鄭春雄
【摘 要】本文主要就垃圾焚燒爐高溫過(guò)熱器管腐蝕問(wèn)題展開(kāi)討論,對(duì)高溫腐蝕形成的原理進(jìn)行分析。并結(jié)合具體項(xiàng)目,垃圾實(shí)際熱值比設(shè)計(jì)熱值偏高,導(dǎo)致高溫過(guò)熱器入口煙溫偏高實(shí)際情況。總結(jié)分析高過(guò)管壽命短的成因,并提出建議。
【關(guān)鍵詞】垃圾焚燒爐;高溫過(guò)熱器管;高溫腐蝕
隨著生活水平的日益提高,城市垃圾的產(chǎn)生量有爆發(fā)性的增長(zhǎng),“垃圾圍城”成為城市管理者必須要面對(duì)的、非常嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。目前,國(guó)內(nèi)垃圾處理的主要手段有填埋、焚燒兩種工藝。垃圾焚燒、余熱回收利用發(fā)電具有工藝簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,垃圾處理速度快,處理量大的優(yōu)點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)城市垃圾無(wú)害化、減量化和資源化處理的一種有效方法,因此近十年來(lái)在國(guó)內(nèi)得到快速的發(fā)展。
垃圾焚燒發(fā)電工藝原理是將垃圾放入焚燒爐中進(jìn)行燃燒,釋放出熱能,用余熱鍋爐將余熱進(jìn)行回收,加熱給水變成蒸汽,蒸汽送到汽輪機(jī)中推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)做功,將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能,釋放熱能后的煙氣經(jīng)煙氣凈化系統(tǒng)處理后排放,通過(guò)這一系列流程將垃圾由“廢物”變?yōu)榭衫玫摹百Y源”。
目前,由于生活習(xí)慣等問(wèn)題,我國(guó)用于焚燒的垃圾均沒(méi)有進(jìn)行前端分類(lèi),因此其組成成份相當(dāng)復(fù)雜,既有可燃的塑料、木材、紙屑等,也有不可燃的磚頭、瓦礫、金屬等。垃圾經(jīng)過(guò)焚燒處理后,生成的煙氣中含有HCI、NOx、SO2等酸性腐蝕氣體,煙氣中所含的灰分性質(zhì)也比較粘,加上垃圾焚燒余熱鍋爐受熱面布置的特點(diǎn),過(guò)熱器一般為臥式布置,很容易粘附在過(guò)熱器管子表面,降低換熱效果,造成煙氣溫度偏高,成為垃圾焚燒余熱鍋爐中過(guò)熱器出現(xiàn)腐蝕的重要因素。
某垃圾焚燒發(fā)電廠從投產(chǎn)以來(lái),余熱鍋爐高溫過(guò)熱器出現(xiàn)多次爆管現(xiàn)象,本文對(duì)爆管的原因進(jìn)行分析,并提出建議,可供同類(lèi)型問(wèn)題提供參考。
1 余熱鍋爐簡(jiǎn)介及高溫過(guò)熱器運(yùn)行狀況
1.1 余熱鍋爐簡(jiǎn)介
某垃圾電站鍋爐型號(hào)為SLC225-4.1/400,由某鍋爐公司制造。其焚燒爐主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。
余熱鍋爐為單鍋筒、自然循環(huán)水管鍋爐。下部是垃圾焚燒爐排,在爐膛的上方是第一、二、三通道,四周布滿(mǎn)膜式水冷壁。第四通道布置了省煤器和煙預(yù)器。絕熱爐膛上部為第一通道,煙氣在第一通道上行后至出口處轉(zhuǎn)180°彎進(jìn)入第二通道,下行至第二通道出口處再向上轉(zhuǎn)180°彎后進(jìn)入第三通道,如圖1所示。在第三通道布置了三級(jí)對(duì)流過(guò)熱器,按煙氣流向分別為高溫過(guò)熱器、中溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器。
1.2 高溫過(guò)熱器運(yùn)行狀況
該垃圾焚燒發(fā)電廠共配置有3臺(tái)垃圾焚燒爐,焚燒爐正常運(yùn)行時(shí),爐內(nèi)溫度偏高,從布置在高溫過(guò)熱器前的監(jiān)測(cè)點(diǎn)顯示可知,當(dāng)負(fù)荷同樣為18.7t/h時(shí),煙氣溫度從剛剛啟爐時(shí)的約為580℃,經(jīng)2、3個(gè)月的運(yùn)行,緩慢爬升到650℃左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值(594℃)。造成這一現(xiàn)象的主要原因是由于鍋爐設(shè)計(jì)垃圾熱值與實(shí)際熱值有較大偏差引起的。在鍋爐原設(shè)計(jì)中,垃圾的熱值取值為5650KJ/kg,而在實(shí)際運(yùn)行中,隨著生活水平的不斷提高,垃圾熱值也不斷提高,燃燒中垃圾的熱值已達(dá)到6800KJ/kg,比設(shè)計(jì)值提高了1150KJ/kg,增幅約20%。
入爐垃圾熱值的變化對(duì)燃燒產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)垃圾的熱值升高時(shí),垃圾容易著火且燃燒強(qiáng)度更高,爐膛內(nèi)的溫度上升,按照已有的鍋爐水冷壁布置,爐內(nèi)膜式水冷壁受熱面未能夠?qū)煔鉁囟壤鋮s到設(shè)計(jì)值,造成在進(jìn)入第三通道時(shí)煙溫偏高。在較高的煙溫環(huán)境下高溫過(guò)熱器與含有高腐蝕性的煙氣接觸,加劇高溫腐蝕,從而縮短壽命。從投產(chǎn)以來(lái),高溫過(guò)熱器的壽命約為3年,比同類(lèi)型機(jī)組明顯偏低。每臺(tái)爐各經(jīng)歷2次高溫過(guò)熱整組更換工作,使用壽命的后期出現(xiàn)多次爆管泄漏情況。
2 高溫腐蝕原理分析
2.1 概述
由于我國(guó)目前各垃圾焚燒廠所焚燒的垃圾均是未進(jìn)行過(guò)分類(lèi)的垃圾,經(jīng)過(guò)焚燒處理后,生成的煙氣中含有HCI、NOx、SO2等酸性氣體,煙氣中所含的灰分性質(zhì)也比較粘,很容易粘附在受熱面管子表面,降低換熱效果,造成煙氣溫度偏高。由于未分選,垃圾中含有很多塑料等有機(jī)物,在焚燒后煙氣中產(chǎn)生濃度較高的HCl,對(duì)鐵及鐵化合物等均有腐蝕作用,而且腐蝕的速率隨反應(yīng)溫度的提高而加速。
2.2 腐蝕原理分析
由于燃料性質(zhì)關(guān)系,垃圾焚燒煙氣中SO2的含量并不多,而煙氣中的NOx已在爐內(nèi)進(jìn)行脫除處理,對(duì)尾部受熱面的影響并不大,因此造成高溫腐蝕的酸性氣體主要為氯化氫及氯氣,這里主要分析氯化氫及氯氣對(duì)鐵及鐵合物的腐蝕。
該項(xiàng)目高溫過(guò)熱器管材質(zhì)為15CrMOG,屬于鐵基合金,在投入使用后,表面會(huì)自然形成一層氧化膜,從里往外依次為FeO、Fe3O4、Fe2O3。高溫腐蝕主要是氯化物和氯氣對(duì)管壁的間接和直接腐蝕, 以及硫酸鹽和堿金屬對(duì)管壁的熔鹽腐蝕。氯化物和氯氣對(duì)高過(guò)管壁的腐蝕機(jī)理如下[1]:
HCl與管壁氧化膜反應(yīng):
Fe2O3 + 6HCl=2FeCl3 + 3H2O
腐蝕產(chǎn)物FeCl3與管壁進(jìn)一步反應(yīng):
2FeCl3+Fe=3FeCl2
同時(shí),煙氣中的氯氣有很強(qiáng)的氧化性, 與管壁金屬及氯化物作用發(fā)生如下反應(yīng):
3Cl2+2Fe=2FeCl3
Cl2+ 2FeCl2=2FeCl3
此外,HCl與金屬及金屬氧化物發(fā)生下列反應(yīng):
2HCl+Fe=FeCl2+H2
2HCl+FeO=FeCl2+ H2O
由于腐蝕產(chǎn)物中FeCl2在高溫下為氣態(tài),而FeCl3的熔點(diǎn)為303℃,能顯著揮發(fā),不斷隨煙氣被帶走。因此,只要垃圾焚燒爐處在運(yùn)行中,煙氣中的HCl、Cl2得到不斷的補(bǔ)充, 與裸露出來(lái)的Fe不斷的反應(yīng),焚燒爐受熱面的腐蝕反應(yīng)就一直會(huì)進(jìn)行下去,而且隨管壁溫度升高, 反應(yīng)越劇烈。