垃圾发电厂锅炉水冷壁腐蚀与解决措施

高行行

(广州环投福山环保能源有限公司，广州 511363)

0 引 言

建设垃圾发电厂是我国现代城市建设的重要组成部分，具有垃圾清理、电力供应等多项功能、对城市环境保护、城市能源节约以及城市可持续发展都有非常积极的作用。而在城市垃圾发电厂运行中，锅炉装置是其核心动力装置，在锅炉装置运行中，水冷壁起到了受热和吸热作用，确保锅炉装置良好运行。但是，在垃圾发电厂的锅炉运行过程中，相关专家发现。垃圾发电厂锅炉水冷壁容易受到高温和热气影响出现腐蚀现象，从而造成了受热效率下降问题。另外，由于锅炉水冷壁腐蚀严重，也容易造成锅炉安全事故。所以，在垃圾发电厂锅炉装置运行过程中，应该针对水冷壁腐蚀问题进行解决，实现水冷壁的良好保护。

1 锅炉水冷壁简要分析

锅炉水冷壁是现代锅炉的主要受热结构，其主要是由排钢管组成，为了实现锅炉受热分散，锅炉水冷壁设置于锅炉炉膛周围。锅炉水冷壁内部冲入水和蒸汽，从而使水冷壁能够吸收锅炉炉膛的热量，同时也实现高温燃烧辐射的控制。锅炉水冷壁对锅炉炉膛的热量和辐射能量进行吸收，实现了锅炉装置的良好保护。

在锅炉装置的最初阶段，锅炉加热之后锅炉炉膛内部的温度快速升高，由于炉膛为金属结构，具有一定的耐热性，但是长时间的使用温度不断积累容易对炉膛以及炉壁表面造成一定的影响。所以，相关专家提出设计应用锅炉水冷壁结构，对受热后的锅炉进行保护。后来，相关专家发现，锅炉水冷壁不仅具有良好的保护作用，同时也具有热能交换的功能，所以在当前锅炉水冷壁结构设计过程中，更趋向于热能交换功能对水冷壁进行设计。据相关数据统计显示，锅炉使用过程中，有50%的热量被水冷壁吸收，减少了锅炉装置的受热，就是对水冷壁的良好保护。

2 锅炉水冷壁腐蚀的影响分析

锅炉水冷壁腐蚀问题是水冷壁应用过程中的主要问题，严重影响到水冷壁运行，同时也造成水冷壁的腐蚀影响。

首先，锅炉水冷壁出现腐蚀问题将会直接造成管壁变薄的问题。腐蚀从表面开始逐渐深入，不断蚕食锅炉水冷壁材料，因此对水冷壁造成了一定影响。据相关数据研究显示，因为腐蚀和磨损可导致管壁减薄量约为1 mm，严重的甚至达到5 mm以上，形成了严重的安全隐患。另外，水冷壁壁厚减少，也影响到水冷壁的应用效果。

其次，锅炉水冷壁腐蚀问题也容易造成安全事故，爆管问题就是锅炉水冷壁运行过程中常见的问题。水冷壁腐蚀严重，内部的空间变小、管壁的热承受能力减弱，很容易形成爆管现象，影响到锅炉运行效果。

3 锅炉水冷壁腐蚀诱因探索

在当前垃圾发电厂的设备维修过程中，对于锅炉水冷壁腐蚀问题十分重视，而引发水冷壁腐蚀问题的因素包括多种，所以在腐蚀预防和处理之前，还需要对水冷壁腐蚀问题的主要原因进行控制，确保水冷壁的控制更加合理。以下是对垃圾发电厂锅炉水冷壁腐蚀的主要诱因进行分析。

(1)积灰因素分析

垃圾发电厂的锅炉装置应用过程中，主要通过焚烧锅炉获取热能，而在垃圾焚烧的过程中，会产生大量的灰尘，灰尘附着在水冷壁上会诱发腐蚀问题，其主要原因是由于垃圾灰尘中含有较多的氯元素和碱金属元素。一方面，氯元素和碱金属元素进入到水冷壁，附着在水冷壁表面很容易受到高温影响出现熔炼现象，而熔炼之后的金属元素容易对水冷壁的保护层造成破坏，保护性能降低的锅炉水冷壁很容易受到腐蚀影响。另外一方面，积灰内的氯和碱金属元素可通过类似气相氯腐蚀的活化氧化机理来损害金属表面，当水冷壁已经出现了裂缝，金属氯化物会进一步侵入管壁内部，出现持续恶化的情况。

(2)蒸汽温度诱因分析

蒸汽温度是锅炉水冷壁主要的腐蚀影响因素，以下是对蒸汽温度对水冷壁的腐蚀性影响分析。

一方面，水冷壁内部的温度升高是造成内部水冷壁灰尘迅速熔炼的主要热力来源，而从上文分析而言，水冷壁积灰熔炼形成了对水冷壁的影响。

另外一方面，水冷壁管壁温度出现突然升高，腐蚀物质的数量也会出现急剧增加的状态。相关水冷壁研究显示，当温度上升50 ℃，水冷壁的腐蚀率也增加5%～10%左右。可见，温度影响也是影响到水冷壁腐蚀的主要因素。

(3)SNCR和水蒸气因素

SNCR是垃圾焚烧系统中非常重要的环节，主要是起到非催化还原作用，通过SNCR非催化还原作用，增加了NOx 排放浓度。而通过相关研究表明，在SNCR实施非催化过程中，采用尿素作为还原剂、而尿素的腐蚀性相对比较大、容易对水冷壁造成腐蚀影响。另外，进一步研究表明，尿素在发挥作用中，主要分解为NH3、HNCO，而两种物质在977 ℃以及1 177 ℃状态下会与内部气体发生反应，生成腐蚀性较强的酸雾物质，给水冷壁的运行造成影响，腐蚀水冷壁管壁。而在研究分析过程中，相关专家指出，与NH3、HNCO反应较为强烈的气体正是管壁之内的水蒸气。

综上研究表明，垃圾电厂水冷壁腐蚀问题的影响因素包括温度、水蒸气、积灰等，所以在水冷壁腐蚀处理过程中，应该从其诱发原因入手，实现对水冷壁的保护。

4 锅炉水冷壁腐蚀解决措施—以某垃圾发电厂处理措施为例

4.1 水冷壁腐蚀问题分析

垃圾发电厂在进行设备检修过程中，发现该锅炉水冷壁结构存在有较为严重的腐蚀现象，经过内部检查发现，整个水冷壁结构的腐蚀达到了50%以上，所以面对极为严重的问题，电厂决定对水冷壁装置进行更换，并且立刻组织专家研究水冷壁腐蚀预防措施，以下为提出的几种水冷壁腐蚀预防方案。

4.2 水冷壁腐蚀性预防方案分析

(1)设计应用表面防护材料

水冷壁腐蚀预防过程中，相关专家提出在新水冷壁表面涂刷或喷涂良好的金属材料，从而实现降温和防腐作用。

①相关专家提出利用Ni-W合金以及Ni-Cr 复合材料制成粉末，并将粉末均匀喷涂在水冷壁表面。在其防护处理过程中，AI、W、Ni等金属元素具有良好的防腐效果，实现了水冷壁的腐蚀性预防。另外，在水冷壁的防腐层设计过程中，相关专家也提出了利用高 Cr、Ni 材料的热喷涂方法， 可在水冷壁腐蚀区域 进行分片块实施预选几种表面防护工艺和防护材料并通过试验分析，不断筛选、优化防护工艺，以获得最佳效果。

②相关专家在工艺研究过程中发现，表面防腐工艺应用也极为关键。当前，很多垃圾焚烧发电厂都采用堆焊、低温微熔焊的方法进行处理，在进行熔炼过程中，采用激光熔覆的方式进行表面防腐处理。

A堆焊工艺是现代金属表面防腐处理的常用工艺，该工艺实施过程中，采用Inconel625材料，防腐层厚度最大可以设置2～3 mm、具有效率高，防腐性能好的特点。采用堆焊方式进行水冷壁表面防腐处理，其表面的防腐能力能够维持6年或以上。

B低温微熔焊方式。其工艺应用过程中，使用Ni-Cr-Fe材料，其防腐厚度达到0.5～1.5 mm左右、使用寿命也能够达到5～6年左右，技术比较成熟。但是，在该工艺应用过程中，容易造成水冷壁管屏变形。

C现代水冷壁防腐研究过程中，还出现了激光熔覆防腐工艺。该工艺最大能够实现10 mm的防腐厚度，比传统工艺的防腐效果提升了数倍，同时其最大承受温度性能达到800 ℃，技术使用效果能够3～6年。激光熔覆技术的使用相对方便，并且不会对水冷壁造成变形影响，在未来是水冷壁防腐实施的主要工艺。但是，由于当前我国的水冷壁防腐技术相对比较落后，实现激光熔覆技术还比较困难，并且其使用成本也相对比较高[1]。

(2)水冷壁材料升级

水冷壁自身材料因素也是影响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过程中，相关专家提出水冷壁材料升级的新理念。通过材料升级完成水冷壁防腐的有效控制。在上述水冷壁防腐性能影响因素分析过程中，发现温度过高是造成水冷壁腐蚀的主要因素，所以在研究过程中，锅炉装置内部的运行最佳温度进行了分析。其中机械炉排炉应处400摄氏度以下运行，而循环流化床的温度应该不超过450摄氏度。所以，在两项温度的要求之下，应该做好对水冷壁管材料的选择。要求材料材质应该为20G、并20G 水冷壁在常温、中高温的条件下，强度十分高，同时具有较好的焊接性能，可满足450 ℃以下温度范围内使用需求。

在进行水冷壁的防腐措施分析过程中，综合考虑各种方案的优势和劣势，确定采用Ni-W合金防腐材料和堆焊工艺进行防腐处理，同时重新定制SANDVIK复合管防腐材料。通过该方案的良好实施，对于后续的水冷壁防腐实施有重要的意义。

(3)防腐涂料的应用

在当前锅炉水冷壁防腐研究过程中，相关专家提出了防腐涂料涂刷的措施。在进行防腐涂料的涂刷的过程中，涂料具有使用方便，防腐性能优良的特点。例如，ZS-722耐酸导热防腐涂料多种组分组成的陶瓷功能填料，相互协同赋予了涂层优异的耐磨、抗热冲击性，可以长时间耐气蚀液蚀摩擦和粉料摩擦。该涂料也能够实现1 000 ℃以上的温度抵抗，涂料的使用寿命比较长，大大降低了水冷壁腐蚀速率和概率[2]。

4.3 水冷壁处理方法总结

水冷壁出现腐蚀之后，还需要对腐蚀问题进行处理。在进行全面检查过程中，风险部分水冷壁的腐蚀问题相对比较轻，所以在防腐处理过程中，相关专家提出了防腐问题的解决措施。

(1)腐蚀分析

在进行水冷壁的防腐处理之前，针对其腐蚀原因进行了分析。通过相关专家对水冷壁腐蚀问题的分析发现，引发水冷壁腐蚀问题的主要因素包括氧腐蚀因素、保护膜遭到破坏、沉积物碱性腐蚀等问题。通过检测发现，炉内炉水的PH值为13，腐蚀性较强[3]。

(2)腐蚀处理策略研究

在本次防腐实施过程中，还针对腐蚀处理策略进行研究。在本次腐蚀处理过程中，相关专家针对水冷壁的腐蚀问题进行了详细的分析，并针对轻微腐蚀问题进行处理。其主要的处理方法就是采用磷酸盐进行腐蚀处理，磷酸盐中含有磷酸成分，能够对造成腐蚀影响的钙镁盐形成中和，并且二者整合后的水渣溶于水中，随炉水排除。从而达到锅炉水冷壁腐蚀处理的作用[4]。

5 结束语

垃圾焚烧电厂的锅炉装置维修保养过程中，需要做好对水冷壁的维修和保养，完成对水冷壁的维修和保养，主要对水冷壁的腐蚀问题进行预防和处理，实现水冷壁保护，对于锅炉装置的保护也有重要的意义。本文通过具体垃圾发电厂的水冷壁高温腐蚀处理措施总结水冷壁腐蚀的主要手段，包括涂刷防腐材料，防腐工艺等，希望能够对水冷壁的防腐工艺实施有所帮助。