垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕與解決措施

高行行

(廣州環(huán)投福山環(huán)保能源有限公司，廣州 511363)

0 引 言

建設垃圾發(fā)電廠是我國現代城市建設的重要組成部分，具有垃圾清理、電力供應等多項功能、對城市環(huán)境保護、城市能源節(jié)約以及城市可持續(xù)發(fā)展都有非常積極的作用。而在城市垃圾發(fā)電廠運行中，鍋爐裝置是其核心動力裝置，在鍋爐裝置運行中，水冷壁起到了受熱和吸熱作用，確保鍋爐裝置良好運行。但是，在垃圾發(fā)電廠的鍋爐運行過程中，相關專家發(fā)現。垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁容易受到高溫和熱氣影響出現腐蝕現象，從而造成了受熱效率下降問題。另外，由于鍋爐水冷壁腐蝕嚴重，也容易造成鍋爐安全事故。所以，在垃圾發(fā)電廠鍋爐裝置運行過程中，應該針對水冷壁腐蝕問題進行解決，實現水冷壁的良好保護。

1 鍋爐水冷壁簡要分析

鍋爐水冷壁是現代鍋爐的主要受熱結構，其主要是由排鋼管組成，為了實現鍋爐受熱分散，鍋爐水冷壁設置于鍋爐爐膛周圍。鍋爐水冷壁內部沖入水和蒸汽，從而使水冷壁能夠吸收鍋爐爐膛的熱量，同時也實現高溫燃燒輻射的控制。鍋爐水冷壁對鍋爐爐膛的熱量和輻射能量進行吸收，實現了鍋爐裝置的良好保護。

在鍋爐裝置的最初階段，鍋爐加熱之后鍋爐爐膛內部的溫度快速升高，由于爐膛為金屬結構，具有一定的耐熱性，但是長時間的使用溫度不斷積累容易對爐膛以及爐壁表面造成一定的影響。所以，相關專家提出設計應用鍋爐水冷壁結構，對受熱后的鍋爐進行保護。后來，相關專家發(fā)現，鍋爐水冷壁不僅具有良好的保護作用，同時也具有熱能交換的功能，所以在當前鍋爐水冷壁結構設計過程中，更趨向于熱能交換功能對水冷壁進行設計。據相關數據統(tǒng)計顯示，鍋爐使用過程中，有50%的熱量被水冷壁吸收，減少了鍋爐裝置的受熱，就是對水冷壁的良好保護。

2 鍋爐水冷壁腐蝕的影響分析

鍋爐水冷壁腐蝕問題是水冷壁應用過程中的主要問題，嚴重影響到水冷壁運行，同時也造成水冷壁的腐蝕影響。

首先，鍋爐水冷壁出現腐蝕問題將會直接造成管壁變薄的問題。腐蝕從表面開始逐漸深入，不斷蠶食鍋爐水冷壁材料，因此對水冷壁造成了一定影響。據相關數據研究顯示，因為腐蝕和磨損可導致管壁減薄量約為1 mm，嚴重的甚至達到5 mm以上，形成了嚴重的安全隱患。另外，水冷壁壁厚減少，也影響到水冷壁的應用效果。

其次，鍋爐水冷壁腐蝕問題也容易造成安全事故，爆管問題就是鍋爐水冷壁運行過程中常見的問題。水冷壁腐蝕嚴重，內部的空間變小、管壁的熱承受能力減弱，很容易形成爆管現象，影響到鍋爐運行效果。

3 鍋爐水冷壁腐蝕誘因探索

在當前垃圾發(fā)電廠的設備維修過程中，對于鍋爐水冷壁腐蝕問題十分重視，而引發(fā)水冷壁腐蝕問題的因素包括多種，所以在腐蝕預防和處理之前，還需要對水冷壁腐蝕問題的主要原因進行控制，確保水冷壁的控制更加合理。以下是對垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕的主要誘因進行分析。

(1)積灰因素分析

垃圾發(fā)電廠的鍋爐裝置應用過程中，主要通過焚燒鍋爐獲取熱能，而在垃圾焚燒的過程中，會產生大量的灰塵，灰塵附著在水冷壁上會誘發(fā)腐蝕問題，其主要原因是由于垃圾灰塵中含有較多的氯元素和堿金屬元素。一方面，氯元素和堿金屬元素進入到水冷壁，附著在水冷壁表面很容易受到高溫影響出現熔煉現象，而熔煉之后的金屬元素容易對水冷壁的保護層造成破壞，保護性能降低的鍋爐水冷壁很容易受到腐蝕影響。另外一方面，積灰內的氯和堿金屬元素可通過類似氣相氯腐蝕的活化氧化機理來損害金屬表面，當水冷壁已經出現了裂縫，金屬氯化物會進一步侵入管壁內部，出現持續(xù)惡化的情況。

(2)蒸汽溫度誘因分析

蒸汽溫度是鍋爐水冷壁主要的腐蝕影響因素，以下是對蒸汽溫度對水冷壁的腐蝕性影響分析。

一方面，水冷壁內部的溫度升高是造成內部水冷壁灰塵迅速熔煉的主要熱力來源，而從上文分析而言，水冷壁積灰熔煉形成了對水冷壁的影響。

另外一方面，水冷壁管壁溫度出現突然升高，腐蝕物質的數量也會出現急劇增加的狀態(tài)。相關水冷壁研究顯示，當溫度上升50 ℃，水冷壁的腐蝕率也增加5%～10%左右?？梢姡瑴囟扔绊懸彩怯绊懙剿浔诟g的主要因素。

(3)SNCR和水蒸氣因素

SNCR是垃圾焚燒系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)，主要是起到非催化還原作用，通過SNCR非催化還原作用，增加了NOx 排放濃度。而通過相關研究表明，在SNCR實施非催化過程中，采用尿素作為還原劑、而尿素的腐蝕性相對比較大、容易對水冷壁造成腐蝕影響。另外，進一步研究表明，尿素在發(fā)揮作用中，主要分解為NH3、HNCO，而兩種物質在977 ℃以及1 177 ℃狀態(tài)下會與內部氣體發(fā)生反應，生成腐蝕性較強的酸霧物質，給水冷壁的運行造成影響，腐蝕水冷壁管壁。而在研究分析過程中，相關專家指出，與NH3、HNCO反應較為強烈的氣體正是管壁之內的水蒸氣。

綜上研究表明，垃圾電廠水冷壁腐蝕問題的影響因素包括溫度、水蒸氣、積灰等，所以在水冷壁腐蝕處理過程中，應該從其誘發(fā)原因入手，實現對水冷壁的保護。

4 鍋爐水冷壁腐蝕解決措施—以某垃圾發(fā)電廠處理措施為例

4.1 水冷壁腐蝕問題分析

垃圾發(fā)電廠在進行設備檢修過程中，發(fā)現該鍋爐水冷壁結構存在有較為嚴重的腐蝕現象，經過內部檢查發(fā)現，整個水冷壁結構的腐蝕達到了50%以上，所以面對極為嚴重的問題，電廠決定對水冷壁裝置進行更換，并且立刻組織專家研究水冷壁腐蝕預防措施，以下為提出的幾種水冷壁腐蝕預防方案。

4.2 水冷壁腐蝕性預防方案分析

(1)設計應用表面防護材料

水冷壁腐蝕預防過程中，相關專家提出在新水冷壁表面涂刷或噴涂良好的金屬材料，從而實現降溫和防腐作用。

①相關專家提出利用Ni-W合金以及Ni-Cr 復合材料制成粉末，并將粉末均勻噴涂在水冷壁表面。在其防護處理過程中，AI、W、Ni等金屬元素具有良好的防腐效果，實現了水冷壁的腐蝕性預防。另外，在水冷壁的防腐層設計過程中，相關專家也提出了利用高 Cr、Ni 材料的熱噴涂方法， 可在水冷壁腐蝕區(qū)域 進行分片塊實施預選幾種表面防護工藝和防護材料并通過試驗分析，不斷篩選、優(yōu)化防護工藝，以獲得最佳效果。

②相關專家在工藝研究過程中發(fā)現，表面防腐工藝應用也極為關鍵。當前，很多垃圾焚燒發(fā)電廠都采用堆焊、低溫微熔焊的方法進行處理，在進行熔煉過程中，采用激光熔覆的方式進行表面防腐處理。

A堆焊工藝是現代金屬表面防腐處理的常用工藝，該工藝實施過程中，采用Inconel625材料，防腐層厚度最大可以設置2～3 mm、具有效率高，防腐性能好的特點。采用堆焊方式進行水冷壁表面防腐處理，其表面的防腐能力能夠維持6年或以上。

B低溫微熔焊方式。其工藝應用過程中，使用Ni-Cr-Fe材料，其防腐厚度達到0.5～1.5 mm左右、使用壽命也能夠達到5～6年左右，技術比較成熟。但是，在該工藝應用過程中，容易造成水冷壁管屏變形。

C現代水冷壁防腐研究過程中，還出現了激光熔覆防腐工藝。該工藝最大能夠實現10 mm的防腐厚度，比傳統(tǒng)工藝的防腐效果提升了數倍，同時其最大承受溫度性能達到800 ℃，技術使用效果能夠3～6年。激光熔覆技術的使用相對方便，并且不會對水冷壁造成變形影響，在未來是水冷壁防腐實施的主要工藝。但是，由于當前我國的水冷壁防腐技術相對比較落后，實現激光熔覆技術還比較困難，并且其使用成本也相對比較高[1]。

(2)水冷壁材料升級

水冷壁自身材料因素也是影響到水冷壁防腐性能的主要因素，所以在水冷壁防腐措施研究過程中，相關專家提出水冷壁材料升級的新理念。通過材料升級完成水冷壁防腐的有效控制。在上述水冷壁防腐性能影響因素分析過程中，發(fā)現溫度過高是造成水冷壁腐蝕的主要因素，所以在研究過程中，鍋爐裝置內部的運行最佳溫度進行了分析。其中機械爐排爐應處400攝氏度以下運行，而循環(huán)流化床的溫度應該不超過450攝氏度。所以，在兩項溫度的要求之下，應該做好對水冷壁管材料的選擇。要求材料材質應該為20G、并20G 水冷壁在常溫、中高溫的條件下，強度十分高，同時具有較好的焊接性能，可滿足450 ℃以下溫度范圍內使用需求。

在進行水冷壁的防腐措施分析過程中，綜合考慮各種方案的優(yōu)勢和劣勢，確定采用Ni-W合金防腐材料和堆焊工藝進行防腐處理，同時重新定制SANDVIK復合管防腐材料。通過該方案的良好實施，對于后續(xù)的水冷壁防腐實施有重要的意義。

(3)防腐涂料的應用

在當前鍋爐水冷壁防腐研究過程中，相關專家提出了防腐涂料涂刷的措施。在進行防腐涂料的涂刷的過程中，涂料具有使用方便，防腐性能優(yōu)良的特點。例如，ZS-722耐酸導熱防腐涂料多種組分組成的陶瓷功能填料，相互協(xié)同賦予了涂層優(yōu)異的耐磨、抗熱沖擊性，可以長時間耐氣蝕液蝕摩擦和粉料摩擦。該涂料也能夠實現1 000 ℃以上的溫度抵抗，涂料的使用壽命比較長，大大降低了水冷壁腐蝕速率和概率[2]。

4.3 水冷壁處理方法總結

水冷壁出現腐蝕之后，還需要對腐蝕問題進行處理。在進行全面檢查過程中，風險部分水冷壁的腐蝕問題相對比較輕，所以在防腐處理過程中，相關專家提出了防腐問題的解決措施。

(1)腐蝕分析

在進行水冷壁的防腐處理之前，針對其腐蝕原因進行了分析。通過相關專家對水冷壁腐蝕問題的分析發(fā)現，引發(fā)水冷壁腐蝕問題的主要因素包括氧腐蝕因素、保護膜遭到破壞、沉積物堿性腐蝕等問題。通過檢測發(fā)現，爐內爐水的PH值為13，腐蝕性較強[3]。

(2)腐蝕處理策略研究

在本次防腐實施過程中，還針對腐蝕處理策略進行研究。在本次腐蝕處理過程中，相關專家針對水冷壁的腐蝕問題進行了詳細的分析，并針對輕微腐蝕問題進行處理。其主要的處理方法就是采用磷酸鹽進行腐蝕處理，磷酸鹽中含有磷酸成分，能夠對造成腐蝕影響的鈣鎂鹽形成中和，并且二者整合后的水渣溶于水中，隨爐水排除。從而達到鍋爐水冷壁腐蝕處理的作用[4]。

5 結束語

垃圾焚燒電廠的鍋爐裝置維修保養(yǎng)過程中，需要做好對水冷壁的維修和保養(yǎng)，完成對水冷壁的維修和保養(yǎng)，主要對水冷壁的腐蝕問題進行預防和處理，實現水冷壁保護，對于鍋爐裝置的保護也有重要的意義。本文通過具體垃圾發(fā)電廠的水冷壁高溫腐蝕處理措施總結水冷壁腐蝕的主要手段，包括涂刷防腐材料，防腐工藝等，希望能夠對水冷壁的防腐工藝實施有所幫助。