摘要：垃圾焚烧发电厂水冷壁的高温腐蚀已严重影响到机组的安全稳定运行，在国内多个垃圾焚烧发电厂都有发生。本文介绍了常见的电厂锅炉冷壁的结构类型，进一步分析腐蚀机理，并提出防护措施。
关键词：垃圾发电厂；锅炉；水冷壁；腐蚀；防护
垃圾发电厂的高温腐蚀已经对机组运行的安全、运行的稳定性起到关键影响作用，目前我国对垃圾发电厂的腐蚀问题研究大部分集中在过热器、换热器上，但是根据垃圾发电厂的实际运行情况调查可知，垃圾焚烧炉水冷壁腐蚀问题也较为严重，对垃圾发电厂锅炉水冷壁腐蚀分析有良好的实际效益。
1 电厂锅炉水冷壁分类
按结构型式，主要有光管式、膜式和刺管式三类。光管水冷壁由一整排无缝钢管组成，结构最为简单;膜式水冷壁是把许多轧制好的水冷壁鳍片管用点焊互相焊接在一起，使成为一密封的组合受热面，既可提高炉膛的气密性、减少漏风，又能更好地保护炉墙，使炉墙重量减轻、结构简化，本文重点介绍此两类最常见的类型。
1.1光管式水冷壁
光管水冷壁由一般锅炉钢管组成。广泛用于中小容量锅炉。水冷壁布置紧密程度以管间距s与管子外径d之比(s/d)来衡量。锅炉容量小，s/d大(1.5-2)，金属利用率高，对炉墙保护性能差，往往采用耐火砖砌重型炉墙。随锅炉容量增大，s/d变小(1.1-1.2)，金属利用率低，可采用轻型炉墙。当s/d<1.1时，可以采用敷管炉墙。光管水冷壁制造工艺简单，不需要大型机械化设备，但锅炉密封性差，炉墙结构复杂且施工困难，支吊结构也较复杂，安装时还需充分注意热膨胀问题。
1.2膜式水冷壁
膜式水冷壁由管子和鳍片焊成的气密式结构。按制造工艺的不同，膜式水冷壁分为三种：一是用轧制的鳍片管成排焊制而成，焊接工作量少，但鳍片管价格昂贵。二是光管加鳍片(扁钢)成排焊成，材料成本低，易满足多种节距的要求，但扁钢精度要求高，需要精整设备。三是光管烧熔焊，管间鳍片由焊丝熔化填充形成，多用于管间节距较小的管屏。膜式水冷壁的管间节距与锅炉压力、炉膛热负荷等因素有关，一般s/d为1.2-1.5。
2垃圾发电厂锅炉水冷壁腐蚀机理分析
垃圾焚烧发电对改善环境、节约资源，实现城市可持续发展具有重要意义，它将成为未来垃圾处理的主要方式，目前我国垃圾焚烧发电以机械炉排焚烧、循环流化床焚烧为主。垃圾的燃烧与煤炭还是存在较大差异的，由于垃圾中灰分、碱性元素含量相对高，这也就导致其积灰情况相对较为严重，腐蚀问题必须得到重视。目前，水冷壁受热面腐蚀情况不容忽视，曾出现过爆管事故，进一步研究垃圾发电厂锅炉水冷壁腐蚀机理与防护对策具有重要意义。
2.1积灰
垃圾焚烧炉的积灰含有氯和碱金属元素，是影响锅炉水冷壁腐蚀的重要因素：一是氯和碱金属元素导致积灰熔点降低，熔融的积灰能加速保护性氧化层的受损。二是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，则金属氯化物会进一步侵入管壁内部，出现持续恶化的情况。三是积灰自身强度较高，在温度波动的影响下，会对水冷壁产生应力冲击，引发应力裂缝，加剧化学腐蚀。
2.2蒸汽温度
管壁温度是影响锅炉水冷壁腐蚀的重要因素：一是管壁温度升高，积灰中熔融相物质数量增加，积灰粘性增强；二是管壁温度升高，腐蚀产物数量也会增加。据调查，水冷壁温度与蒸汽温度较为接近。根据相关研究显示，蒸汽温度上升50℃就会导致腐蚀速率明显上升。
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2.3 SNCR、水蒸气
选择性非催化还原（SNCR）系统能有效减少垃圾焚烧发电厂烟气中NOx排放浓度，但是SNCR系统以尿素为还原剂，会对锅炉水冷壁产生腐蚀。研究表明：在高温的作用下，尿素被分解，生成NH3、HNCO，其中HNCO的反应情况主要可有分为两种：一是977℃，HNCO处于惰性状态；二是1177℃，HNCO与NO反应。据垃圾焚烧炉实际运行情况分析可知：当尿素进入焚烧炉后立即分解，得到NH3、HNCO，HNCO与烟气中NO产生反应，但是由于存在反应不完全的情况，部分HNCO与烟气一起到达顶棚，此时温度也会降至955℃。由上文分析可知，955℃下，HNCO呈惰性。烟气在流转过程中会产生回旋区域，一旦进入此区域，烟气必然会出现一定时间的滞留情况，烟气中的HNCO极易形成酸雾，直接腐蚀水冷壁受热面。
3 防护和改善措施分析
3.1改善易腐蚀区域温度水平的对策
易腐蚀区域烟温水平高低与高温腐蚀的严重程度直接相关。由此提出改善易腐蚀区域温度水平的方法，即在易腐蚀区域加入贴壁风，加装方法和方式与燃煤电厂对待高温硫化物腐蚀采取的措施相似，但不同的是，易腐蚀区域加入贴壁风是为了降低易腐蚀区域温度，而燃煤电厂是为了改善易腐蚀区域壁面气氛。贴壁风是从风机出口引出一股风，通过管道引至易腐蚀区域外风箱，再通过鳍片间开出的间隙进入易腐蚀区域，并与烟气混合达到降低易腐蚀区域烟温的目的。同时这股风是纯空气，不含有烟气中的大量腐蚀性气体，加入后起稀释近壁面腐蚀性气体的作用，从这个角度考虑也能达到保护水冷壁管的作用。
现在运行状态下，二次风是未经过暖风器加热的常温风，因此可用二次风出口风引入贴壁风风箱，并在进入炉膛的二次风管道前和进入贴壁风风箱管道前加装可调风门，方便运行时调节贴壁风和二次风风量的比例。贴壁风加入后相当于现在二次风加入位置发生变化，即以前全部二次风从炉膛下部进入炉内变为现在部分二次风上移到从炉膛一烟道顶部进入炉内，这股风可能会对锅炉热效率产生影响。
3.2 提高水冷壁抗腐蚀能力的对策
由于造成垃圾焚烧余热锅炉水冷壁严重腐蚀的原因是烟气中的强烈腐蚀气氛和较高的近壁面温度，因此采用表面防护方法来隔绝腐蚀气氛、提高水冷壁的材料等级来增强抗腐蚀能力这两种途径是较为实际和可能的腐蚀被动应对方法。
3.2.1进行水冷壁表面防护
针对垃圾焚烧余热锅炉水冷壁高温氯腐蚀的具体情况，研究探索采用表面防护方法来抑制或延缓腐蚀。如采用热喷涂方法喷涂高Cr、Ni材料。可预选几种表面防护工艺和防护材料，在水冷壁腐蚀区域进行分片块实施，通过实际验证进行筛选和评价，如有切实效果，可进一步试验优化直至全面应用。
3.2.2.提高水冷壁材料等级
针对垃圾焚烧余热锅炉水冷壁的具体结构情况，研究探索采取更换材料的方法来抑制或延缓腐蚀。由于水冷壁管屏安装时不可避免地存在现场安装焊缝，这些现场安装焊缝基本上没有条件和方法进行焊后热处理。因此选择更换材料时既要考虑材料的抗高温氯腐蚀能力，又要考虑材料的焊接性能。一般情况下，抗高温腐蚀能力强的钢材合金含量较高，而合金含量达到一定程度后，如水冷壁这种拘束性较强的结构一般均需要进行焊后热处理。
4结论
本文通过取样分析水冷壁高温腐蚀的影响因素，并对锅炉进行相应调整，以期获得对沿程温度特别是易腐蚀区域温度水平的降低，从而改善易腐蚀区域温度水平和被动防护角度提出了相应对策，有效地提高电厂经济效率。
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论文作者:刘晓东
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/9
标签：水冷论文; 锅炉论文; 发电厂论文; 温度论文; 区域论文; 烟气论文; 垃圾论文; 《电力设备》2019年第19期论文;