摘要：垃圾焚烧炉为垃圾电厂的核心设备之一，因垃圾成分复杂，焚烧炉普遍存在腐蚀现象，甚至影响到锅炉运行周期，本文就垃圾锅炉腐蚀的形成及原理展开论述，并就运行过程中如何预防锅炉腐蚀提出了建议。
关键词：锅炉；腐蚀；运行预防措施
引言：
随着科技的进步，采用焚烧技术处理生活垃圾，已成为众多发达国家和地区城市最重要的垃圾处理方式。垃圾焚烧炉作为焚烧厂的核心设备受到广泛关注。垃圾焚烧一般工艺为：经发酵的生活垃圾投入焚烧炉内进行燃烧，垃圾中的可燃成分与空气中的氧发生剧烈化学反应，放出热量，转化为高温烟气和炉渣，从而完成生活垃圾的资源化、无害化、减量化。垃圾燃烧产生的高温烟气经余热锅炉产生蒸汽用于发电、供热，实现垃圾化学能向热能、电能的转换，炉渣经综合利用也实现了资源化。
目前垃圾焚烧电厂长期运行往往受限于垃圾焚烧炉的运行时间，具统计垃圾焚烧炉最长可以连续运行超过一年，但大部分垃圾焚烧电厂焚烧炉的运行时间在3至6个月之间。垃圾焚烧电厂前期停炉的主要原因为受热面积灰严重，随时间的发展垃圾锅炉运行二到三年后过热器、对流管束、省煤器泄漏成为焚烧炉停运的主要原因，纠其原因主要是受热面腐蚀造成，如何防止垃圾焚烧炉的腐蚀确保长期运行成为众多垃圾电厂的难题。本文就垃圾焚烧炉腐蚀原理及运行中如何防止受热面腐蚀，避免泄漏，以达到长期运行的目标谈几点看法。
一、垃圾锅炉腐蚀的种类
由于垃圾成分复杂和焚烧的特点，和燃煤锅炉相比，腐蚀更容易发生，并且腐蚀现象教严重，在垃圾锅炉中最常见的腐蚀是过热器高温腐蚀和尾部受热面的低温腐蚀，在达到一定条件时，水冷壁也会发生高温腐蚀。
1、受热面高温腐蚀
1.1概述
目前我国所有垃圾电厂焚烧处理的为未分类垃圾，垃圾成分复杂，垃圾燃烧过程中产生的烟气中含有HCI、NOx、SOx等酸性气体，同时大量的灰粘附在受热面上，造成受热面吸热能力降低，烟温升高，为受热面高温腐蚀创造了条件。
受热面高温腐蚀一般都发生在过热器上，过热器一般由碳素钢或碳素合金钢制造，在运行时过热器管表面覆盖飞灰性附着层，飞灰层和管壁接触层为浸润性附着层，高温腐蚀主要发生在该层。
腐蚀形式主要是气相腐蚀、熔盐腐蚀和复合腐蚀。
气相腐蚀是指垃圾燃烧过程中产生的腐蚀气体通过附着层对管壁产生的腐蚀。
因腐蚀气体及其化合物在附着层中，在沉积过程中形成各种类型的低熔点复合物，这些低熔点物质在附着层中以液相状态存在，成为熔池层，在熔池内形成的腐蚀为熔盐腐蚀。
复合腐蚀是气相腐蚀和熔盐腐蚀共同作用的结果。高温腐蚀大部分为复合腐蚀。
1.2过热器高温腐蚀
过热器是垃圾锅炉运行工况最差的地方，烟气温度高，壁温高。当烟温到达750℃以上时，烟气中熔融的R2O及RCl（R为K、Na等碱金属）随着烟气冲刷过热器管子，部分凝结在管壁上，同时和垃圾焚烧过程中产生的SO2或SO3以及水蒸气反应。反应方程式如下：
RCl+SO3+H2O→R2SO4+HCl↑
R2O+SO3→R2SO4
化学反应产生的HCl和垃圾燃烧产生的HCl及Cl2随烟气向管壁扩散并溶于R2SO4中，因大部分高温过热器管材质为铁基合金钢，其表面有一层Fex0y氧化膜。烟气中的氯化物和氯气对管壁进行间接和直接腐蚀，以及硫酸盐和碱金属对管壁的熔盐腐蚀，从而破坏了管壁金属，形成高温腐蚀。反应方程式如下：
Fe+HCl→FeCl2+H2↑
Fex0y+HCl→FeCl2+H2O
Fe+Cl2→FeCl2
Cl2+FeCl2→FeCl3
以上反应在管壁温度400-600℃时，最为活跃。垃圾燃烧过程中HCl、Cl2和O2不断补充到管壁，因此过热器高温腐蚀会一直进行下去。
1.3水冷壁高温腐蚀
由炉排炉的特点决定，垃圾在炉膛内燃烧料层厚度一般都超过400mm，有甚者到达600mm以上，在垃圾搭配不当或上料不均匀时，不可避免地出现还原性气氛。垃圾发酵过程中会产生有臭鸡蛋气味的H2S气体，因H2S气体可燃，在垃圾燃烧充分时，烟气中H2S气体含量不会太高。当垃圾燃烧不充分或氧量不足时，水冷壁附近出现还原性气氛，会造成SO3和H2S的增加。H2S对管壁的腐蚀在300℃以上就会发生，并随壁温升高腐蚀会加剧，这是水冷壁发生高温腐蚀的第一种方式。反应方程式如下：
H2S+O2→SO2+H2O
Fe+H2S→FeS+H2
垃圾燃烧产生的烟气成分复杂，存在大量硫化物和氯化物，在还原气氛下与水冷壁面氧化膜反应，对水冷壁管造成腐蚀，这是水冷壁管高温腐蚀的第二种方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆反应方程式如下：
Fex0y+HCl+CO→Fe+FeCl2+H2O+CO2
FeO+HCl→FeCl2+H2O
资料表明，当垃圾中含氯量≥0.35%时，水冷壁壁面温度一旦达到腐蚀所需温度时，水冷壁高温腐蚀会很快发生并延续下去。
2.尾部受热面低温腐蚀
2.1概述
低温腐蚀一般发生在锅炉尾部受热面（如：省煤器），因为尾部受热面的烟气和管壁温度相对较低，甚至低于烟气露点，这时发生的腐蚀称为低温腐蚀。因生活垃圾成分复杂，且生活垃圾含水率较高，即使经过5-7天的发酵，入炉垃圾含水仍在一般在15-20%左右，因此垃圾焚烧过程产生的烧烟气中HCL、SOx等酸性气体和H2O比例较高。当烟气温度相对较低，预热器或省煤器管壁受工质冷却往往比烟气温度更低，当在管壁外表面温度低于烟气露点时，垃圾焚烧产生大量的SO2和SO3以及HCl和烟气中的水蒸气凝结在管壁上，形成盐酸、硫酸或亚硫酸溶液，对金属壁面进行酸腐蚀。当运行排烟温度过低时，锅炉尾部受热面发生低温腐蚀的几率增大。
低温腐蚀主要有两种腐蚀形式：（1）因SOx结露形成的腐蚀（2）因HCl结露形成的腐蚀。
2.2SOx结露形成的腐蚀
在垃圾锅炉中，SOx是金属受热面产生低温腐蚀的主要原因。SOx包含SO2和SO3，垃圾在燃烧过程中，含硫物质燃烧后生产SO2，SO2在催化的作用下和O2反应生产SO3，烟气中SO2的含量远远高于SO3，SOx露点约在110-150℃之间，通常情况下SOx在低于烟气露点20-50℃最为严重，当低温腐蚀条件具备后，硫酸蒸汽在尾部受热面管壁凝结，和金属发生反应产生腐蚀，SO2和SO3随燃烧的进行得到补充，因此该腐蚀会一直持续下去，且在110-150℃高温下，腐蚀随硫酸浓度和温度提高而加剧。SOx造成低温腐蚀的反应方程式如下：
SO2+O2→SO3
SO3+H2O→H2SO4
H2SO4+Fe→FeSO4+H2
SO2+H2O→H2SO3
H2SO3+Fe→FeSO3+H2
2.3HCl结露形成的腐蚀
HCl结露形成的腐蚀一般发生在锅炉停炉或长时间压火过程中，因HCL露点仅在27-60℃之间，在锅炉正常运行中，烟气温度都要高于HCL露点温度，因此在正常运行过程中不会出现HCl结露形成的腐蚀，但也不能轻视停炉或压火时间造成的HCl腐蚀。停炉或锅炉压火时，尾部烟道内烟温往往低于100℃，且烟气不流动，为HCl结露创造了条件，因此不可避免的出现了腐蚀。
相对SOx结露形成的尾部受热面低温腐蚀，HCl结露形成的腐蚀相对较小。
和一般燃煤锅炉相比，垃圾锅炉发生尾部受热面低温腐蚀的几率更高。
二、运行中防止和减轻腐蚀的措施
2.1防止高温腐蚀的运行措施
针对垃圾锅炉高温腐蚀的原因，在日常运行过程中应采取的措施主要有：
（1）做好运行控制，将锅炉运行工况调整到最佳状态，选择合理的风量搭配，分段式炉排控制好每段的风量，尽量做到在最佳过量空气系数下运行，合理调配一二次风的比例，使燃烧工况稳定，炉膛出口烟温控制在规定范围内，并尽量平稳，减少波动。
（2）对进入过热器的烟温严格控制在580℃以内，严禁超温运行。
（3）对中参数锅炉来说，过热蒸汽温度控制在400℃，严禁超温运行，避免过热器壁温过高。
（4）增加过热器处吹灰次数，减少过热器积灰。
（5）锅炉积灰严重时及时停炉清灰，避免形成烟气走廊，造成烟气流速不均。
（6）合理搭配垃圾，燃用热值高的垃圾时，避免过热器超温。
（7）加强水质监测，避免受热面管子内壁结垢，造成管壁超温。
2.2防止低温腐蚀的运行措施
防止尾部受热面低温腐蚀的主要运行措施有：
（1）尾部受热面壁温应大于155℃以上，只有在此温度以上时，SO3和HCl才不会在管壁上形成结露，烟气温度可适当提高。
（2）有条件时将给水温度提高到150℃，不能低于130℃，这样可有效提高管壁壁温，避免了烟气结露。
（3）锅炉停炉后，及时排尽炉膛内未燃尽的垃圾，加强通风，避免含酸烟气在省煤器等处积存，在管壁结露形成腐蚀。
（4）减少渗滤液浓液回喷，因浓液中氯含量较高，浓液蒸发后烟气中HCl浓度会明显提高。
（5）长期停运的锅炉，应关闭各人口门，并保持尾部烟道的干燥。
三、结语
综上所述，垃圾锅炉腐蚀的发生最主要的原因是：垃圾在焚烧过程中产生大量的SO3、H2S、HCl造成。为减轻垃圾炉的腐蚀应从源头做好垃圾分类，减少入炉垃圾的氯和硫化合物的含量，同时加强运行管理，在日常运行中避免或减少发生腐蚀的条件。
论文作者:陈士强,周庆奎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/14
标签：烟气论文; 垃圾论文; 管壁论文; 锅炉论文; 高温论文; 尾部论文; 低温论文; 《电力设备》2018年第18期论文;