垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕分析與解決對(duì)策

（深圳市能源環(huán)保有限公司，深圳 518000）

0 引言

鍋爐水冷壁是發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的重要保障，我國(guó)大多數(shù)垃圾發(fā)電廠為了控制氮氧化合物的排放量，開始利用科學(xué)技術(shù)增加鍋爐的容量和參數(shù)，但由于鍋爐系統(tǒng)未發(fā)生變化，鍋爐內(nèi)部采用的低氮燃燒和分級(jí)燃燒方式，會(huì)在水冷壁周邊發(fā)生還原反應(yīng)，導(dǎo)致鍋爐水冷壁腐蝕愈加嚴(yán)重，給垃圾發(fā)電廠造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

1 鍋爐水冷壁腐蝕現(xiàn)狀及原因

我國(guó)垃圾發(fā)電廠使用的鍋爐水冷壁的主要材質(zhì)是碳鋼，鋼中的碳（FeC3）為陽(yáng)極、鐵（Fe）為陰極，是爐水發(fā)生微電池活動(dòng)的必要條件，具體反映過(guò)程為：陽(yáng)極反應(yīng)是Fe－2e→Fe2＋；當(dāng)爐水呈酸性時(shí)，陰極反應(yīng)是2H＋＋2e→H2↑，當(dāng)爐水呈堿性時(shí)，陰極反應(yīng)是O2＋2H2O＋4e→4OH－，在實(shí)際燃燒過(guò)程中，爐水應(yīng)當(dāng)維持在微堿性[1]。在運(yùn)行系統(tǒng)中發(fā)生的反應(yīng)是能夠產(chǎn)生腐蝕效果的電化學(xué)反應(yīng)：2Fe＋O2＋2H2O→2Fe（OH）2，其中氧是重要反應(yīng)條件，如果沒有氧氣釋放可以與陽(yáng)極鐵相連接的電子，該反應(yīng)就會(huì)達(dá)到平衡，腐蝕反應(yīng)會(huì)隨之停止，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，爐水中含有大量氧氣，這就導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)不斷進(jìn)行，最終使得水冷壁被嚴(yán)重腐蝕。

2 有效解決措施

2.1 嚴(yán)格控制爐水水質(zhì)

2.1.1 大氣式熱力除氧自動(dòng)控制

傳統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)影響下，當(dāng)鍋爐內(nèi)部水溫達(dá)到100 ℃時(shí)，爐水的蒸汽分壓力就會(huì)急劇增加，致使?fàn)t水上空氧氣所占的壓力百分比迅速減少，導(dǎo)致水中能夠溶解氧的物質(zhì)含量無(wú)限趨于零，從而造成水冷壁的腐蝕。因此，垃圾發(fā)電廠應(yīng)當(dāng)革新鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化發(fā)展，例如利用大氣式熱力除氧自動(dòng)控制保證爐水水質(zhì)，根據(jù)除氧器內(nèi)部壓力判查沸點(diǎn)，努力將溫度控制在高于相對(duì)壓力下沸點(diǎn)溫度2 ℃或3 ℃，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳除氧效果。另外，發(fā)電廠還要注意水量調(diào)節(jié)問(wèn)題和加熱蒸汽量問(wèn)題，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)Τ跗鲀?nèi)部水溫的沸騰狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)控制，傳統(tǒng)的水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)水量和溫度不符合標(biāo)準(zhǔn)的情況，需要工作人員進(jìn)行手動(dòng)輔助，而電氣自動(dòng)化系統(tǒng)卻能夠保證加熱蒸汽閥門自行進(jìn)行通氣加熱，保證解析氣體能夠被順暢排除。再者，發(fā)電廠要保持除氧器壓力穩(wěn)定，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)除氧頭排氣閥門的開度進(jìn)行調(diào)整，保證除氧器的補(bǔ)充水量始終處于連續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)，以此來(lái)避免因外界空氣進(jìn)入除氧器而影響最終除氧效果。

2.1.2 化學(xué)處理與自動(dòng)化有機(jī)結(jié)合

在經(jīng)過(guò)熱力除氧工作后，鍋爐的爐水中仍舊含有一定量的溶解氧，通常情況下，溶解量保持在50 μg/L及以上，而想要避免水冷壁出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，溶解氧需要在7 μg/L以內(nèi)。因此，垃圾發(fā)電廠可以將化學(xué)方法與電氣自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)鍋爐爐水的自動(dòng)化處理。傳統(tǒng)垃圾發(fā)電廠一般會(huì)通過(guò)對(duì)爐水添加聯(lián)氨來(lái)降低溶解氧的含量，但是鍋爐產(chǎn)出的蒸汽多數(shù)會(huì)被應(yīng)用到生產(chǎn)和生活中，而聯(lián)氨又含有一定毒素，所以這種方式應(yīng)當(dāng)盡早被二甲基酮肟取代。二甲基酮肟在常溫下是一種無(wú)毒的無(wú)色液體，水溶性呈中性且無(wú)污染，在大氣壓力為0.1 MPa時(shí)，其熔點(diǎn)為60 ℃、沸點(diǎn)134.8 ℃。二甲基酮肟具有較強(qiáng)的吸水性，與溶解氧發(fā)生的還原反應(yīng)為2C3H7N0＋O2→2C3H6CO+N2O+H2O和4（CH3）2C=N-0H+O2→4（CH3）2C=O+2N2＋H2O，反應(yīng)產(chǎn)物N2和H2O對(duì)鍋爐水冷壁無(wú)害，可以避免水冷壁管內(nèi)發(fā)生氧腐蝕。

2.2 控制鍋爐腐蝕區(qū)溫度

2.2.1 過(guò)熱器出口蒸汽溫度自動(dòng)控制

垃圾發(fā)電廠的鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，其過(guò)熱器出口的蒸汽溫度偏差通常不會(huì)超過(guò)5 ℃，而屏式過(guò)熱器出口的蒸汽溫度偏差不會(huì)超過(guò)10 ℃，如果發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)鍋爐電氣自動(dòng)化，就能夠科學(xué)控制鍋爐內(nèi)部溫度高點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)降低蒸汽溫度偏差、有效避免因鍋爐膛熱工況擾動(dòng)而造成水冷壁受熱面超溫等現(xiàn)象[2]。

2.2.2 停機(jī)溫度變化率自動(dòng)控制

垃圾發(fā)電廠應(yīng)當(dāng)利用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)停機(jī)溫度變化進(jìn)行科學(xué)控制。當(dāng)鍋爐出現(xiàn)緊急停機(jī)事故時(shí)，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠在10分鐘之內(nèi)完成鍋爐內(nèi)部停風(fēng)工作，并同時(shí)關(guān)閉引風(fēng)、送風(fēng)、出風(fēng)等多個(gè)通風(fēng)渠道，從而保證燜爐效率，避免鍋爐水冷壁因溫度驟然下降而出現(xiàn)爆管和裂縫。當(dāng)燃燒工作完成之后，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)還可以對(duì)鍋爐內(nèi)部多個(gè)元件的溫度進(jìn)行控制，例如調(diào)整高溫再熱器和屏式過(guò)熱器的入口煙溫度，使鍋爐降溫速率保持在3 ℃/min，從而避免因降溫過(guò)急而造成水冷壁損壞。

2.2.3 熱啟動(dòng)過(guò)程自動(dòng)控制

垃圾發(fā)電廠想要做好鍋爐水冷壁的抗腐蝕工作，就必須做好熱啟動(dòng)過(guò)程自動(dòng)化控制和蒸汽自動(dòng)化控制工作。在熱啟動(dòng)過(guò)程中，發(fā)電廠要嚴(yán)格遵循自動(dòng)化控制標(biāo)準(zhǔn)，保證自動(dòng)化系統(tǒng)能夠根據(jù)鍋爐的不同執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行溫度控制，保證水冷壁受熱面的金屬溫度與蒸汽溫度相差無(wú)幾，促使通風(fēng)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相互同步。

2.2.4 爐內(nèi)元素含量控制

影響鍋爐水冷壁腐蝕程度的主要因素是爐內(nèi)元素含量。如果燃煤含有較高的硫含量，在燃燒時(shí)就會(huì)產(chǎn)生高濃度的腐蝕介質(zhì)，導(dǎo)致水冷壁被腐蝕，所以發(fā)電廠應(yīng)選用含硫量較低的高品質(zhì)燃煤，盡量降低腐蝕介質(zhì)生成，從而降低水冷壁腐蝕程度。

2.3 提高鍋爐制作材料等級(jí)

2.3.1 創(chuàng)新自動(dòng)燃燒器

改造燃燒器設(shè)備是解決鍋爐水冷壁腐蝕問(wèn)題的有效措施之一。對(duì)此，垃圾發(fā)電廠可以將燃燒器與電氣自動(dòng)化系統(tǒng)相結(jié)合，將切圓直徑縮小，并在燃燒器中安裝自動(dòng)側(cè)邊風(fēng)。從而保證改造后的自動(dòng)燃燒器能夠科學(xué)調(diào)節(jié)鍋爐內(nèi)部燃燒情況，降低燃燒物發(fā)生還原反應(yīng)所產(chǎn)生的還原氛圍對(duì)水冷壁的影響，避免水冷壁被未燃燒的顆粒不斷沖刷。

2.3.2 更換制作材料

垃圾發(fā)電廠還可以利用更換制作材料的方法來(lái)延緩、抑制鍋爐水冷壁的腐蝕。盡管發(fā)電廠可以利用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)降低鍋爐水冷壁的腐蝕情況，但是如若鍋爐水冷壁本身材質(zhì)質(zhì)量較差，同樣會(huì)影響抗腐蝕效果。由于安裝鍋爐水冷壁管時(shí)，必須要對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，而現(xiàn)場(chǎng)焊接基本上沒有條件和時(shí)間對(duì)焊接縫進(jìn)行焊后熱處理，使得鍋爐水冷壁在長(zhǎng)時(shí)間使用后出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。因此，垃圾發(fā)電廠應(yīng)著重考慮制作材料是否具備抗高溫氯、硫、氮腐蝕的能力，最好采用抗高溫腐蝕能力較強(qiáng)的合金材料。

2.3.3 噴涂防護(hù)材料

垃圾發(fā)電廠主要是利用焚燒垃圾來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電，而垃圾中通常含有大量的氯元素、硫元素，如果想要提高鍋爐水冷壁的抗腐蝕能力，發(fā)電廠可以采用對(duì)鍋爐水冷壁噴涂防護(hù)材料的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)延緩、抑制腐蝕現(xiàn)象。例如，采用熱噴涂方式噴涂含有鉻（Cr）元素和鎳（Ni）元素的材料[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，影響垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕的主要因素是運(yùn)行系統(tǒng)、鍋爐材質(zhì)。為了提高鍋爐的工作效率，降低水冷壁腐蝕程度，垃圾發(fā)電廠應(yīng)當(dāng)努力研發(fā)電氣自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理，提高水冷壁材料等級(jí)，改善易腐蝕區(qū)溫度和被動(dòng)防護(hù)角度，從而提升水冷壁的抗腐蝕能力，增加發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。