垃圾焚燒爐脈沖吹灰器腐蝕失效的機(jī)理分析及防范措施

謝國(guó)利，周雪峰，卞建忠，夏臨明，許衛(wèi)榮

(湖州市特種設(shè)備檢測(cè)中心，浙江湖州313000)

0 引言

鍋爐積灰是影響鍋爐高效運(yùn)行的重要因素，對(duì)于垃圾焚燒爐而言，其危害更為突出，它不但影響鍋爐受熱面的傳熱效率，直接導(dǎo)致鍋爐熱效率下降，更為嚴(yán)重的是這種積灰的腐蝕性強(qiáng)，當(dāng)積灰達(dá)到一定程度后，會(huì)引起換熱管束腐蝕爆管堵塞，迫使生產(chǎn)裝置無(wú)法保證長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行，造成重大經(jīng)濟(jì)損失［1-3］。為此，垃圾焚燒電站都會(huì)采用各種形式的吹灰裝置以解決鍋爐尾部煙道的積灰以及安全問(wèn)題。

目前常用的吹灰器按照其吹灰的原理可以分為以下幾種：1.蒸汽吹灰;2.聲波吹灰;3.鋼珠吹灰;4.脈沖吹灰。在以上幾種吹灰方式中，除了脈沖吹灰是近年來(lái)新崛起的一項(xiàng)技術(shù)，其他各種吹灰方法都已在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用多年，其優(yōu)缺點(diǎn)也已被前人所總結(jié)［4、5］，而脈沖式吹灰器的各類(lèi)缺陷尚有待總結(jié)，在本文中，作者通過(guò)對(duì)一起垃圾焚燒爐脈沖吹灰器腐蝕失效事故的原因分析，闡明的脈沖吹灰器產(chǎn)生腐蝕的機(jī)理，提出了相應(yīng)的防范措施，為此類(lèi)吹灰器的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了參考。

1 脈沖吹灰技術(shù)

脈沖吹灰器是將燃?xì)夂涂諝庖砸欢ǖ谋壤旌纤腿瞬⒊錆M主發(fā)生器部分及工作部分，其中燃?xì)獬＿x擇價(jià)格低廉、氣體比能高且在工廠中容易得到的乙炔，然后將此混合氣體在控制系統(tǒng)的控制下在主發(fā)生器部分被點(diǎn)燃，產(chǎn)生劇烈的爆燃使其瞬間升至高壓，并在火焰烽面前形成壓縮波，在火焰經(jīng)過(guò)導(dǎo)焰管傳播過(guò)程中，壓縮波也不斷加強(qiáng)，最終火焰?zhèn)鞑ブ撩}沖波發(fā)生器內(nèi)并點(diǎn)燃其中的可燃混合氣體，形成的強(qiáng)烈脈沖波與從導(dǎo)焰管傳遞來(lái)的壓縮波經(jīng)調(diào)劑和加強(qiáng)后一并從噴口噴射到鍋爐的換熱設(shè)備表面上，使受熱面上的積灰受脈沖波的作用而破碎、剝落。通過(guò)控制脈沖波的能量及噴口形狀和位置，可使受熱面的積灰在高強(qiáng)度的脈沖波作用下脫落，以減少鍋爐受熱面上不同類(lèi)型的積灰［6，7］。

燃?xì)饷}沖波吹灰器系統(tǒng)由主發(fā)生器、控制和工作三個(gè)部分組成，具體見(jiàn)圖1。主發(fā)生器部分包括空氣和燃?xì)獾幕旌掀?、點(diǎn)火器、層分配器以及各種控制閥門(mén)、傳感器等;控制部分包括控制柜和計(jì)算機(jī)等;工作部分包括導(dǎo)焰管、燃?xì)饷}沖波發(fā)生器和燃?xì)饷}沖波噴口。脈沖吹灰器的優(yōu)點(diǎn)在于其釋放能量和有效吹灰空間大，吹灰時(shí)間短，見(jiàn)效快，硬灰軟灰均可有效的吹除而不留死角，吹灰介質(zhì)溫度高，受熱面干燥，再積灰的速度慢［8］。另外，運(yùn)行成本低，安全可靠，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化控制，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)量小，也是脈沖吹灰器的優(yōu)勢(shì)。

2 事故情況

圖2-3為我市某垃圾焚燒發(fā)電廠的一臺(tái)NG-75/5.3/485-M4型循環(huán)流化床上的脈沖吹灰器發(fā)生腐蝕失效的現(xiàn)場(chǎng)圖片，該鍋爐所使用的脈沖吹灰器都使用乙炔為燃料，其腐蝕失效位置常發(fā)生在脈沖激波發(fā)生器上，如圖2所示;激波發(fā)生器與噴口的連接彎頭，如圖3所示，若采用右邊直角形式的彎頭，在使用一段時(shí)間后都會(huì)產(chǎn)生腐蝕失效穿孔現(xiàn)象，左邊弧形彎頭是維修后的形式;另外，火焰導(dǎo)管也是常發(fā)生腐蝕的部位。以上幾種腐蝕現(xiàn)象在這臺(tái)鍋爐的吹灰器上普遍存在，導(dǎo)致該鍋爐的吹灰作業(yè)不能正常進(jìn)行，由于是垃圾焚燒爐，鍋爐積灰問(wèn)題相對(duì)一般的燃煤鍋爐更加嚴(yán)重，且灰的粘性和腐蝕性強(qiáng)，不能及時(shí)除灰將會(huì)導(dǎo)致發(fā)生尾部受熱面管爆管等事故發(fā)生，為此，必須尋找到徹底解決此類(lèi)問(wèn)題的方法。

3 原因分析

要分析脈沖吹灰器腐蝕失效的原因，首先必須了解高溫?zé)煔獾幕瘜W(xué)成分。國(guó)內(nèi)的垃圾焚燒爐中，焚燒前未進(jìn)行含氯有機(jī)廢物的回收處理，垃圾成分復(fù)雜，廢塑料、漂白紙、氯化鈉鹽等含氯化合物，隨垃圾成分不同有較大變化，垃圾燃燒過(guò)程中氯的析出機(jī)理和行為特性尚不是十分清楚。已有文獻(xiàn)初步表明，無(wú)論是無(wú)機(jī)氯化物還是有機(jī)氯化物，其焚燒后的主要產(chǎn)物是 Hcl［9，10］。一般認(rèn)為垃圾焚燒中氯化氫的產(chǎn)生是由于有機(jī)氧化廢物存在，如聚氯乙烯廢物、聚偏二氯乙烯廢物、氯丁二烯橡膠廢物等。另外，含硫的垃圾在燃燒過(guò)程中生成二氧化硫，其中一部分在一定條件下與煙氣中過(guò)剩的氧氣化合生成三氧化硫，并與煙氣中的水蒸汽結(jié)合生成濃度極稀的硫酸，當(dāng)煙氣遇冷，硫酸蒸汽和水蒸汽可能凝結(jié)成濃度較高的硫酸［11］。

這些含氯化臺(tái)物焚燒后產(chǎn)生氰化氫和氯氣與煙氣中的三氧化硫等從吹灰器的噴口處進(jìn)入到吹灰器內(nèi)部，由于吹灰器內(nèi)部溫度較低，腐蝕性氣體遇冷凝結(jié)造成低溫露點(diǎn)腐蝕，其主要電化學(xué)腐蝕，特征有均勻腐蝕，點(diǎn)腐蝕，應(yīng)力腐蝕裂紋等，以上腐蝕特點(diǎn)在該鍋爐脈沖吹灰器中都能找到［12］。綜上，低溫露點(diǎn)腐蝕便是造成本文所述各類(lèi)吹灰器失效事故的真正原因。

4 預(yù)防措施

(1)消除煙氣死角，如果腐蝕性的煙氣在吹灰器中冷凝后不能匯集到某處，那么這個(gè)位置就是吹灰器的薄弱點(diǎn)，所以必須盡可能的消除這些能使冷凝液殘留的位置。如圖3所示，該鍋爐的脈沖吹灰器是按照右邊的形式設(shè)計(jì)，其噴口與激波發(fā)生器呈90°夾角，此處便形成了一個(gè)煙氣死角，殘留液也能在此處匯集，因此，在此鍋爐上，幾乎所有的彎頭都發(fā)生了腐蝕穿孔的事故。通過(guò)改變彎頭處的形狀，如圖3左側(cè)所示，全部改為弧形能有效的消除此類(lèi)隱患，目前該鍋爐吹灰器的彎頭已全部更換為左側(cè)形式，并在實(shí)際運(yùn)行中，未發(fā)現(xiàn)異常。

(2)增加一條空氣跨線，保持有微量的吹掃風(fēng)從彎頭進(jìn)入鍋爐，達(dá)到阻止煙氣進(jìn)入吹灰系統(tǒng)的目的。該吹掃風(fēng)需為一定溫度的熱風(fēng)，因熱風(fēng)可以減少低溫露點(diǎn)腐蝕，另一方面需保證每路吹掃風(fēng)的進(jìn)風(fēng)量，防止偏流，可以通過(guò)加大管徑以及每路加孔板來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果資金充裕，可以考慮每路獨(dú)立設(shè)置來(lái)保證精確控制。

(3)制作吹灰器時(shí)應(yīng)選用耐硫酸露點(diǎn)腐蝕以及氯離子腐蝕的材料。目前常使用的耐露點(diǎn)腐蝕的材料有09CrCuSb等［13］，由于鋼材耐露點(diǎn)腐蝕性能是否良好取決于鋼材的成分，在鋼材中添加適量的合金元素是關(guān)鍵，Cu與鋼中的碳結(jié)合耐蝕性最為優(yōu)異;Cr和Sb也對(duì)鋼的耐腐蝕性有利，但鋼中含Cr大于1.00%時(shí)，會(huì)使鋼的耐硫酸腐蝕性能有所降低，而Sb含量偏高則剛的焊接性能變差。實(shí)踐證明，其抗露點(diǎn)腐蝕的能力是2O號(hào)鋼的7倍左右，可大大減緩露點(diǎn)腐蝕速度。綜上，09CrCuSb是制作吹灰器的理想材料。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以上幾種預(yù)防脈沖吹灰器腐蝕失效的措施，其中，第一條措施，改變彎頭結(jié)構(gòu)，實(shí)踐證明完全能解決彎頭處的腐蝕問(wèn)題;第二條措施，增加一條空氣跨線，保持有微量的吹掃風(fēng)從彎頭進(jìn)入鍋爐，此項(xiàng)技術(shù)的效果十分明顯，且設(shè)備投資不高，建議目前在用的脈沖式吹灰器都增加這套系統(tǒng);第三條措施，吹灰器材料的選擇，是較為常規(guī)的方法，為了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，也建議用戶采納。通過(guò)上述改進(jìn)，保證了脈沖吹灰器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為解決其腐蝕失效問(wèn)題提供了很好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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