垃圾焚燒爐中防止高溫腐蝕和低溫腐蝕的措施

徐陳（瀚藍工程技術有限公司，廣東 佛山528225）

0 引言

城市垃圾是導致城市污染的主要源頭，通過垃圾焚燒爐設備進行處理，可以很好的控制垃圾的總量，還能夠?qū)崿F(xiàn)熱能循環(huán)利用，具有重要的戰(zhàn)略意義。但是，在具體使用過程中，由于長期處于復雜的工藝環(huán)境當中，垃圾焚燒爐很容易出現(xiàn)腐蝕損壞的問題，影響到正常運行，同時也帶來了更高的生產(chǎn)使用成本。為了進一步分析垃圾焚燒爐避免腐蝕的策略，現(xiàn)就垃圾焚燒爐腐蝕情況介紹如下。

1 垃圾焚燒爐腐蝕概述

目前，我國的垃圾焚燒處理要求需要滿足無害化、減量化以及資源化的要求。垃圾焚燒爐作為一種應用較為廣泛的設備，不但可以實現(xiàn)減重減容的目的，同時也可以將大量的熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽進而形成電力資源，這也使得垃圾能源的效益達到最大化。垃圾焚燒爐使用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)內(nèi)部腐蝕損壞的問題，根據(jù)發(fā)生腐蝕的原因以及溫度條件，可以劃分為高溫腐蝕、低溫腐蝕兩種類型。垃圾焚燒爐發(fā)生腐蝕往往與垃圾的種類，煙氣溫度具有密切的關系，相比于傳統(tǒng)的燃煤鍋爐設備而言，垃圾焚燒爐更容易出現(xiàn)腐蝕損壞的問題。

2 垃圾焚燒爐防止高溫腐蝕的途徑

垃圾焚燒爐高溫腐蝕是出現(xiàn)率較高且處理難度較大的腐蝕因素，現(xiàn)分別討論如下。

2.1 過熱器高溫腐蝕

根據(jù)相關研究顯示，過熱器高溫腐蝕問題的控制主要與氧氣含量、過熱器材料以及灰分三個方面相關。根據(jù)過熱器高溫腐蝕的發(fā)生機理我們不難發(fā)現(xiàn)，各種氯化物會對金屬物金屬管產(chǎn)生腐蝕影響，而氯化物的主要來源就是揮發(fā)性氯，比如說各種塑料制品、合成垃圾當中的聚乙烯以及人造革、泡沫等等，這些材料都具有大量的有機氯。另外，廚房垃圾當中包括的氯化鈉、氯化鉀材料也會提供大量的無機氯，這些物質(zhì)在燃燒后都會產(chǎn)生大量的氯，進而使得鍋爐內(nèi)部的受熱面出現(xiàn)腐蝕加劇的情況。根據(jù)焚燒爐內(nèi)部的煙氣溫度與腐蝕速度關系研究情況來看，壁溫達到450℃后，腐蝕的速度會快速上升，在達到600℃時處于腐蝕高峰，隨著溫度繼續(xù)增加，腐蝕速度才開始減弱。根據(jù)高溫腐蝕的發(fā)生原因，其中的氯化鐵與氧氣反應后會形成穩(wěn)定的三氧化二鐵，該材料是致密的保護膜，使得本區(qū)域不再氧化后，氧氣會與其他部分進行反應，直到氧氣被耗盡為止。根據(jù)這個技術原理，為了避免內(nèi)部形成氧化還原的反應氛圍，在垃圾焚燒爐設計過程，應該盡可能避免高空氣系數(shù)，這是由于較大的空氣量會進一步增加煙氣當中的腐蝕氣體含量，同時風機的運行成本也會增加，所以氧氣量控制是垃圾焚燒爐設計中必須要考慮的問題；過熱器材料選擇也是減輕高溫腐蝕的重要途徑。通過調(diào)整鍋爐的蒸汽設計參數(shù)和控制高溫過熱器入口煙氣溫度，能夠有效降低高溫腐蝕的影響。隨著科學技術的發(fā)展，目前一些先進的垃圾焚燒爐生產(chǎn)廠家開始采用新型耐腐蝕材料來進行過熱器的結(jié)構設計，比如說我國的某廠家對蒸汽爐參數(shù)進行了調(diào)整，選擇4.0Mpa，450℃的設計參數(shù)，過熱器的管材為12Cr1MOVG，在煙氣入口溫度不超過600℃的情況下選擇該材料，能夠有效延長垃圾焚燒爐的使用壽命。另外，國外一些廠家選擇825鎳基管來作為過熱器的材料，該材料的穩(wěn)定性較高，但是成本也十分昂貴，不適合國內(nèi)的垃圾焚燒爐使用環(huán)境。通過表面噴涂技術來進行鎳基合金噴涂，也能夠達到相似的效果，成本可以得到有效的控制，但是隨著時間推移，表面涂層可能會出現(xiàn)脫落，所以實際壽命會較差；清灰也是垃圾焚燒爐腐蝕防護的重要技術手段之一，這是由于鍋爐的受熱面運行過程中存在大量的飛灰結(jié)構，這些飛灰結(jié)構形成內(nèi)部致密、外部松散的特征后，會與煙氣氛圍、溫度共同組成新的腐蝕結(jié)構，隨著附著層的不斷增加，腐蝕效率也會相應的增加。為了解決這個問題，根據(jù)高溫過熱器結(jié)構的不同，一般選擇純蒸汽吹灰的方式，或者蒸汽吹灰器加機械振打的方式清灰。。

2.2 水冷壁高溫腐蝕

水冷壁高溫腐蝕問題的發(fā)生需要滿足三個方面的條件，第一個是水冷壁內(nèi)部具有氧化還原氛圍，第二個是煙氣中存在氯化物與硫化物，第三個是水冷壁的溫度達到腐蝕標準要求。目前，我國的中大型城市的生活垃圾熱值整體不高，為了確保煙氣當中的溫度能夠達到環(huán)保技術指標，所以大多數(shù)的垃圾焚燒爐爐膛都設計為絕熱爐膛模式，水冷壁的內(nèi)部會敷設耐火澆注料，這樣就可以避免爐膛與煙氣直接接觸。但是，隨著生活質(zhì)量的不斷改善，近些年來一些城市的垃圾焚燒熱值也在不斷的上升，這也使得垃圾焚燒爐的參數(shù)設計水平提出了更高的要求，在后期的焚燒爐防腐蝕設計中，水冷壁的高溫腐蝕會變得越來越嚴峻，需要重點進行對待。

根據(jù)這個特征，我們要想做好水冷壁高溫防腐蝕處理，就需要同時做好如下幾個方面的工作：其一，科學設計焚燒爐的爐膛形狀與結(jié)構類型，使用過量空氣系數(shù)來進行合理配置，強化煙氣的擾動并做好爐膛內(nèi)的停留時間設計，這樣一來爐膛內(nèi)部的煙氣成分會更合理，同時也避免了不完全燃燒問題；其二，采用膜式水冷壁結(jié)構進行設計，能夠盡可能的靠近爐膛的上部來進行處理。這個過程中可以借助于熱噴涂處理的方式來進行防腐材料的設置，通過防腐材料與外部直接接觸的方式來降低腐蝕帶來的影響。國內(nèi)很多項目已經(jīng)在未覆蓋澆注料水冷壁處堆焊鎳基合金（INCONEL625），以此來延長垃圾焚燒爐水冷壁的使用壽命，使用效果很好，基本能保證十年的使用壽命。

3 垃圾焚燒爐防止低溫腐蝕的途徑

垃圾焚燒爐在使用過程中，省煤器是最容易出現(xiàn)低溫腐蝕的區(qū)域，由于采用逆流換熱模式，省煤器入口處易產(chǎn)生低溫腐蝕。壁溫為120℃～150℃時，腐蝕的速度會加快。根據(jù)其發(fā)生腐蝕的基本特征，可以判斷為電化學腐蝕，主要是由于煙氣當中本身存在大量的硫化氫以及二氧化硫氣體，在露點當中遭遇到水分，形成了強酸液體，進而對受熱部分進行腐蝕。為了避免該類型的低溫腐蝕，需要對鍋爐內(nèi)部的排煙溫度進行合理設置，這樣就可以有效降低低溫腐蝕帶來的影響。一般來說，將排煙溫度控制上升后，可以使得金屬溫度在150℃以上，此時腐蝕的效率會下降。如果是不設煙氣的尾部結(jié)構，可以進行省煤器的布置，此時要求做好給水溫度的設置，適當提升給水溫度有助于降低腐蝕影響。所以，垃圾焚燒余熱鍋爐省煤器入口水溫一般是130℃，在排煙溫度190℃的情況下，能保證省煤器壁溫高于150℃。同時，我們可以適當增加低溫省煤器的管子壁厚，和設計省煤器旁路或是采用給水預熱器的方式，可有效的防止低溫腐蝕。

4 結(jié)語

綜上所述，垃圾焚燒爐在城市垃圾處理中扮演著重要的角色，但是由于其需要面對十分復雜的工作環(huán)境，所以必然會出現(xiàn)高溫腐蝕、低溫腐蝕等情況。為了減緩高低溫腐蝕帶來的負面影響，延長垃圾焚燒爐的實際使用壽命，需要對其實際的使用環(huán)境進行科學分析，并找到出現(xiàn)腐蝕的原因，針對性的進行解決。本次研究中重點對過熱器、水冷壁的高溫腐蝕原因、腐蝕防護手段進行了探討，并對省煤器的低溫腐蝕處理內(nèi)容進行了探討，希望可以為垃圾焚燒爐的合理應用提供思路與借鑒。