逐步成熟,技術(shù)進(jìn)步且經(jīng)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)豐富。隨著政府對(duì)垃圾焚燒發(fā)電補(bǔ)貼的減少,大多數(shù)垃圾焚燒廠更加注重通過(guò)提高發(fā)電量來(lái)提高垃圾焚燒的利潤(rùn);另外,隨著國(guó)民生產(chǎn)水平的提高,垃圾源頭分類逐步完善,垃圾熱值逐年增加,這些也為電廠高蒸汽參數(shù)技術(shù)提供了有利的技術(shù)條件。由于采用高參數(shù)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)可提高發(fā)電量,因此采用高參數(shù)垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)是垃圾焚燒的趨勢(shì)。鍋爐的設(shè)計(jì)壽命一般為28 a,鍋爐四管的涂層防護(hù)也要根據(jù)此壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)。高參數(shù)鍋爐因?yàn)槭軣崦姹跍靥岣叨鴮?dǎo)致腐蝕加劇,因此,其設(shè)備運(yùn)營(yíng)和維護(hù)費(fèi)用較中參數(shù)有所增加。高參數(shù)余熱鍋爐效率理論上可增加6%～7%的發(fā)電量,高參數(shù)余熱鍋爐28 a運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)比中參數(shù)余熱鍋爐高2～3倍,但綜合效益要明顯優(yōu)于中參數(shù)工藝。

2 煙道高溫防護(hù)涂層技術(shù)簡(jiǎn)述

多年來(lái),對(duì)垃圾鍋爐高溫防護(hù)來(lái)說(shuō),真正能夠應(yīng)用于水冷壁和過(guò)熱器的表面防護(hù)涂層制備的技術(shù)比較有限。熱噴涂技術(shù)盡管發(fā)源較早,但對(duì)于垃圾鍋爐管的表面防護(hù),由于結(jié)合強(qiáng)度偏低和孔隙率偏高,大多防護(hù)效果難盡如人意。相對(duì)來(lái)說(shuō),僅有超音速火焰噴涂(HVOF)效果較好,且已有部分企業(yè)應(yīng)用。但該方法由于粉末沉積率低,造成成本偏高,而服役壽命又無(wú)法與堆焊相比,致使其發(fā)展空間受限。以預(yù)先涂敷涂層于基體表面再進(jìn)行激光熔覆的方法,由于投資大、工藝復(fù)雜等問(wèn)題一直未能進(jìn)入規(guī)模化生產(chǎn)。此外,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外高溫陶瓷涂料技術(shù),特別是熱化學(xué)反應(yīng)生成陶瓷技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于垃圾焚燒電站鍋爐的高溫防腐。該技術(shù)不同于一般的熱噴涂方法,而是在常溫條件下,先將先驅(qū)體涂料噴涂或刷涂到管壁表面,當(dāng)鍋爐啟用后,隨著垃圾焚燒的溫度升到800～900 ℃,高溫使涂層產(chǎn)生熱化學(xué)反應(yīng),從而形成納米陶瓷涂層。但由于涂層厚度僅約0.1～0.2 mm,一般使用1～2 a就開(kāi)始出現(xiàn)斑駁型脫落,需重新刷涂,因此應(yīng)用也受限[4,5]。

目前在垃圾焚燒發(fā)電鍋爐高溫防腐行業(yè)的主流技術(shù)為Inconel625合金堆焊和新發(fā)展起來(lái)的感應(yīng)熔焊。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,堆焊技術(shù)較為成熟,平均防護(hù)壽命能達(dá)到10 a以上,也是目前公認(rèn)能使平均防護(hù)壽命達(dá)到最高的技術(shù),因此應(yīng)用最為廣泛。但因在制備過(guò)程中熔融的基體材料混入涂層材料導(dǎo)致的稀釋率較高和成本偏高、生產(chǎn)效率偏低等短板而受到其他新技術(shù)的挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)自2018年成功開(kāi)發(fā)垃圾電站鍋爐管道感應(yīng)熔焊技術(shù),大有后來(lái)居上之勢(shì)。雖然與堆焊相比其服役壽命略低,但涂層厚度只有約0.5 mm,與厚度約2.5 mm的堆焊層相比薄很多,且制備成本降低近一半,而生產(chǎn)效率又是堆焊的5倍以上。高性價(jià)比使感應(yīng)熔焊技術(shù)一進(jìn)入市場(chǎng),就很快受到業(yè)界的普遍歡迎,發(fā)展前景廣闊[6,7]。

2019年國(guó)內(nèi)在感應(yīng)熔焊技術(shù)的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步,成功開(kāi)發(fā)了感應(yīng)熔焊+超音速等離子噴涂金屬陶瓷復(fù)合涂層技術(shù),簡(jiǎn)稱復(fù)合感應(yīng)熔焊技術(shù)。即在水冷壁受熱面鎳基自熔合金感應(yīng)重熔后,管排剛從線圈出來(lái)仍處于紅熱高溫狀態(tài)時(shí),采用超音速等離子噴涂在重熔層表面立即噴涂一層金屬陶瓷面層,由于底層仍處于紅熱高溫狀態(tài),高速噴涂的陶瓷粒子極有可能有一部分熔入軟底層表面,形成釘扎效應(yīng),從而使面層的金屬陶瓷涂層和底層的金屬涂層間的結(jié)合實(shí)現(xiàn)微冶金結(jié)合,進(jìn)而使該方法制備的涂層服役壽命進(jìn)一步延長(zhǎng),與堆焊技術(shù)相當(dāng)[8-11]。

3 電站鍋爐煙道等壽命設(shè)計(jì)原則

目前,國(guó)內(nèi)垃圾電站的余熱鍋爐在應(yīng)用各種涂層技術(shù)進(jìn)行防腐時(shí),基本上都是采取同一種方法對(duì)整個(gè)鍋爐內(nèi)的所有金屬管道受熱面進(jìn)行防護(hù)。比如對(duì)某臺(tái)鍋爐水冷壁受熱面進(jìn)行涂層防護(hù)時(shí),很多垃圾電站都不論煙道類型、結(jié)構(gòu)部位等對(duì)所有受熱面采用堆焊Inconel625制備防護(hù)層,成本每平方米單價(jià)過(guò)萬(wàn)元。而多數(shù)鍋爐內(nèi)“四管”的受熱面面積可達(dá)上千乃至幾千平方米,且一般電站至少有2臺(tái)鍋爐,由此可知即使一座中型垃圾電站的防腐費(fèi)用也需數(shù)千萬(wàn)元,由此給企業(yè)帶來(lái)了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[12]。實(shí)際上,鍋爐內(nèi)部分為4個(gè)煙道,每個(gè)煙道內(nèi)管壁溫度和煙氣溫度差別都較大,相應(yīng)管壁的腐蝕環(huán)境和高溫腐蝕速率差別也較大;此外,根據(jù)管道服役壽命統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,管道腐蝕減薄乃至最后爆管的現(xiàn)象往往主要集中在高溫腐蝕速率最高的一些局部區(qū)域[13],對(duì)這些部位常需停爐檢修或切割換掉局部發(fā)生爆管的管道,但管道其他大部分仍可安全使用多年,有些甚至在鍋爐和所有管道都報(bào)廢后仍保持基本完好。也就是說(shuō),不同煙道的管道服役壽命差別較大。因此,這種鍋爐統(tǒng)一使用同一種方法進(jìn)行統(tǒng)一防護(hù)的模式,不僅使企業(yè)前期投入過(guò)大、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)沉重,同時(shí)也造成了自然資源和能源的很大浪費(fèi)。

針對(duì)上述問(wèn)題,本工作提出了鍋爐煙道防腐涂層“等壽命設(shè)計(jì)”的理念,就是在統(tǒng)計(jì)跟蹤檢測(cè)鍋爐“四管”高溫涂層失效數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,以鍋爐四管所有受熱面涂層的服役等壽命基本相同為原則,確定鍋爐受熱面表面腐蝕相對(duì)最嚴(yán)重(Ⅰ煙道)、較嚴(yán)重(Ⅱ煙道)、中等(Ⅲ煙道)、較輕(水平煙道)等四級(jí)區(qū)域。一般垃圾焚燒鍋爐運(yùn)行壽命為28 a,按等壽命原則,其管道在鍋爐服役期28 a內(nèi)更換次數(shù)在3次以內(nèi)比較合算。這是因?yàn)槿艄艿婪蹓勖陀? a,管道更換將超過(guò)3次,耗費(fèi)人力物力偏多,經(jīng)濟(jì)性偏低;若高于10 a,雖然更換次數(shù)降低,但以目前的防護(hù)技術(shù)來(lái)說(shuō),需耗費(fèi)很高的防護(hù)成本,綜合衡量也很不劃算,所以水冷壁和過(guò)熱器、再熱器、省煤器8～10 a的服役壽命比較合理。根據(jù)鍋爐內(nèi)每個(gè)煙道實(shí)際溫度和管道腐蝕速率的變化規(guī)律[13],選用既能滿足該煙道的防護(hù)要求、同時(shí)經(jīng)濟(jì)性又好的防護(hù)方法,精細(xì)化制定腐蝕防護(hù)策略和方案,實(shí)現(xiàn)“一道一策”及“一道一材”。就是對(duì)位于鍋爐內(nèi)服役工況惡劣、腐蝕速率高的區(qū)域和部位,盡量選擇高性能的涂層工藝和材料;而對(duì)腐蝕較輕之處選擇相對(duì)經(jīng)濟(jì)型的工藝和材料。這樣不僅大大降低了爆管的風(fēng)險(xiǎn),減少了非規(guī)性停機(jī)檢修的次數(shù),更重要的是按照這種等壽命防護(hù)新理念,經(jīng)精細(xì)化防護(hù)后使各煙道的管道服役壽命接近,從而在鍋爐“四管”服役壽命與鍋爐整體服役壽命接近的前提下,大大降低了企業(yè)的負(fù)擔(dān),最大限度地節(jié)能、節(jié)材,減少資源浪費(fèi)。此外,在制定防護(hù)方案時(shí),盡量避免由于考慮過(guò)細(xì)而使工序變得繁雜,降低了可操作性,盡可能保證工藝的相對(duì)完整性。

4 煙道的腐蝕規(guī)律分析

垃圾焚燒電站的余熱鍋爐有不同的結(jié)構(gòu)形式,本工作以具有代表性的某垃圾電站高參數(shù)余熱鍋爐為例[14],該鍋爐垃圾處理規(guī)模為600 t/d,垃圾設(shè)計(jì)熱值為7 117 kJ/kg,主蒸汽參數(shù)為6.4 MPa,485 ℃。

該余熱鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。鍋爐為臥式布置單鍋筒、自然循環(huán),受熱面采用懸吊結(jié)構(gòu),由3個(gè)垂直膜式水冷壁通道(即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ煙道)和1個(gè)水平煙道組成,水平煙道從前至后依次布置了蒸發(fā)器、高溫過(guò)熱器、中溫過(guò)熱器、2組低溫過(guò)熱器以及3組省煤器。在過(guò)熱器之間布置了兩級(jí)噴水減溫器,用來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)熱器出口汽溫。

圖1 高參數(shù)垃圾焚燒余熱鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖[14]Fig. 1 Schematic diagram of waste incineration waste heat boiler structure[14]

圖2表示垃圾焚燒發(fā)電鍋爐受熱面管壁溫度與腐蝕速率關(guān)系曲線。由圖2可知,在垃圾焚燒環(huán)境中,隨著壁溫的升高,腐蝕速率和劇烈程度都有相對(duì)提高。當(dāng)壁溫在20～150 ℃區(qū)間,屬于以電化學(xué)腐蝕為主的低溫腐蝕,腐蝕曲線出現(xiàn)第一個(gè)高峰,說(shuō)明腐蝕較為嚴(yán)重;當(dāng)溫度高于300 ℃時(shí),可認(rèn)為已進(jìn)入高溫腐蝕易發(fā)區(qū)域,在壁溫300～480 ℃之間為弱腐蝕區(qū),腐蝕并不嚴(yán)重,主要發(fā)生FeCl3、堿性鐵硫酸鹽的生成;在壁溫550～700 ℃之間為強(qiáng)腐蝕區(qū),腐蝕曲線出現(xiàn)第二個(gè)高峰,腐蝕最為嚴(yán)重,主要是由于發(fā)生了FeCl3氧化及堿性鐵硫酸鹽的分解。

圖2 余熱鍋爐受熱面管壁溫度與腐蝕速率的關(guān)系[6]Fig. 2 The relationship between the wall temperature of the heating surface of the waste heat boiler and the corrosion rate[6]

表1為水冷壁和高溫過(guò)熱器分別在高參數(shù)和中參數(shù)條件下的介質(zhì)溫度與壁溫?cái)?shù)據(jù)[6]。由表1可知,中、高參數(shù)水冷壁的壁溫均在309～389 ℃之間,對(duì)比圖2腐蝕曲線可知,水冷壁的腐蝕速率隨溫度的升高緩慢上升;而中、高參數(shù)過(guò)熱器的壁溫為450～535 ℃,過(guò)熱器的腐蝕速率隨溫度的升高快速上升,由此看出,高溫過(guò)熱器的腐蝕非常嚴(yán)重。

表1 垃圾鍋爐易發(fā)生腐蝕區(qū)域的管壁溫度[12]Table 1 Pipe wall temperature in corrosion-prone areas of waste boilers[12]

在垃圾焚燒過(guò)程中,除了管道壁溫對(duì)管道腐蝕速率的影響之外,煙氣溫度同樣有較大影響。圖3表示高溫腐蝕與煙氣溫度、受熱面管壁溫度的關(guān)系[14]。圖3針對(duì)受熱面管壁腐蝕減薄以致發(fā)展到爆管的危險(xiǎn)性劃分出3個(gè)區(qū)域。在左邊的低腐蝕風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(small corrosion risk) 內(nèi)管壁幾乎不發(fā)生腐蝕,在右邊的腐蝕區(qū)(corrosion area)內(nèi)管壁極易腐蝕,中間還有一段過(guò)渡區(qū)(transition area),在過(guò)渡區(qū)內(nèi)管壁存在一定程度的腐蝕。

圖3 煙氣溫度、管壁溫度與腐蝕速率的關(guān)系[14]Fig. 3 The relationship between flue gas temperature, pipe wall temperature and corrosion rate[14]

該余熱鍋爐熱力參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸如表2所示。參考表2中的熱力參數(shù),將余熱鍋爐中各受熱面進(jìn)出口的煙氣和管壁介質(zhì)溫度標(biāo)識(shí)在圖3中,可得余熱鍋爐各受熱面管壁腐蝕特征見(jiàn)圖4。由圖4可知,位于Ⅰ煙道的水冷壁輻射受熱面由于服役溫區(qū)處于強(qiáng)腐蝕區(qū)內(nèi),故高溫腐蝕最嚴(yán)重;位于Ⅱ煙道的水冷壁雖處于弱腐蝕區(qū),但由于煙溫偏高使該煙道內(nèi)的積灰腐蝕較為嚴(yán)重;位于水平煙道的高溫過(guò)熱器和部分輻射受熱面的服役溫區(qū)處于過(guò)渡區(qū)內(nèi),處于弱腐蝕區(qū)和過(guò)渡區(qū)之間。其他如位于Ⅲ煙道水冷壁和水平煙道的中、低溫過(guò)熱器的服役溫區(qū)均處于弱腐蝕區(qū),相對(duì)較為安全。但是,對(duì)于安裝在水平煙道出口端的省煤器,壁溫<250 ℃、煙溫<300 ℃,雖然從圖4看服役溫度較低,腐蝕危險(xiǎn)性不高,但根據(jù)圖2可知,在壁溫<150 ℃的條件下,腐蝕曲線出現(xiàn)一個(gè)高峰,這是屬于以電化學(xué)腐蝕為主的低溫腐蝕,其腐蝕速率幾乎不亞于高溫區(qū)。所以,圖2和圖4要結(jié)合起來(lái)分析,才能確定管壁在各種溫度下的腐蝕規(guī)律。

表2 余熱鍋爐熱力參數(shù)表[14]Table 2 Waste heat boiler thermal parameter table[14]

圖4 余熱鍋爐各煙道受熱面管壁腐蝕特征圖[14]Fig. 4 Corrosion characteristics of pipe wall of each flue heating surface of waste heat boiler[14]

5 垃圾電站煙道的精細(xì)化防腐策略

依據(jù)鍋爐內(nèi)管道材料等壽命設(shè)計(jì)原則,下面根據(jù)圖4中的中參數(shù)垃圾鍋爐各煙道的腐蝕速率與特征,按煙道分別闡述應(yīng)用相應(yīng)的涂層防護(hù)方法和材料。

(1)Ⅰ煙道 Ⅰ煙道水冷壁分為上部與中、下兩部分。對(duì)于煙道的中、下部水冷壁,由于離垃圾焚燒區(qū)域較近,所以輻射煙溫為所有煙道中相對(duì)最高(>950 ℃),但由于有澆注料阻隔,所以水冷壁受熱面實(shí)際受到的煙溫<750 ℃,且傳到受熱面的腐蝕性氣體濃度也不太高,管壁溫度約290 ℃。因此建議水冷壁受熱面采用復(fù)合感應(yīng)熔焊涂層防護(hù),底層為鎳基自熔合金,面層為金屬陶瓷Al2O3+NiCr-Cr3C2;對(duì)于Ⅰ煙道的上部和頂棚,由于水冷壁直接暴露于高溫?zé)煔?>900 ℃)和高濃度的腐蝕性氣體中,壁溫約300 ℃,如圖4所示,這部分水冷壁大部分處于強(qiáng)腐蝕區(qū)內(nèi),部分處于過(guò)渡區(qū)和弱腐蝕區(qū),腐蝕水平是水冷壁中最惡劣的,所以應(yīng)按照最高等級(jí)進(jìn)行防護(hù),建議采用Inconel625堆焊。

(2)Ⅱ煙道 該煙道水冷壁的壁溫約310 ℃,煙溫約750～850 ℃,由圖4可知水冷壁雖處于弱腐蝕區(qū),但由于煙溫偏高使該煙道內(nèi)的積灰腐蝕較為嚴(yán)重,防護(hù)級(jí)別應(yīng)接近于Ⅰ煙道,故推薦復(fù)合感應(yīng)熔焊工藝,對(duì)底層統(tǒng)一采用鎳基自熔合金方案,面層采用金屬陶瓷材料,針對(duì)不同參數(shù)的鍋爐,金屬陶瓷材料分別推薦為:中溫中壓鍋爐Al2O3+ 40%TiO2,中溫次高壓鍋爐Al2O3+13%TiO2+NiCr-Cr3C2,次高溫次高壓鍋爐Al2O3+NiCr-Cr3C2,高溫高壓鍋爐ZrO2+ NiCr-Cr3C2。

(3)Ⅲ煙道 在該煙道內(nèi)布置有對(duì)流式水冷壁,腐蝕速率為中等水平。水冷壁壁溫約310 ℃,煙溫約650～750 ℃,在圖4中仍處于弱腐蝕區(qū)。因此防護(hù)宜采用中等級(jí)別的方法,故推薦采用感應(yīng)熔焊,涂層材料為鎳基自熔合金。

(4)水平煙道 由圖1可知,在水平煙道內(nèi),依次安裝有高、中、低溫過(guò)熱器及省煤器等金屬管道。由于過(guò)熱器的作用是將飽和蒸汽轉(zhuǎn)換為過(guò)熱蒸汽以推動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)做功發(fā)電,所以管道內(nèi)水蒸氣溫度顯然要比水冷壁中的水溫要高,壁溫也相應(yīng)升高[15-18]。低溫過(guò)熱器一般作為過(guò)熱器系統(tǒng)被真正加熱的第一級(jí)過(guò)熱器,中溫過(guò)熱器為第二級(jí),高溫過(guò)熱器是過(guò)熱器系統(tǒng)的最后一級(jí)過(guò)熱器,工質(zhì)溫度最高。而省煤器的作用是使進(jìn)入汽包的水溫達(dá)到250 ℃而對(duì)其提前加熱[19]。因此,水平煙道內(nèi)的這幾種管道壁溫相差較大。如圖4所示,高溫過(guò)熱器的壁溫對(duì)中參數(shù)鍋爐而言為450 ℃,對(duì)高參數(shù)來(lái)說(shuō)為485 ℃,煙溫550～600 ℃。由圖2可知,其服役溫區(qū)極有可能進(jìn)入過(guò)渡區(qū),腐蝕很嚴(yán)重,故推薦采用復(fù)合感應(yīng)熔焊工藝,底層采用鎳基自熔合金材料,面層采用金屬陶瓷Al2O3+ 40%TiO2;相比高溫過(guò)熱器,中、低溫過(guò)熱器溫度明顯降低,服役溫區(qū)均位于弱腐蝕區(qū)內(nèi),所以推薦采用感應(yīng)熔焊防護(hù)方法;對(duì)于安裝在水平煙道出口端的省煤器,壁溫<250 ℃、煙溫<300 ℃,雖然服役溫度較低,但根據(jù)圖2可知,在壁溫<150 ℃的條件下,腐蝕曲線出現(xiàn)一個(gè)高峰,這是屬于以電化學(xué)腐蝕為主的低溫腐蝕,但腐蝕速率幾乎不亞于高溫區(qū)。電化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)是較少出現(xiàn)點(diǎn)蝕坑,腐蝕面積大,同樣可使管壁迅速減薄最終導(dǎo)致破裂[20]。考慮到省煤器受熱面積較大,從性價(jià)比綜合考量,推薦采用冷噴高溫陶瓷涂料。該方法雖然服役壽命只有1～2 a,但優(yōu)點(diǎn)是成本低廉,可在現(xiàn)場(chǎng)重新噴涂,操作方便。

將上述各煙道所采用的涂層防護(hù)方法和涂層材料用表3表示。如按照多年來(lái)很多垃圾電站鍋爐廠家對(duì)腐蝕防護(hù)的傳統(tǒng)做法——對(duì)4個(gè)煙道內(nèi)的所有管道受熱面,大多采用傳統(tǒng)Inconel625堆焊的方法,單價(jià)>12 000元/m2。根據(jù)表2中的受熱面積計(jì)算,防護(hù)面積為8 455.4 m2,如果再加上各煙道的附加受熱面如再熱器、蒸發(fā)器等,總防護(hù)面積超過(guò)9 000 m2。如采用提出的基于煙道精準(zhǔn)防護(hù)的策略,則每個(gè)垃圾電站成本將下降30%以上。由此可知,按照等壽命設(shè)計(jì)原則制定的分煙道精細(xì)化防腐策略,可大大降低企業(yè)的一次性投入,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表3 垃圾焚燒鍋爐各煙道管道涂層精細(xì)化防腐設(shè)計(jì)策略一覽表Table 3 List of fine anti-corrosion design strategies for coating of each flue pipe of waste incineration boiler

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)按等壽命原則,水冷壁和過(guò)熱器、再熱器、省煤器8～10 a的服役壽命比較合理。應(yīng)根據(jù)鍋爐內(nèi)每個(gè)煙道實(shí)際溫度和管道腐蝕速率的變化規(guī)律,選用既能滿足該煙道的防護(hù)要求,同時(shí)經(jīng)濟(jì)性又好的防護(hù)方法,精細(xì)化制定腐蝕防護(hù)策略和方案,實(shí)現(xiàn)“一道一策”或“一道一材”。

(2)Ⅰ煙道的水冷壁輻射受熱面由于服役溫區(qū)處于強(qiáng)腐蝕區(qū)內(nèi),故高溫腐蝕最嚴(yán)重;Ⅱ煙道的水冷壁與位于水平煙道的高溫過(guò)熱器的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)較大;Ⅲ煙道水冷壁和水平煙道的中、低溫過(guò)熱器的服役溫區(qū)均處于弱腐蝕區(qū),相對(duì)較為安全。水平煙道出口端的省煤器受低溫電化學(xué)腐蝕,可使管壁迅速減薄最終導(dǎo)致破裂。

(3)Ⅰ煙道的中、下部水冷壁,由于有澆注料阻隔,建議采用復(fù)合感應(yīng)熔焊涂層防護(hù);Ⅰ煙道的上部和頂棚,建議采用Inconel625堆焊。Ⅱ煙道水冷壁推薦復(fù)合感應(yīng)熔焊工藝,面層材料根據(jù)鍋爐蒸汽參數(shù)不同選用不同的金屬陶瓷。Ⅲ煙道水冷壁推薦采用感應(yīng)熔焊,涂層材料為鎳基自熔合金。水平煙道中的高溫過(guò)熱器推薦采用復(fù)合感應(yīng)熔焊工藝。中、低溫過(guò)熱器推薦采用感應(yīng)熔焊工藝。省煤器推薦采用高溫陶瓷涂料。按照等壽命設(shè)計(jì)原則制定的分煙道精細(xì)化防腐策略,可大大降低企業(yè)的一次性投入,經(jīng)濟(jì)效益顯著。