垃圾焚烧炉脉冲吹灰器腐蚀失效的机理分析及防范措施

谢国利，周雪峰，卞建忠，夏临明，许卫荣

(湖州市特种设备检测中心，浙江湖州313000)

0 引言

锅炉积灰是影响锅炉高效运行的重要因素，对于垃圾焚烧炉而言，其危害更为突出，它不但影响锅炉受热面的传热效率，直接导致锅炉热效率下降，更为严重的是这种积灰的腐蚀性强，当积灰达到一定程度后，会引起换热管束腐蚀爆管堵塞，迫使生产装置无法保证长周期连续运行，造成重大经济损失［1-3］。为此，垃圾焚烧电站都会采用各种形式的吹灰装置以解决锅炉尾部烟道的积灰以及安全问题。

目前常用的吹灰器按照其吹灰的原理可以分为以下几种：1.蒸汽吹灰;2.声波吹灰;3.钢珠吹灰;4.脉冲吹灰。在以上几种吹灰方式中，除了脉冲吹灰是近年来新崛起的一项技术，其他各种吹灰方法都已在工业生产中应用多年，其优缺点也已被前人所总结［4、5］，而脉冲式吹灰器的各类缺陷尚有待总结，在本文中，作者通过对一起垃圾焚烧炉脉冲吹灰器腐蚀失效事故的原因分析，阐明的脉冲吹灰器产生腐蚀的机理，提出了相应的防范措施，为此类吹灰器的安全稳定运行提供了参考。

1 脉冲吹灰技术

脉冲吹灰器是将燃气和空气以一定的比例混合送人并充满主发生器部分及工作部分，其中燃气常选择价格低廉、气体比能高且在工厂中容易得到的乙炔，然后将此混合气体在控制系统的控制下在主发生器部分被点燃，产生剧烈的爆燃使其瞬间升至高压，并在火焰烽面前形成压缩波，在火焰经过导焰管传播过程中，压缩波也不断加强，最终火焰传播至脉冲波发生器内并点燃其中的可燃混合气体，形成的强烈脉冲波与从导焰管传递来的压缩波经调剂和加强后一并从喷口喷射到锅炉的换热设备表面上，使受热面上的积灰受脉冲波的作用而破碎、剥落。通过控制脉冲波的能量及喷口形状和位置，可使受热面的积灰在高强度的脉冲波作用下脱落，以减少锅炉受热面上不同类型的积灰［6，7］。

燃气脉冲波吹灰器系统由主发生器、控制和工作三个部分组成，具体见图1。主发生器部分包括空气和燃气的混合器、点火器、层分配器以及各种控制阀门、传感器等;控制部分包括控制柜和计算机等;工作部分包括导焰管、燃气脉冲波发生器和燃气脉冲波喷口。脉冲吹灰器的优点在于其释放能量和有效吹灰空间大，吹灰时间短，见效快，硬灰软灰均可有效的吹除而不留死角，吹灰介质温度高，受热面干燥，再积灰的速度慢［8］。另外，运行成本低，安全可靠，设备可实现高度自动化控制，操作简单，维护量小，也是脉冲吹灰器的优势。

2 事故情况

图2-3为我市某垃圾焚烧发电厂的一台NG-75/5.3/485-M4型循环流化床上的脉冲吹灰器发生腐蚀失效的现场图片，该锅炉所使用的脉冲吹灰器都使用乙炔为燃料，其腐蚀失效位置常发生在脉冲激波发生器上，如图2所示;激波发生器与喷口的连接弯头，如图3所示，若采用右边直角形式的弯头，在使用一段时间后都会产生腐蚀失效穿孔现象，左边弧形弯头是维修后的形式;另外，火焰导管也是常发生腐蚀的部位。以上几种腐蚀现象在这台锅炉的吹灰器上普遍存在，导致该锅炉的吹灰作业不能正常进行，由于是垃圾焚烧炉，锅炉积灰问题相对一般的燃煤锅炉更加严重，且灰的粘性和腐蚀性强，不能及时除灰将会导致发生尾部受热面管爆管等事故发生，为此，必须寻找到彻底解决此类问题的方法。

3 原因分析

要分析脉冲吹灰器腐蚀失效的原因，首先必须了解高温烟气的化学成分。国内的垃圾焚烧炉中，焚烧前未进行含氯有机废物的回收处理，垃圾成分复杂，废塑料、漂白纸、氯化钠盐等含氯化合物，随垃圾成分不同有较大变化，垃圾燃烧过程中氯的析出机理和行为特性尚不是十分清楚。已有文献初步表明，无论是无机氯化物还是有机氯化物，其焚烧后的主要产物是 Hcl［9，10］。一般认为垃圾焚烧中氯化氢的产生是由于有机氧化废物存在，如聚氯乙烯废物、聚偏二氯乙烯废物、氯丁二烯橡胶废物等。另外，含硫的垃圾在燃烧过程中生成二氧化硫，其中一部分在一定条件下与烟气中过剩的氧气化合生成三氧化硫，并与烟气中的水蒸汽结合生成浓度极稀的硫酸，当烟气遇冷，硫酸蒸汽和水蒸汽可能凝结成浓度较高的硫酸［11］。

这些含氯化台物焚烧后产生氰化氢和氯气与烟气中的三氧化硫等从吹灰器的喷口处进入到吹灰器内部，由于吹灰器内部温度较低，腐蚀性气体遇冷凝结造成低温露点腐蚀，其主要电化学腐蚀，特征有均匀腐蚀，点腐蚀，应力腐蚀裂纹等，以上腐蚀特点在该锅炉脉冲吹灰器中都能找到［12］。综上，低温露点腐蚀便是造成本文所述各类吹灰器失效事故的真正原因。

4 预防措施

(1)消除烟气死角，如果腐蚀性的烟气在吹灰器中冷凝后不能汇集到某处，那么这个位置就是吹灰器的薄弱点，所以必须尽可能的消除这些能使冷凝液残留的位置。如图3所示，该锅炉的脉冲吹灰器是按照右边的形式设计，其喷口与激波发生器呈90°夹角，此处便形成了一个烟气死角，残留液也能在此处汇集，因此，在此锅炉上，几乎所有的弯头都发生了腐蚀穿孔的事故。通过改变弯头处的形状，如图3左侧所示，全部改为弧形能有效的消除此类隐患，目前该锅炉吹灰器的弯头已全部更换为左侧形式，并在实际运行中，未发现异常。

(2)增加一条空气跨线，保持有微量的吹扫风从弯头进入锅炉，达到阻止烟气进入吹灰系统的目的。该吹扫风需为一定温度的热风，因热风可以减少低温露点腐蚀，另一方面需保证每路吹扫风的进风量，防止偏流，可以通过加大管径以及每路加孔板来实现，如果资金充裕，可以考虑每路独立设置来保证精确控制。

(3)制作吹灰器时应选用耐硫酸露点腐蚀以及氯离子腐蚀的材料。目前常使用的耐露点腐蚀的材料有09CrCuSb等［13］，由于钢材耐露点腐蚀性能是否良好取决于钢材的成分，在钢材中添加适量的合金元素是关键，Cu与钢中的碳结合耐蚀性最为优异;Cr和Sb也对钢的耐腐蚀性有利，但钢中含Cr大于1.00%时，会使钢的耐硫酸腐蚀性能有所降低，而Sb含量偏高则刚的焊接性能变差。实践证明，其抗露点腐蚀的能力是2O号钢的7倍左右，可大大减缓露点腐蚀速度。综上，09CrCuSb是制作吹灰器的理想材料。

5 结语

通过理论分析和实践经验，总结了以上几种预防脉冲吹灰器腐蚀失效的措施，其中，第一条措施，改变弯头结构，实践证明完全能解决弯头处的腐蚀问题;第二条措施，增加一条空气跨线，保持有微量的吹扫风从弯头进入锅炉，此项技术的效果十分明显，且设备投资不高，建议目前在用的脉冲式吹灰器都增加这套系统;第三条措施，吹灰器材料的选择，是较为常规的方法，为了设备的稳定运行，也建议用户采纳。通过上述改进，保证了脉冲吹灰器的安全稳定运行，为解决其腐蚀失效问题提供了很好的借鉴经验。

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