關(guān)于環(huán)已酮廢液焚燒余熱鍋爐衛(wèi)燃帶腐蝕脫落的理論分析與對(duì)策

卜銀坤（北京航天動(dòng)力研究所 北京航天石化技術(shù)裝備工程公司 北京 100076）

關(guān)于環(huán)已酮廢液焚燒余熱鍋爐衛(wèi)燃帶腐蝕脫落的理論分析與對(duì)策

卜銀坤
（北京航天動(dòng)力研究所 北京航天石化技術(shù)裝備工程公司 北京 100076）

摘 要：環(huán)已酮廢液焚燒煙氣中大量的熔融碳酸鈉，對(duì)余熱鍋爐中的衛(wèi)燃帶的腐蝕是不可避免的。因?yàn)樵O(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量問(wèn)題，或因?yàn)椴磺‘?dāng)?shù)某瑴剡\(yùn)行，所以衛(wèi)燃帶的使用壽命長(zhǎng)的只有2年左右，短的一年不到甚至2個(gè)月左右。煙氣中的熱量傳給工質(zhì)水的路徑，依次是熔融鹽層、固體鹽層、衛(wèi)燃帶耐火層、膜式水冷壁管金屬厚度層。本文應(yīng)用傳熱學(xué)基礎(chǔ)理論和有關(guān)熱力計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)方法，從已知的膜式水冷壁管內(nèi)的工質(zhì)溫度開(kāi)始，按熱量傳導(dǎo)的相反方向，分析并計(jì)算出熔融鹽層的煙氣側(cè)的溫度，即爐膛內(nèi)向火的壁面溫度，借此求解爐膛運(yùn)行的平均煙氣溫度。因?yàn)楣腆w鹽的腐蝕性比熔融鹽的低一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以控制爐膛運(yùn)行的平均煙氣溫度、衛(wèi)燃帶設(shè)計(jì)的綜合導(dǎo)熱系數(shù)和應(yīng)有的耐火性和耐磨性，使衛(wèi)燃帶表面剛好能形成固體鹽層，如此就能使衛(wèi)燃帶的使用壽命達(dá)到最佳的水平。

關(guān)鍵詞：環(huán)已酮廢液 廢液焚燒 余熱鍋爐 衛(wèi)燃帶 腐蝕 使用壽命

本文針對(duì)某在役環(huán)已酮廢液焚燒余熱鍋爐衛(wèi)燃帶短期出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕脫落的問(wèn)題，進(jìn)行了定量分析，目的是在技術(shù)上提出解決問(wèn)題的有據(jù)措施或?qū)Σ摺?/p>

化工原料環(huán)已酮生產(chǎn)廢液中含有17%左右的氫氧化鈉及其它有機(jī)物，采用焚燒并進(jìn)行余熱回收，是國(guó)內(nèi)外化工行業(yè)常規(guī)有效的做法。為了高效經(jīng)濟(jì)地焚燒，更為了防止焚燒過(guò)程中熔融碳酸鈉對(duì)金屬水冷壁的腐蝕，爐膛所有膜式水冷壁上均附著了一層鉻礦砂耐火澆鑄料內(nèi)襯，俗稱(chēng)衛(wèi)燃帶。

由衛(wèi)燃帶大面積腐蝕脫落的現(xiàn)場(chǎng)照片（見(jiàn)圖1）可知，衛(wèi)燃帶的不均勻脫落比較嚴(yán)重，同時(shí)伴有寬窄不同的裂縫，局部還存在嚴(yán)重的腐蝕。

圖1　環(huán)已酮廢液焚燒余熱鍋爐衛(wèi)燃帶腐蝕脫落現(xiàn)場(chǎng)照片

1　衛(wèi)燃帶出現(xiàn)裂縫脫落的原因及解決辦法

因?yàn)榄h(huán)已酮廢液焚燒爐屬于典型的堿爐，廢液燃燒煙氣中含有58.183g/Nm3（本文所指案例）的熔融碳酸鈉，對(duì)衛(wèi)燃帶的侵蝕和滲透是非常嚴(yán)重的，所以必須給予足夠的重視。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)這類(lèi)堿爐，多采用鉻礦砂澆鑄料，即以Al2O3-Cr2O3或MgO-Cr2O3為基體的澆鑄料。研究表明［1］：Cr2O3含量30%時(shí)，衛(wèi)燃帶受到的侵蝕速度較快；Cr2O3含量70%時(shí)，雖然侵蝕速度降低了，但是因?yàn)闅饪茁实脑黾訉?dǎo)致衛(wèi)燃帶結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度下降、抗剝落性能顯著下降。因此，Cr2O3的含量控制在30%～40%之間為宜，相當(dāng)于成形的衛(wèi)燃帶中，南非一級(jí)鉻礦砂（含Cr2O3的量為44%左右）的含量約占80%左右。

國(guó)外資料顯示［2］，比較高鋁質(zhì)耐火材料、粘土質(zhì)耐火材料等多種耐火材料，莫來(lái)石（即剛玉2Al2O3·2SiO2）耐火材料更適合制作堿爐的衛(wèi)燃帶，而且，盡量在適當(dāng)?shù)奈恢梅指钍┕?，增加Z型接縫，從而減少機(jī)械應(yīng)力的形成，避免裂縫的產(chǎn)生。

根據(jù)衛(wèi)燃帶破損、脫落的現(xiàn)場(chǎng)照片，筆者發(fā)現(xiàn)，除露出的銷(xiāo)釘頭部覆蓋一層白色的固體碳酸鈉外，其余部分的衛(wèi)燃帶，表面均有不同程度的腐蝕跡象，膜式水冷壁管上衛(wèi)燃帶最薄處腐蝕量較少，處于兩根水冷壁管中間的也是衛(wèi)燃帶較厚的位置腐蝕量最多，整個(gè)衛(wèi)燃帶表面形成條紋形的凹凸面，如圖1中的（b）所示。因?yàn)槭褂玫臅r(shí)間不到2個(gè)月，所以腐蝕在厚度方面雖然不嚴(yán)重，但是，眾多的不規(guī)則裂縫和不同程度的脫落卻到處可見(jiàn)。分析認(rèn)為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，除了衛(wèi)燃帶本身的質(zhì)量問(wèn)題外，熔融碳酸鈉的侵蝕和滲透所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度減弱的原因也是不能排除的。

衛(wèi)燃帶本身的質(zhì)量問(wèn)題，除了銷(xiāo)釘形狀、數(shù)量、布局、澆鑄料的配比存在的設(shè)計(jì)問(wèn)題外，不恰當(dāng)?shù)氖┕すに嚭推叩倪\(yùn)行溫度也是不能忽略的（見(jiàn)下文計(jì)算）。因此，衛(wèi)燃帶的施工或重建，應(yīng)當(dāng)注意以下8點(diǎn)要求：

1）拆除損壞的衛(wèi)燃帶并清理干凈；

2）檢查修復(fù)已有的銷(xiāo)釘，增加V形銷(xiāo)釘若干個(gè)，其數(shù)量的原則是確保其相互距離不大于150mm；

3）部分位置可增加不銹鋼絲網(wǎng)或鍍鋅鋼絲網(wǎng)；

4）在進(jìn)行澆鑄耐火材料前，將膜式水冷壁及其銷(xiāo)釘和鋼絲網(wǎng)涂刷厚度不小于0.5mm的瀝青或石墨；

5）不同的澆鑄料，其成分是不一樣的，但是粒度的級(jí)配基本是一樣的，最大的粒度不應(yīng)超過(guò)［3］衛(wèi)燃帶截面最小尺寸的1/5，對(duì)于厚度為30mm的衛(wèi)燃帶，其粒度的配比一般為［4］5～2.5mm∶2.5～1.25mm∶1.25～0.15mm∶＜0.15mm=30∶40∶22∶8；

6）澆鑄料按要求的比例混合后，應(yīng)當(dāng)充分?jǐn)嚢?、及時(shí)使用；

7）澆鑄料的成形應(yīng)當(dāng)盡量采用模板和機(jī)械振動(dòng)的方式，避免人工搗打成形，而且應(yīng)當(dāng)設(shè)置足夠的Z形接縫，以避免可能受到的機(jī)械應(yīng)力；

8）澆鑄料成形后，必須有按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行保養(yǎng)和烘爐的過(guò)程。

需要注意的事，作為澆鑄料的不同粒度的骨料如鉻礦砂，除了含有30%～45%Cr2O3外，還含不同量的Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3等成分，在施工進(jìn)行配比時(shí)，必須事先化驗(yàn)其成分，不可輕信隨貨質(zhì)單。同時(shí)還要做多種檢測(cè)試塊，確認(rèn)滿足要求后方可進(jìn)行施工。

2　衛(wèi)燃帶短期腐蝕破損案例

本案例的情況：環(huán)已酮廢液焚燒余熱鍋爐，廢液入爐的溫度是100℃，與天然氣混合比為1kg：0.0582Nm3；混合燃料的低位發(fā)熱量是7138kJ/kg，過(guò)量空氣系數(shù)為1.363，燃燒空氣溫度為300℃時(shí)，理論燃燒煙氣溫度是1280℃；廢液焚燒量是16800kg/h=4.667kg/s；燃燒后的灰渣主要是碳酸鈉，其數(shù)量是3887kg/h=1.0797kg/s，其熔點(diǎn)是854℃；現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，爐膛出口的煙氣溫度為950℃時(shí)，碳酸鈉熔鹽的流動(dòng)速度能夠滿足要求，預(yù)計(jì)熔鹽的流動(dòng)溫度為868℃（下文有根據(jù)，不能低于這個(gè)溫度，否則流動(dòng)不暢），如此，爐膛內(nèi)煙氣的平均溫度是（1280 +950）/2=1115℃；鍋筒的絕對(duì)壓力為1.67MPa，膜式水冷壁管內(nèi)的工質(zhì)水的平均溫度就是該壓力下的飽和溫度203℃；鍋爐的給水溫度是104℃。

在以上的已知條件下，鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，煙氣中的熱量除各種損失外，從熱平衡角度考慮，將有一定的熱流密度qlt（kW/m2），穿過(guò)厚度為δry的熔融鹽層、厚度為δgy的固體鹽層、厚度為δwr=0.03m的衛(wèi)燃帶層、厚度為δgb=0.005m的管壁金屬厚度層，直到工質(zhì)水，使一部分水變?yōu)檎羝仙藉佂?。熱量沿各層的傳?dǎo)及層間各節(jié)點(diǎn)的溫度如圖2所示，橫坐標(biāo)代表衛(wèi)燃帶復(fù)合爐襯的厚度δ，縱坐標(biāo)代表衛(wèi)燃帶復(fù)合爐襯截面內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的溫度t。

圖2　衛(wèi)燃帶復(fù)合爐襯橫截面內(nèi)各節(jié)點(diǎn)溫度

需要說(shuō)明的是，固體鹽的腐蝕性比熔融鹽低一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以熱量傳遞路徑中的固體鹽層，對(duì)衛(wèi)燃帶具有無(wú)可替代的保護(hù)作用，是鍋爐安全運(yùn)行的重要條件。然而事實(shí)上由于爐膛的運(yùn)行溫度過(guò)高，或由于衛(wèi)燃帶的導(dǎo)熱系數(shù)過(guò)小，或因熔鹽對(duì)衛(wèi)燃帶腐蝕生成共晶熔鹽凝結(jié)溫度的降低等原因，圖2中的固體鹽層不能形成，致使衛(wèi)燃帶出現(xiàn)短期嚴(yán)重腐蝕或衛(wèi)燃帶的使用壽命過(guò)短的案例并不鮮見(jiàn)，本案就是其中一例。

3　衛(wèi)燃帶短期腐蝕破損案例理論分析

關(guān)于固體鹽層對(duì)衛(wèi)燃帶的保護(hù)作用的說(shuō)法，許多資料是這樣解釋的［1-2］：熔融碳酸鈉對(duì)衛(wèi)燃帶的初期腐蝕，或衛(wèi)燃帶表面的一部分材料熔入熔融碳酸鈉后，粘度大大增加、流動(dòng)性變低從而大大降低了腐蝕速度。雖然說(shuō)法不同，但是結(jié)果都是一樣的。為了揭示衛(wèi)燃帶短期嚴(yán)重腐蝕損壞的機(jī)理，以下對(duì)衛(wèi)燃帶的材質(zhì)、熱物理特性及圖2中的各節(jié)點(diǎn)的溫度，進(jìn)行分析、計(jì)算和研究，從而為探求延長(zhǎng)衛(wèi)燃帶使用壽命的路徑提供依據(jù)。

3.1爐膛壁面的熱流密度

爐膛壁面的熱流密度是qlt（kW/m2）關(guān)系衛(wèi)燃帶設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，按文獻(xiàn)［5］計(jì)算的傳熱計(jì)算值crltq ，應(yīng)受到按衛(wèi)燃帶導(dǎo)熱機(jī)理所得到的導(dǎo)熱計(jì)算值來(lái)驗(yàn)證，原則上，。如果，說(shuō)明熱力計(jì)算時(shí)，按文獻(xiàn)［5］表6-2所取用的壁面沾污系數(shù)ζ偏小了。

爐膛煙氣的平均有效絕對(duì)溫度，按文獻(xiàn)［5］式（6-49）

根據(jù)已知的煙氣成分、理論燃燒溫度、爐膛出口溫度、爐膛結(jié)構(gòu)尺寸，按文獻(xiàn)［5］式（6-36）得爐膛系統(tǒng)黑度。因?yàn)闋t膛膜式水冷管全部敷設(shè)了衛(wèi)燃帶，所以爐膛的系統(tǒng)黑度顯得較大。爐膛的系統(tǒng)黑度具有一定的惰性，這里不考慮其較小的變化，按輻射換熱理論公式（6-47）［5］或（8-24）［6］，得到涵概傳熱和導(dǎo)熱機(jī)理的爐膛受熱面的熱流密度：

3.2膜式水冷壁管內(nèi)側(cè)的溫度

膜式水冷壁管內(nèi)側(cè)的溫度就是管內(nèi)工質(zhì)水的溫度。膜式水冷壁管內(nèi)的工質(zhì)是經(jīng)過(guò)軟化和除氧的水，鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，工質(zhì)處于飽和狀態(tài)，其溫度依變于鍋筒的工作壓力。根據(jù)本案鍋筒工作的絕對(duì)壓力查表得膜式水冷壁管內(nèi)側(cè)的溫度，即圖2中的t1=ts=203℃。

3.3膜式水冷壁管外側(cè)的溫度

膜式水冷壁管的壁厚，決定于其工作壓力和煙氣的腐蝕性，本案采用φ60×5mm碳鋼無(wú)縫鋼管，壁厚。查表得碳鋼在200℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，按導(dǎo)熱理論［6］得水冷壁管外側(cè)的溫度，即圖2中的

3.4衛(wèi)燃帶的厚度、綜合導(dǎo)熱系數(shù)、高溫側(cè)的溫度

衛(wèi)燃帶是附著在具有銷(xiāo)釘?shù)哪な剿浔谏系哪突?、耐磨、耐腐的澆鑄料，對(duì)于無(wú)腐蝕性的燃燒煙氣，衛(wèi)燃帶的作用主要是減少水冷受熱面的吸熱，從而提高爐膛內(nèi)的溫度，有利于燃料的及時(shí)著火、充分燃燒和燃盡。因此，對(duì)衛(wèi)燃帶的材料和工藝要求是：足夠的強(qiáng)度；足夠的耐火溫度；較小的導(dǎo)熱系數(shù)；一定的耐磨性能，以保證有足夠的使用壽命。

對(duì)于有堿腐蝕或酸腐蝕的燃燒煙氣，特別是本案有較多碳酸鈉熔融鹽的燃燒煙氣，衛(wèi)燃帶的澆鑄材料，不僅要求有一定的耐火、耐磨、耐腐蝕性能，而且其導(dǎo)熱系數(shù)必須大于某個(gè)數(shù)值，以便在設(shè)計(jì)的厚度表面上能有凝結(jié)的固體鹽層形成，對(duì)衛(wèi)燃帶起到一定的保護(hù)作用。假設(shè)熔融碳酸鈉對(duì)衛(wèi)燃帶沒(méi)有腐蝕，那么，要想在衛(wèi)燃帶上形成固體碳酸鈉，衛(wèi)燃帶高溫側(cè)的溫度必須低于熔融碳酸鈉的凝固溫度，即圖2中的t3≤854℃。由導(dǎo)熱理論可知，能夠產(chǎn)生固體鹽層的衛(wèi)燃帶的綜合導(dǎo)熱系數(shù)

事實(shí)上，熔融的碳酸鈉接觸衛(wèi)燃帶澆鑄料后，一定會(huì)腐蝕澆鑄料，同時(shí)生成熔點(diǎn)相對(duì)較低的共晶復(fù)合鹽。因?yàn)楣簿?fù)合鹽在同等情況下的腐蝕性比純鹽要低，又因?yàn)闇囟鹊慕档?，所以衛(wèi)燃帶被腐蝕到一定的深度后，會(huì)有共晶復(fù)合固體鹽層的形成，即使是很薄但不等于0的這種固體鹽層，腐蝕就會(huì)變得極慢或不再進(jìn)行。鑒于這種情況，衛(wèi)燃帶的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)當(dāng)大于2.221W/m·℃，或衛(wèi)燃帶的厚度要小于0.03m。鑒于衛(wèi)燃帶的厚度已經(jīng)是工藝上的最小厚度，不能減小，所以只能加大其導(dǎo)熱系數(shù)。一般認(rèn)為衛(wèi)燃帶外表面的溫度，即圖2中的t3≤850℃時(shí)，即可在其表面上形成固體碳酸鈉鹽層。據(jù)此，用式（1）來(lái)確定衛(wèi)燃帶的厚度或綜合導(dǎo)熱系數(shù)（在不變的情況下），應(yīng)當(dāng)是可以理解的。

根據(jù)以上分析，由于熔鹽或共晶復(fù)合熔鹽，它們的凝結(jié)溫度都比水冷壁管外壁處的溫度高許多，所以衛(wèi)燃帶一般不會(huì)被煙氣全部腐蝕掉，衛(wèi)燃帶在自身的特性及一定的爐膛溫度條件下，腐蝕破損到一定程度后會(huì)自動(dòng)停止并開(kāi)始凝結(jié)一層固體鹽層和流動(dòng)的熔融鹽接觸。計(jì)算表明，對(duì)于被腐蝕破損的衛(wèi)燃帶，只要水冷壁管受熱面的任何位置都有連續(xù)殘存的衛(wèi)燃帶，且厚度不小于10mm，就沒(méi)有必要急于更新。不過(guò)，受到腐蝕破損的衛(wèi)燃帶，繼續(xù)使用會(huì)有如下新的問(wèn)題：當(dāng)維持鍋爐各點(diǎn)溫度運(yùn)行時(shí)，會(huì)明顯增加廢液和補(bǔ)充燃料的焚燒量，同時(shí)鍋爐的蒸發(fā)量也要隨之增加；反之，各點(diǎn)的溫度會(huì)明顯下降，液態(tài)排渣可能不流暢，尾部受熱面可能會(huì)出現(xiàn)煙灰堵塞或低溫腐蝕的問(wèn)題。所以維持衛(wèi)燃帶的良好設(shè)計(jì)狀態(tài)，對(duì)液態(tài)排渣的化廢液焚燒余熱鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行是十分必要的。

3.5固體鹽層的厚度及其高溫側(cè)和低溫側(cè)的溫度

固體鹽層是指熔融鹽凝結(jié)并粘貼在衛(wèi)燃帶表面的那層固體鹽，固體鹽比熔融鹽對(duì)金屬的腐蝕速度低一個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)衛(wèi)燃帶的腐蝕也基本如此。而且熔融鹽的溫度越高，腐蝕越嚴(yán)重，所以從保護(hù)衛(wèi)燃帶的角度考慮，固體鹽層是必須的，其厚度可以接近0但不應(yīng)等于0。因?yàn)楣腆w鹽層的厚度很薄，有時(shí)遠(yuǎn)小于1mm，所以其高溫側(cè)和低溫側(cè)的溫度相差很小，可以認(rèn)為是相等的，都等于衛(wèi)燃帶的外表面的溫度，即圖2中的t4=t3≤850℃。為進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，本案設(shè)t4=t3=850℃。

3.6熔融鹽層

●3.6.1 熔融鹽層的形成機(jī)理

環(huán)已酮廢液被高度氣化后在爐膛內(nèi)懸浮燃燒過(guò)程中，會(huì)有熔融態(tài)的碳酸鈉像被霧化的水一樣彌散在煙氣中。開(kāi)始的直徑只是幾μm的小珠，隨著煙氣的流動(dòng)，熔鹽微珠間的碰撞，會(huì)不斷地合并結(jié)塊，體積變得越來(lái)越大。這些大小不一的熔融鹽粒，一部分遇到較冷的壁面時(shí)會(huì)立刻沾附，不斷地沾附就會(huì)成為貼壁的熔融鹽層并向下流動(dòng)，另一部分隨著結(jié)塊的變大，在沒(méi)有橫向流動(dòng)干擾情況下會(huì)垂直落到爐膛的底部鹽池。所以，煙氣中的熔鹽微粒，不會(huì)100%地沾附在壁面上形成熔融鹽層，燃料中的灰分也不會(huì)100%地從爐膛底部排出。

鑒于熔融鹽層的厚度對(duì)于提高爐膛液態(tài)排渣量和衛(wèi)燃帶的使用壽命具有重要意義，所以應(yīng)當(dāng)設(shè)法盡可能提高熔融鹽層的厚度。常用的方法［7-8］是采用旋流燃燒和設(shè)計(jì)合理的折焰墻。旋流燃燒加上合理的折焰墻，可以使燃料灰分的80%從爐膛底部排出，其中90%以上是從熔融鹽層中流下來(lái)的。

●3.6.2熔融鹽層的厚度對(duì)其流動(dòng)速度、高溫側(cè)的溫度、爐膛液態(tài)排渣量的影響

為了說(shuō)明問(wèn)題，現(xiàn)對(duì)本文所指案例作定量計(jì)算。已知：爐膛內(nèi)的豎直衛(wèi)燃帶的高度為h=12m，爐膛的水平截面周界長(zhǎng)度為L(zhǎng)=16m；衛(wèi)燃帶表面上固體鹽層為gyδ（m），溫度為850℃；固體鹽層上的熔融鹽層平均厚度為ryδ ，溫度約在900℃～1000℃，查得熔融鹽的比重為、動(dòng)力粘度系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)

假設(shè)研究單元為1m2、厚度為ry（m）δ的熔融鹽薄層，其中心質(zhì)點(diǎn)向下流動(dòng)的平均加速度為速度為，最小速度，最大速度，t是研究單元流動(dòng)發(fā)生的時(shí)間。因?yàn)?，所以研究單元向下流?dòng)的平均速度

因?yàn)槿廴邴}層水平截面上各質(zhì)點(diǎn)的速度，基本呈線性分布［9］，所以面向爐膛的表面，即煙氣側(cè)的速度為2pjryV。根據(jù)粘度的定義，研究單元向上的摩擦力為，向下的重力是，由（牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律），得研究單元質(zhì)心向下的平均速度

爐膛底部熔融鹽的排出量

由式（6）、式（3）、式（2）、式（5）可知，不同的熔融鹽層的厚度ryδ ，對(duì)其流動(dòng)平均加速度a、平均流動(dòng)速度、熔融鹽層高溫側(cè)溫度、爐膛底部排渣量的定量影響，見(jiàn)表1。

表1　熔融鹽層的　ryδ　對(duì)其a、、、　ltG　的影響

表1　熔融鹽層的　ryδ　對(duì)其a、、、　ltG　的影響

ry熔融鹽厚度　ryδ　/mm　0.0008　0.0007　0.0006　0.0005熔融鹽層高溫側(cè)溫度gt　/℃　867.6　865.4　863.2　861.0熔融鹽層低溫側(cè)溫度dryt　/℃　850　850　850　850熔融鹽流平均加速度a/（m·s-2）6.36×10-53.73×10-51.99×10-5　9.71×10-6熔融鹽流平均速度　pjV　/（m·s-1） 0.01954　0.01496　0.01093　7.6329×10-3爐膛排渣量　rssG　/（kg·s-1）　0.6328　0.4240　0.2654　0.1545 ry廢液焚燒總渣量G/（kg·s-1）　1.0797　1.0797　1.0797　1.0797爐膛排渣百分比　rss/ AG　G=　/%　58.61　39.27　24.58　14.31爐膛受熱面熱流密度　ltq　/ （kW·m-2）　47.71　47.71　47.71　47.71

●3.6.3 熔融鹽層的理論厚度

熔融鹽層高溫側(cè)的溫度，就是爐膛受熱面的壁面溫度，依爐膛的平均溫度不同而不同。表1說(shuō)明：環(huán)已酮廢液焚燒余熱鍋爐，衛(wèi)燃帶上可能形成的熔融鹽層的低溫側(cè)溫度，均為850℃左右不變，這是由碳酸鈉的特性所決定；同等情況下，熔融鹽層的厚度越厚，則其高溫側(cè)的溫度就越高，即允許爐膛的平均溫度就越高，然而熔融鹽層的厚度有很多不確定因素，變化范圍較大，且有最大值，所以爐膛允許的平均溫度也有最大值，超過(guò)這個(gè)最大值，衛(wèi)燃帶的腐蝕就會(huì)加重。

根據(jù)以上分析和計(jì)算，同等情況下，即混合燃料配比不變、燃燒量不變的情況下，不同的熔融鹽層厚度，因?yàn)閷?dǎo)熱能力改變了，所以熱流密度自然會(huì)改變，爐膛出口溫度也會(huì)及時(shí)應(yīng)變。因此：熔融鹽層的厚度、連同與其串聯(lián)的衛(wèi)燃帶的特性參數(shù)，對(duì)爐膛的熱力特性具有非常重要的影響，這種影響的定量值，在文獻(xiàn)［5］中歸結(jié)為水冷壁受熱面的沾污系數(shù)ζ，詳見(jiàn)文獻(xiàn)［5］中的表6-2；準(zhǔn)確的沾污系數(shù)ζ，是對(duì)具體爐型具有很強(qiáng)針對(duì)性的重要參數(shù)，是多次迭代計(jì)算的結(jié)果。

必須的熔融鹽層厚度，不僅是爐膛必須排渣量的需要，更是形成固體鹽層的需要。根據(jù)爐膛底部的實(shí)際液態(tài)排渣量，按表1可以反算出熔融鹽層的厚度。鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)爐膛底部需要的液態(tài)排渣量（這種需要，必須要有相應(yīng)的技術(shù)措施，比如旋流燃燒、恰當(dāng)?shù)恼垩鎵Φ龋梢杂?jì)算出理論熔融鹽層的厚度。

根據(jù)混合燃料的灰分，應(yīng)當(dāng)說(shuō)是根據(jù)焚燒后的灰量，確定爐膛底部可能的液態(tài)排渣量，進(jìn)而計(jì)算出熔融鹽層的可能厚度，根據(jù)熔融鹽層的可能厚度，計(jì)算其高溫側(cè)的溫度，即爐膛受熱面的允許壁面溫度，再根據(jù)爐膛必須的出口溫度，進(jìn)而計(jì)算出爐膛內(nèi)的理論燃燒溫度。最后，根據(jù)求得的理論燃燒溫度，進(jìn)行廢液、補(bǔ)充燃燒的配比設(shè)計(jì)。

3.7爐膛煙氣層名義厚度

這里定義的爐膛煙氣層名義厚度，是指爐膛內(nèi)熔融鹽層外，煙氣溫度不受熔融鹽層影響的位置，距離熔融鹽層表面的距離，即煙氣平均溫度點(diǎn)到熔融鹽層表面的距離。研究它的目的，在于進(jìn)一步說(shuō)明熱量的傳遞路徑。

4　環(huán)已酮廢液焚燒余熱鍋爐衛(wèi)燃帶的設(shè)計(jì)程序

參照?qǐng)D2，衛(wèi)燃帶的設(shè)計(jì)程序如下：

2）確認(rèn)膜式水冷壁管內(nèi)壁和外壁的溫度。

3）衛(wèi)燃帶復(fù)合爐襯的導(dǎo)熱系數(shù)。

對(duì)于本文所指案例，衛(wèi)燃帶復(fù)合爐襯的綜合導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·℃）必須達(dá)到

必須指出，因?yàn)闋t膛內(nèi)沒(méi)有折焰墻，又無(wú)旋流驅(qū)動(dòng)，所以上述熔融碳酸鈉厚度只是理想的最大數(shù)值，實(shí)際上會(huì)小很多。所以衛(wèi)燃帶的綜合導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)設(shè)計(jì)得更大些，否則衛(wèi)燃帶將會(huì)受到較快的腐蝕。參照文獻(xiàn)［5］示例5，建議采用的碳化硅耐火澆鑄料。不過(guò)，對(duì)于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)尺寸的鍋爐，由于加大了衛(wèi)燃帶的導(dǎo)熱系數(shù)，廢液焚燒量、補(bǔ)充燃料、鍋爐蒸發(fā)量都會(huì)在原設(shè)計(jì)值的基礎(chǔ)上相應(yīng)增加。

4）衛(wèi)燃帶表面的固體鹽層溫度。

衛(wèi)燃帶表面的固體鹽層溫度，應(yīng)略低于熔融鹽的凝結(jié)溫度，對(duì)于本案來(lái)說(shuō)，固體鹽層低溫側(cè)的溫。因?yàn)閺慕?jīng)濟(jì)運(yùn)行角度考慮，固體鹽層不可能很厚，所以可以認(rèn)為其高溫側(cè)的溫度

5）熔融鹽層高溫側(cè)的溫度，即爐膛內(nèi)受熱面的壁面溫度。

熔融鹽層高溫側(cè)的溫度，即爐膛內(nèi)受熱面的壁面溫度，是決定鍋爐燃料配比、允許的安全運(yùn)行溫度的重要依據(jù)。熔融鹽層的厚度有很多不確定因素，本案當(dāng)爐膛底部排渣量為灰渣總量的58.61%時(shí)，且全部以貼壁熔融鹽層的形式流出時(shí)，按爐膛結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算得熔融鹽層的厚度厚度雖然很小，但是這已是較大可能的厚度了。按這個(gè)厚度，本案計(jì)算得到的爐膛受熱面，允許的熱流密度，熔融鹽層高溫側(cè)的最高溫度，即爐膛內(nèi)受熱面的允許的壁面溫度

5　結(jié)論

1）堿爐衛(wèi)燃帶的作用，除了維持爐膛較高的溫度，以利于廢液的及時(shí)著火、充分穩(wěn)定地燃燒，同時(shí)還能減少補(bǔ)充燃燒的數(shù)量，更為重要的是，可以有效防止腐蝕性煙氣對(duì)受熱面的直接腐蝕和磨損。所以，維持衛(wèi)燃帶的良好設(shè)計(jì)狀態(tài)是十分必要的。

2）衛(wèi)燃帶要有效保護(hù)膜式水冷壁管受熱面，其本身必須要有一定的抗腐蝕性。為此，本案所說(shuō)的衛(wèi)燃帶，表面溫度必須小于850℃，當(dāng)厚度0.03m時(shí)，其截面綜合導(dǎo)熱系數(shù)必須大于2.235；在非旋流燃燒和無(wú)折焰墻的情況下，建議采用的碳化硅耐火澆鑄料。

3）衛(wèi)燃帶的施工或重建，應(yīng)當(dāng)注意本文提出的8點(diǎn)要求。

4）鍋爐必須按設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行。對(duì)于本案，在爐膛出口溫度維持在950℃～1000℃的情況下，爐膛內(nèi)的平均燃燒溫度，必須通過(guò)改變?nèi)剂匣旌媳鹊姆绞?，控制?115±25℃的范圍內(nèi)，不得長(zhǎng)期超溫運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

［1］占華生，康振杰，李燕京，等.廢棄物熔融爐用氧化鉻質(zhì)耐火材料及無(wú)鉻化研究現(xiàn)狀［N］.中國(guó)建材報(bào)，2010-04-21（004）.

［2］桂明璽.廢棄物焚燒爐和熔融爐用耐火材料的損毀［J］.國(guó)外耐火材料，2002，01：33-37.

［3］林宗虎，徐通模.實(shí)用鍋爐手冊(cè)［M］.化學(xué)出版社，1999：587-589.

［4］北京鍋爐廠.設(shè)計(jì)手冊(cè)第一冊(cè)［Z］.1967：297-298.

［5］鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算—標(biāo)準(zhǔn)方法［S］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1976.1：37-42+180-181.

［6］楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1998：29-31+291.

［7］馮俊凱，沈幼庭.鍋爐原理及計(jì)算（第二版）［M］.北京：科學(xué)出版社，1992：202-206.

［8］西安交通大學(xué)鍋爐教研室.鍋爐設(shè)備［Z］.

［9］西安交通大學(xué)流體力學(xué)教研室.流體力學(xué)［M］. 1964：10-12.

中圖分類(lèi)號(hào)：X924.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-257X（2016）02-0053-07

DOI：10.3969/j.issn.1673-257X.2016.02.014

作者簡(jiǎn)介：卜銀坤（1944～），男，本科，高級(jí)工程師，從事鍋爐、壓力容器設(shè)計(jì)和研究工作。

收稿日期：（2015-06-01）

Theoretical Analysis and Countermeasures on Refractory Belt Corrosion and Fall off in Cyclohexanone Wastewater Incineration Waste Heat Boilers

Bu Yinkun
（Beijing Aerospace Propulsion Institute，Beijing Aerospace Petrochemical Technology and Equipment Engineering Corporation Beijing 100076）

AbstractLots of molten sodium carbonate is contained in cyclohexanone wastewater incinerations flue gas，which could etch waste heat boiler ignition belt inevitably. Because of the quality problems of design and construction，or the inappropriate operation over temperature，the service life of refractory belt is about two years，as the shortest is less than two months. The path flue gas heat transferring to working medium water is by molten salt layer，solid salt layer，refractory layer refractory belt，membrane water wall tubes of metal layer thickness. Using the basic theory of heat transfer and thermal calculation standard method，beginning from the known temperature of the working fluid in the membrane wall tube，along opposite direction of heat conduction，this paper analyzes and calculates the temperature of flue gas side of the molten salt layer，that is the wall temperature facing furnace heating surface，thereby the average furnace flue gas temperature in operation is solved. Because the corrosivity of solid salt is much more lower than molten salt，it would be nessary to control the average gas temperature in furnace operation，the design thermal conductivity in refractory belt integrated，proper fire resistance and abrasion resistance，to formulate refractory belt solid salt layer on the surface，and keep life cycle refractory belt in the optimum level.

KeywordsCyclohexanone waste water Waste water incineration Exhaust heat boiler Refractory belt Corrosion Life cycle