流化床垃圾焚燒鍋爐運(yùn)行故障及影響因素

何勇鋒

(昆明中電環(huán)保電力有限公司，昆明 650208)

0 前言

我國(guó)目前已經(jīng)投入運(yùn)行的垃圾焚燒鍋爐有機(jī)械爐排爐、回轉(zhuǎn)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?qū)Χ河⒌纳删哂幸欢ǖ囊种谱饔茫?］。由于循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備國(guó)產(chǎn)率較高，投資費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)得到了一定程度的普及。但是目前在運(yùn)行的循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐仍然存在諸多問(wèn)題，如磨損、腐蝕、積灰以及進(jìn)料和出渣堵塞等。本文針對(duì)異重循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐二次風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞導(dǎo)致受熱面磨損和高溫過(guò)熱器出口段腐蝕加劇、以及返料量巨大等故障進(jìn)行了分析。對(duì)采取調(diào)整措施后取得的效果和存在不足進(jìn)行了探討。

1 鍋爐運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

1.1 二次風(fēng)系統(tǒng)問(wèn)題

由于垃圾給料間布置有垃圾給料鏈板和雙螺旋給料機(jī)，其密封效果較差。為了防止臭氣和鍋爐正壓時(shí)噴出的煙塵無(wú)組織排放，設(shè)計(jì)時(shí)將二次風(fēng)取風(fēng)口布置在垃圾給料間。但由于取風(fēng)口設(shè)置過(guò)高，在運(yùn)行過(guò)程中清掃困難。造成取風(fēng)口濾網(wǎng)堵死。進(jìn)而造成二次風(fēng)量不足，二次風(fēng)噴口的風(fēng)壓降低至0.5 Kpa。又由于氧量計(jì)不準(zhǔn)確，顯示氧量在10%以上，造成鍋爐長(zhǎng)時(shí)間嚴(yán)重缺氧燃燒。

1.2 返料量過(guò)大

返料量的大小一般可由爐膛差壓值的大小來(lái)進(jìn)行判斷，該爐型的爐膛差壓設(shè)計(jì)為200 Pa。但運(yùn)行中長(zhǎng)時(shí)間在500 Pa 以上，垃圾入爐不均勻時(shí)甚至超過(guò)1 000 Pa。

1.3 過(guò)熱器腐蝕

布置在尾部煙道的過(guò)熱器磨損、腐蝕嚴(yán)重。高低溫過(guò)熱器局部磨損經(jīng)常引起過(guò)熱器泄漏。高溫過(guò)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(yán)重

過(guò)熱器積灰和一次風(fēng)空預(yù)器積灰嚴(yán)重，運(yùn)行25 天過(guò)熱器處煙氣阻力可達(dá)1 000 pa，一次風(fēng)空預(yù)器煙氣阻力高達(dá)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(guò)分析設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與運(yùn)行工況，認(rèn)為二次風(fēng)系統(tǒng)堵塞導(dǎo)致二次風(fēng)量和射流剛度不足，爐內(nèi)嚴(yán)重缺氧燃燒，是造成返料量過(guò)大根本原因。當(dāng)爐內(nèi)嚴(yán)重缺氧燃燒時(shí)，勢(shì)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(zhuǎn)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(lái)的大顆粒飛灰也就增多，爐膛差壓嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)值。

2.2 二次風(fēng)堵塞造成磨損加劇

二次風(fēng)不足也是過(guò)熱器磨損加劇的重要原因。當(dāng)前述原因使得爐膛出口的飛灰不正常的增多時(shí)，在旋風(fēng)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(guò)熱器部位磨損加劇的一個(gè)重要原因。

2.3 過(guò)熱器腐蝕加劇

垃圾焚燒鍋爐過(guò)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(fēng)不足也還是高溫過(guò)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(duì)它們?cè)谶€原性氣氛和氧化性氣氛中的腐蝕分別進(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)生成硫化鐵，硫化鐵可與金屬生成低熔點(diǎn)的共晶體。H2S 透過(guò)附面層，與磁性氧化鐵層中的復(fù)合FeO 作用。

反應(yīng)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(xué)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(diǎn)溫度時(shí)所造成的腐蝕比較明顯。

反應(yīng)方程:

SO3+2e=SO2+O2－Me=Men++ne－(金屬的陽(yáng)極氧化)

Fe2O3(堅(jiān)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(shí)驗(yàn)表明［3］，對(duì)S 腐蝕而言，還原性介質(zhì)要比氧化性介質(zhì)更具有腐蝕性。過(guò)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(shí)，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(hù)性的Fe2O3、Fe3O4氧化膜轉(zhuǎn)化為不具保護(hù)性的魏氏體FeO。［6］CO 對(duì)高溫腐蝕的作用主要表現(xiàn)在對(duì)Fe2O3保護(hù)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(yīng)［6］，F(xiàn)e3O4+6HCl=3FeCl2+3H2O+1/ 2O2

因此在氧化膜直接和CO 及HCl 反應(yīng)下，金屬的防護(hù)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(yīng)中消耗了一部分后，又有多余的氧透過(guò)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(yīng):

因此，在氧化性氣氛的煙氣中，管壁表面已形成了Fe2O3保護(hù)層，Cl2就不再與管壁金屬反應(yīng)，氯腐蝕反應(yīng)即終止。而上述反應(yīng)所釋放出來(lái)的Cl2只能與其他部分的清潔管壁金屬起反應(yīng)。許明磊認(rèn)為［8］受熱面的金屬管壁表面一般都會(huì)生成一層光滑致密的氧化保護(hù)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(hù)層，就可能發(fā)生加速的腐蝕反應(yīng)。一般認(rèn)為氣態(tài)氯就具有這種能力。

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

2.4 還原性氣氛對(duì)積灰的影響

過(guò)低的氧量(如＜2.5%)和過(guò)高的含碳量可能會(huì)加速積灰的形成［8］。且爐膛氧量過(guò)低也會(huì)引鍋爐高溫分離器后存在嚴(yán)重的后燃現(xiàn)象。而過(guò)熱器的燒結(jié)灰與溫度場(chǎng)關(guān)系密切。過(guò)熱器的積灰燒結(jié)強(qiáng)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(shè)計(jì)比較好的垃圾焚燒鍋爐將過(guò)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(guò)對(duì)二次風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行徹底清理，包括二次風(fēng)取風(fēng)口濾網(wǎng)、二次風(fēng)空預(yù)器、二次風(fēng)環(huán)形箱體。并要求操作人員必須提高二次風(fēng)機(jī)變頻開度，提高二次風(fēng)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(guò)熱器入口的設(shè)計(jì)煙溫高達(dá)872℃雖然將高、低過(guò)采取了特殊布置，壁溫最高點(diǎn)不超過(guò)521℃。但對(duì)于腐蝕和積灰來(lái)說(shuō)，仍然處于腐蝕和積灰的嚴(yán)重溫度區(qū)域。

一次風(fēng)空預(yù)器進(jìn)風(fēng)溫為常溫，空預(yù)器部分管壁溫度低于酸露點(diǎn)溫度以下。雖然設(shè)計(jì)采用了搪瓷管，可以避免低溫腐蝕，但空預(yù)器的煙氣側(cè)發(fā)生積灰的情況目前仍然無(wú)法避免。運(yùn)行周期不足2 個(gè)月就被迫停爐對(duì)過(guò)熱器和一次風(fēng)空預(yù)器進(jìn)行清灰。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)還原性氣氛會(huì)加劇流化床垃圾焚燒鍋爐過(guò)熱器的腐蝕和積灰，導(dǎo)致運(yùn)行參數(shù)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值。保證二次風(fēng)足夠的風(fēng)量和剛度，有助于減輕腐蝕和積灰，延長(zhǎng)過(guò)熱器使用壽命和運(yùn)行周期。

2)將過(guò)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(gè)較好方法，比如在過(guò)熱器前布置對(duì)流受熱面，使過(guò)熱器入口煙溫低于650℃。國(guó)外引進(jìn)的比較成熟的爐排爐均有采用這種設(shè)計(jì)，在工質(zhì)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?xì)饷}沖式清灰裝置和較大的管間距布置，連續(xù)運(yùn)行周期可長(zhǎng)達(dá)6 個(gè)月以上，運(yùn)行近3 年尚未發(fā)現(xiàn)過(guò)熱器管子存在較嚴(yán)重的腐蝕。

3)增設(shè)蒸汽式空氣預(yù)熱器，將進(jìn)入煙氣式空氣預(yù)熱器的空氣加熱到高于80℃，或者取消煙氣式空氣預(yù)熱器，可以避免空預(yù)器管子壁溫低于酸露點(diǎn)溫度引起的腐蝕和積灰。對(duì)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(guò)熱器管子嚴(yán)重高溫腐蝕的根源，如采取在爐內(nèi)投入石灰石對(duì)其進(jìn)行脫除，將是減輕腐蝕的方法之一。

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