垃圾焚燒爐中防止高溫腐蝕和低溫腐蝕的措施

徐陳（瀚藍工程技術有限公司，廣東 佛山528225）

0 引言

城市垃圾是導致城市污染的主要源頭，通過垃圾焚燒爐設備進行處理，可以很好的控制垃圾的總量，還能夠實現熱能循環利用，具有重要的戰略意義。但是，在具體使用過程中，由于長期處于復雜的工藝環境當中，垃圾焚燒爐很容易出現腐蝕損壞的問題，影響到正常運行，同時也帶來了更高的生產使用成本。為了進一步分析垃圾焚燒爐避免腐蝕的策略，現就垃圾焚燒爐腐蝕情況介紹如下。

1 垃圾焚燒爐腐蝕概述

目前，我國的垃圾焚燒處理要求需要滿足無害化、減量化以及資源化的要求。垃圾焚燒爐作為一種應用較為廣泛的設備，不但可以實現減重減容的目的，同時也可以將大量的熱能轉化為蒸汽進而形成電力資源，這也使得垃圾能源的效益達到最大化。垃圾焚燒爐使用過程中，經常會出現內部腐蝕損壞的問題，根據發生腐蝕的原因以及溫度條件，可以劃分為高溫腐蝕、低溫腐蝕兩種類型。垃圾焚燒爐發生腐蝕往往與垃圾的種類，煙氣溫度具有密切的關系，相比于傳統的燃煤鍋爐設備而言，垃圾焚燒爐更容易出現腐蝕損壞的問題。

2 垃圾焚燒爐防止高溫腐蝕的途徑

垃圾焚燒爐高溫腐蝕是出現率較高且處理難度較大的腐蝕因素，現分別討論如下。

2.1 過熱器高溫腐蝕

根據相關研究顯示，過熱器高溫腐蝕問題的控制主要與氧氣含量、過熱器材料以及灰分三個方面相關。根據過熱器高溫腐蝕的發生機理我們不難發現，各種氯化物會對金屬物金屬管產生腐蝕影響，而氯化物的主要來源就是揮發性氯，比如說各種塑料制品、合成垃圾當中的聚乙烯以及人造革、泡沫等等，這些材料都具有大量的有機氯。另外，廚房垃圾當中包括的氯化鈉、氯化鉀材料也會提供大量的無機氯，這些物質在燃燒后都會產生大量的氯，進而使得鍋爐內部的受熱面出現腐蝕加劇的情況。根據焚燒爐內部的煙氣溫度與腐蝕速度關系研究情況來看，壁溫達到450℃后，腐蝕的速度會快速上升，在達到600℃時處于腐蝕高峰，隨著溫度繼續增加，腐蝕速度才開始減弱。根據高溫腐蝕的發生原因，其中的氯化鐵與氧氣反應后會形成穩定的三氧化二鐵，該材料是致密的保護膜，使得本區域不再氧化后，氧氣會與其他部分進行反應，直到氧氣被耗盡為止。根據這個技術原理，為了避免內部形成氧化還原的反應氛圍，在垃圾焚燒爐設計過程，應該盡可能避免高空氣系數，這是由于較大的空氣量會進一步增加煙氣當中的腐蝕氣體含量，同時風機的運行成本也會增加，所以氧氣量控制是垃圾焚燒爐設計中必須要考慮的問題；過熱器材料選擇也是減輕高溫腐蝕的重要途徑。通過調整鍋爐的蒸汽設計參數和控制高溫過熱器入口煙氣溫度，能夠有效降低高溫腐蝕的影響。隨著科學技術的發展，目前一些先進的垃圾焚燒爐生產廠家開始采用新型耐腐蝕材料來進行過熱器的結構設計，比如說我國的某廠家對蒸汽爐參數進行了調整，選擇4.0Mpa，450℃的設計參數，過熱器的管材為12Cr1MOVG，在煙氣入口溫度不超過600℃的情況下選擇該材料，能夠有效延長垃圾焚燒爐的使用壽命。另外，國外一些廠家選擇825鎳基管來作為過熱器的材料，該材料的穩定性較高，但是成本也十分昂貴，不適合國內的垃圾焚燒爐使用環境。通過表面噴涂技術來進行鎳基合金噴涂，也能夠達到相似的效果，成本可以得到有效的控制，但是隨著時間推移，表面涂層可能會出現脫落，所以實際壽命會較差；清灰也是垃圾焚燒爐腐蝕防護的重要技術手段之一，這是由于鍋爐的受熱面運行過程中存在大量的飛灰結構，這些飛灰結構形成內部致密、外部松散的特征后，會與煙氣氛圍、溫度共同組成新的腐蝕結構，隨著附著層的不斷增加，腐蝕效率也會相應的增加。為了解決這個問題，根據高溫過熱器結構的不同，一般選擇純蒸汽吹灰的方式，或者蒸汽吹灰器加機械振打的方式清灰。。

2.2 水冷壁高溫腐蝕

水冷壁高溫腐蝕問題的發生需要滿足三個方面的條件，第一個是水冷壁內部具有氧化還原氛圍，第二個是煙氣中存在氯化物與硫化物，第三個是水冷壁的溫度達到腐蝕標準要求。目前，我國的中大型城市的生活垃圾熱值整體不高，為了確保煙氣當中的溫度能夠達到環保技術指標，所以大多數的垃圾焚燒爐爐膛都設計為絕熱爐膛模式，水冷壁的內部會敷設耐火澆注料，這樣就可以避免爐膛與煙氣直接接觸。但是，隨著生活質量的不斷改善，近些年來一些城市的垃圾焚燒熱值也在不斷的上升，這也使得垃圾焚燒爐的參數設計水平提出了更高的要求，在后期的焚燒爐防腐蝕設計中，水冷壁的高溫腐蝕會變得越來越嚴峻，需要重點進行對待。

根據這個特征，我們要想做好水冷壁高溫防腐蝕處理，就需要同時做好如下幾個方面的工作：其一，科學設計焚燒爐的爐膛形狀與結構類型，使用過量空氣系數來進行合理配置，強化煙氣的擾動并做好爐膛內的停留時間設計，這樣一來爐膛內部的煙氣成分會更合理，同時也避免了不完全燃燒問題；其二，采用膜式水冷壁結構進行設計，能夠盡可能的靠近爐膛的上部來進行處理。這個過程中可以借助于熱噴涂處理的方式來進行防腐材料的設置，通過防腐材料與外部直接接觸的方式來降低腐蝕帶來的影響。國內很多項目已經在未覆蓋澆注料水冷壁處堆焊鎳基合金（INCONEL625），以此來延長垃圾焚燒爐水冷壁的使用壽命，使用效果很好，基本能保證十年的使用壽命。

3 垃圾焚燒爐防止低溫腐蝕的途徑

垃圾焚燒爐在使用過程中，省煤器是最容易出現低溫腐蝕的區域，由于采用逆流換熱模式，省煤器入口處易產生低溫腐蝕。壁溫為120℃～150℃時，腐蝕的速度會加快。根據其發生腐蝕的基本特征，可以判斷為電化學腐蝕，主要是由于煙氣當中本身存在大量的硫化氫以及二氧化硫氣體，在露點當中遭遇到水分，形成了強酸液體，進而對受熱部分進行腐蝕。為了避免該類型的低溫腐蝕，需要對鍋爐內部的排煙溫度進行合理設置，這樣就可以有效降低低溫腐蝕帶來的影響。一般來說，將排煙溫度控制上升后，可以使得金屬溫度在150℃以上，此時腐蝕的效率會下降。如果是不設煙氣的尾部結構，可以進行省煤器的布置，此時要求做好給水溫度的設置，適當提升給水溫度有助于降低腐蝕影響。所以，垃圾焚燒余熱鍋爐省煤器入口水溫一般是130℃，在排煙溫度190℃的情況下，能保證省煤器壁溫高于150℃。同時，我們可以適當增加低溫省煤器的管子壁厚，和設計省煤器旁路或是采用給水預熱器的方式，可有效的防止低溫腐蝕。

4 結語

綜上所述，垃圾焚燒爐在城市垃圾處理中扮演著重要的角色，但是由于其需要面對十分復雜的工作環境，所以必然會出現高溫腐蝕、低溫腐蝕等情況。為了減緩高低溫腐蝕帶來的負面影響，延長垃圾焚燒爐的實際使用壽命，需要對其實際的使用環境進行科學分析，并找到出現腐蝕的原因，針對性的進行解決。本次研究中重點對過熱器、水冷壁的高溫腐蝕原因、腐蝕防護手段進行了探討，并對省煤器的低溫腐蝕處理內容進行了探討，希望可以為垃圾焚燒爐的合理應用提供思路與借鑒。