焚烧炉高过管腐蚀原因分析

郑春雄

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【摘 要】本文主要就垃圾焚烧炉高温过热器管腐蚀问题展开讨论，对高温腐蚀形成的原理进行分析。并结合具体项目，垃圾实际热值比设计热值偏高，导致高温过热器入口烟温偏高实际情况。总结分析高过管寿命短的成因，并提出建议。

【关键词】垃圾焚烧炉；高温过热器管；高温腐蚀

随着生活水平的日益提高，城市垃圾的产生量有爆发性的增长，“垃圾围城”成为城市管理者必须要面对的、非常严峻的现实问题。目前，国内垃圾处理的主要手段有填埋、焚烧两种工艺。垃圾焚烧、余热回收利用发电具有工艺简单，运行可靠，垃圾处理速度快，处理量大的优点，是实现城市垃圾无害化、减量化和资源化处理的一种有效方法，因此近十年来在国内得到快速的发展。

垃圾焚烧发电工艺原理是将垃圾放入焚烧炉中进行燃烧，释放出热能，用余热锅炉将余热进行回收，加热给水变成蒸汽，蒸汽送到汽轮机中推动汽轮发电机旋转做功，将蒸汽的热能转化为电能，释放热能后的烟气经烟气净化系统处理后排放，通过这一系列流程将垃圾由“废物”变为可利用的“资源”。

目前，由于生活习惯等问题，我国用于焚烧的垃圾均没有进行前端分类，因此其组成成份相当复杂，既有可燃的塑料、木材、纸屑等，也有不可燃的砖头、瓦砾、金属等。垃圾经过焚烧处理后，生成的烟气中含有HCI、NOx、SO2等酸性腐蚀气体，烟气中所含的灰分性质也比较粘，加上垃圾焚烧余热锅炉受热面布置的特点，过热器一般为卧式布置，很容易粘附在过热器管子表面，降低换热效果，造成烟气温度偏高，成为垃圾焚烧余热锅炉中过热器出现腐蚀的重要因素。

某垃圾焚烧发电厂从投产以来，余热锅炉高温过热器出现多次爆管现象，本文对爆管的原因进行分析，并提出建议，可供同类型问题提供参考。

1 余热锅炉简介及高温过热器运行状况

1.1 余热锅炉简介

某垃圾电站锅炉型号为SLC225-4.1/400，由某锅炉公司制造。其焚烧炉主要技术参数如表1所示。

余热锅炉为单锅筒、自然循环水管锅炉。下部是垃圾焚烧炉排，在炉膛的上方是第一、二、三通道，四周布满膜式水冷壁。第四通道布置了省煤器和烟预器。绝热炉膛上部为第一通道，烟气在第一通道上行后至出口处转180°弯进入第二通道，下行至第二通道出口处再向上转180°弯后进入第三通道，如图1所示。在第三通道布置了三级对流过热器，按烟气流向分别为高温过热器、中温过热器、低温过热器。

1.2 高温过热器运行状况

该垃圾焚烧发电厂共配置有3台垃圾焚烧炉，焚烧炉正常运行时，炉内温度偏高，从布置在高温过热器前的监测点显示可知，当负荷同样为18.7t/h时，烟气温度从刚刚启炉时的约为580℃，经2、3个月的运行，缓慢爬升到650℃左右，远远高于设计值（594℃）。造成这一现象的主要原因是由于锅炉设计垃圾热值与实际热值有较大偏差引起的。在锅炉原设计中，垃圾的热值取值为5650KJ/kg，而在实际运行中，随着生活水平的不断提高，垃圾热值也不断提高，燃烧中垃圾的热值已达到6800KJ/kg，比设计值提高了1150KJ/kg，增幅约20%。

入炉垃圾热值的变化对燃烧产生较大的影响。当垃圾的热值升高时，垃圾容易着火且燃烧强度更高，炉膛内的温度上升，按照已有的锅炉水冷壁布置，炉内膜式水冷壁受热面未能够将烟气温度冷却到设计值，造成在进入第三通道时烟温偏高。在较高的烟温环境下高温过热器与含有高腐蚀性的烟气接触，加剧高温腐蚀，从而缩短寿命。从投产以来，高温过热器的寿命约为3年，比同类型机组明显偏低。每台炉各经历2次高温过热整组更换工作，使用寿命的后期出现多次爆管泄漏情况。

2 高温腐蚀原理分析

2.1 概述

由于我国目前各垃圾焚烧厂所焚烧的垃圾均是未进行过分类的垃圾，经过焚烧处理后，生成的烟气中含有HCI、NOx、SO2等酸性气体，烟气中所含的灰分性质也比较粘，很容易粘附在受热面管子表面，降低换热效果，造成烟气温度偏高。由于未分选，垃圾中含有很多塑料等有机物，在焚烧后烟气中产生浓度较高的HCl，对铁及铁化合物等均有腐蚀作用，而且腐蚀的速率随反应温度的提高而加速。

2.2 腐蚀原理分析

由于燃料性质关系，垃圾焚烧烟气中SO2的含量并不多，而烟气中的NOx已在炉内进行脱除处理，对尾部受热面的影响并不大，因此造成高温腐蚀的酸性气体主要为氯化氢及氯气，这里主要分析氯化氢及氯气对铁及铁合物的腐蚀。

该项目高温过热器管材质为15CrMOG，属于铁基合金，在投入使用后，表面会自然形成一层氧化膜，从里往外依次为FeO、Fe3O4、Fe2O3。高温腐蚀主要是氯化物和氯气对管壁的间接和直接腐蚀， 以及硫酸盐和碱金属对管壁的熔盐腐蚀。氯化物和氯气对高过管壁的腐蚀机理如下[1]：

HCl与管壁氧化膜反应：

Fe2O3 + 6HCl=2FeCl3 + 3H2O

腐蚀产物FeCl3与管壁进一步反应：

2FeCl3+Fe=3FeCl2

同时，烟气中的氯气有很强的氧化性， 与管壁金属及氯化物作用发生如下反应：

3Cl2+2Fe=2FeCl3

Cl2+ 2FeCl2=2FeCl3

此外，HCl与金属及金属氧化物发生下列反应：

2HCl+Fe=FeCl2+H2

2HCl+FeO=FeCl2+ H2O

由于腐蚀产物中FeCl2在高温下为气态，而FeCl3的熔点为303℃，能显著挥发，不断随烟气被带走。因此，只要垃圾焚烧炉处在运行中，烟气中的HCl、Cl2得到不断的补充， 与裸露出来的Fe不断的反应，焚烧炉受热面的腐蚀反应就一直会进行下去，而且随管壁温度升高， 反应越剧烈。