垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕與解決措施

高行行

(廣州環(huán)投福山環(huán)保能源有限公司，廣州 511363)

0 引 言

建設(shè)垃圾發(fā)電廠是我國(guó)現(xiàn)代城市建設(shè)的重要組成部分，具有垃圾清理、電力供應(yīng)等多項(xiàng)功能、對(duì)城市環(huán)境保護(hù)、城市能源節(jié)約以及城市可持續(xù)發(fā)展都有非常積極的作用。而在城市垃圾發(fā)電廠運(yùn)行中，鍋爐裝置是其核心動(dòng)力裝置，在鍋爐裝置運(yùn)行中，水冷壁起到了受熱和吸熱作用，確保鍋爐裝置良好運(yùn)行。但是，在垃圾發(fā)電廠的鍋爐運(yùn)行過程中，相關(guān)專家發(fā)現(xiàn)。垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁容易受到高溫和熱氣影響出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，從而造成了受熱效率下降問題。另外，由于鍋爐水冷壁腐蝕嚴(yán)重，也容易造成鍋爐安全事故。所以，在垃圾發(fā)電廠鍋爐裝置運(yùn)行過程中，應(yīng)該針對(duì)水冷壁腐蝕問題進(jìn)行解決，實(shí)現(xiàn)水冷壁的良好保護(hù)。

1 鍋爐水冷壁簡(jiǎn)要分析

鍋爐水冷壁是現(xiàn)代鍋爐的主要受熱結(jié)構(gòu)，其主要是由排鋼管組成，為了實(shí)現(xiàn)鍋爐受熱分散，鍋爐水冷壁設(shè)置于鍋爐爐膛周圍。鍋爐水冷壁內(nèi)部沖入水和蒸汽，從而使水冷壁能夠吸收鍋爐爐膛的熱量，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)高溫燃燒輻射的控制。鍋爐水冷壁對(duì)鍋爐爐膛的熱量和輻射能量進(jìn)行吸收，實(shí)現(xiàn)了鍋爐裝置的良好保護(hù)。

在鍋爐裝置的最初階段，鍋爐加熱之后鍋爐爐膛內(nèi)部的溫度快速升高，由于爐膛為金屬結(jié)構(gòu)，具有一定的耐熱性，但是長(zhǎng)時(shí)間的使用溫度不斷積累容易對(duì)爐膛以及爐壁表面造成一定的影響。所以，相關(guān)專家提出設(shè)計(jì)應(yīng)用鍋爐水冷壁結(jié)構(gòu)，對(duì)受熱后的鍋爐進(jìn)行保護(hù)。后來，相關(guān)專家發(fā)現(xiàn)，鍋爐水冷壁不僅具有良好的保護(hù)作用，同時(shí)也具有熱能交換的功能，所以在當(dāng)前鍋爐水冷壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，更趨向于熱能交換功能對(duì)水冷壁進(jìn)行設(shè)計(jì)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，鍋爐使用過程中，有50%的熱量被水冷壁吸收，減少了鍋爐裝置的受熱，就是對(duì)水冷壁的良好保護(hù)。

2 鍋爐水冷壁腐蝕的影響分析

鍋爐水冷壁腐蝕問題是水冷壁應(yīng)用過程中的主要問題，嚴(yán)重影響到水冷壁運(yùn)行，同時(shí)也造成水冷壁的腐蝕影響。

首先，鍋爐水冷壁出現(xiàn)腐蝕問題將會(huì)直接造成管壁變薄的問題。腐蝕從表面開始逐漸深入，不斷蠶食鍋爐水冷壁材料，因此對(duì)水冷壁造成了一定影響。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)研究顯示，因?yàn)楦g和磨損可導(dǎo)致管壁減薄量約為1 mm，嚴(yán)重的甚至達(dá)到5 mm以上，形成了嚴(yán)重的安全隱患。另外，水冷壁壁厚減少，也影響到水冷壁的應(yīng)用效果。

其次，鍋爐水冷壁腐蝕問題也容易造成安全事故，爆管問題就是鍋爐水冷壁運(yùn)行過程中常見的問題。水冷壁腐蝕嚴(yán)重，內(nèi)部的空間變小、管壁的熱承受能力減弱，很容易形成爆管現(xiàn)象，影響到鍋爐運(yùn)行效果。

3 鍋爐水冷壁腐蝕誘因探索

在當(dāng)前垃圾發(fā)電廠的設(shè)備維修過程中，對(duì)于鍋爐水冷壁腐蝕問題十分重視，而引發(fā)水冷壁腐蝕問題的因素包括多種，所以在腐蝕預(yù)防和處理之前，還需要對(duì)水冷壁腐蝕問題的主要原因進(jìn)行控制，確保水冷壁的控制更加合理。以下是對(duì)垃圾發(fā)電廠鍋爐水冷壁腐蝕的主要誘因進(jìn)行分析。

(1)積灰因素分析

垃圾發(fā)電廠的鍋爐裝置應(yīng)用過程中，主要通過焚燒鍋爐獲取熱能，而在垃圾焚燒的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的灰塵，灰塵附著在水冷壁上會(huì)誘發(fā)腐蝕問題，其主要原因是由于垃圾灰塵中含有較多的氯元素和堿金屬元素。一方面，氯元素和堿金屬元素進(jìn)入到水冷壁，附著在水冷壁表面很容易受到高溫影響出現(xiàn)熔煉現(xiàn)象，而熔煉之后的金屬元素容易對(duì)水冷壁的保護(hù)層造成破壞，保護(hù)性能降低的鍋爐水冷壁很容易受到腐蝕影響。另外一方面，積灰內(nèi)的氯和堿金屬元素可通過類似氣相氯腐蝕的活化氧化機(jī)理來?yè)p害金屬表面，當(dāng)水冷壁已經(jīng)出現(xiàn)了裂縫，金屬氯化物會(huì)進(jìn)一步侵入管壁內(nèi)部，出現(xiàn)持續(xù)惡化的情況。

(2)蒸汽溫度誘因分析

蒸汽溫度是鍋爐水冷壁主要的腐蝕影響因素，以下是對(duì)蒸汽溫度對(duì)水冷壁的腐蝕性影響分析。

一方面，水冷壁內(nèi)部的溫度升高是造成內(nèi)部水冷壁灰塵迅速熔煉的主要熱力來源，而從上文分析而言，水冷壁積灰熔煉形成了對(duì)水冷壁的影響。

另外一方面，水冷壁管壁溫度出現(xiàn)突然升高，腐蝕物質(zhì)的數(shù)量也會(huì)出現(xiàn)急劇增加的狀態(tài)。相關(guān)水冷壁研究顯示，當(dāng)溫度上升50 ℃，水冷壁的腐蝕率也增加5%～10%左右。可見，溫度影響也是影響到水冷壁腐蝕的主要因素。

(3)SNCR和水蒸氣因素

SNCR是垃圾焚燒系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)，主要是起到非催化還原作用，通過SNCR非催化還原作用，增加了NOx 排放濃度。而通過相關(guān)研究表明，在SNCR實(shí)施非催化過程中，采用尿素作為還原劑、而尿素的腐蝕性相對(duì)比較大、容易對(duì)水冷壁造成腐蝕影響。另外，進(jìn)一步研究表明，尿素在發(fā)揮作用中，主要分解為NH3、HNCO，而兩種物質(zhì)在977 ℃以及1 177 ℃狀態(tài)下會(huì)與內(nèi)部氣體發(fā)生反應(yīng)，生成腐蝕性較強(qiáng)的酸霧物質(zhì)，給水冷壁的運(yùn)行造成影響，腐蝕水冷壁管壁。而在研究分析過程中，相關(guān)專家指出，與NH3、HNCO反應(yīng)較為強(qiáng)烈的氣體正是管壁之內(nèi)的水蒸氣。

綜上研究表明，垃圾電廠水冷壁腐蝕問題的影響因素包括溫度、水蒸氣、積灰等，所以在水冷壁腐蝕處理過程中，應(yīng)該從其誘發(fā)原因入手，實(shí)現(xiàn)對(duì)水冷壁的保護(hù)。

4 鍋爐水冷壁腐蝕解決措施—以某垃圾發(fā)電廠處理措施為例

4.1 水冷壁腐蝕問題分析

垃圾發(fā)電廠在進(jìn)行設(shè)備檢修過程中，發(fā)現(xiàn)該鍋爐水冷壁結(jié)構(gòu)存在有較為嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，經(jīng)過內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，整個(gè)水冷壁結(jié)構(gòu)的腐蝕達(dá)到了50%以上，所以面對(duì)極為嚴(yán)重的問題，電廠決定對(duì)水冷壁裝置進(jìn)行更換，并且立刻組織專家研究水冷壁腐蝕預(yù)防措施，以下為提出的幾種水冷壁腐蝕預(yù)防方案。

4.2 水冷壁腐蝕性預(yù)防方案分析

(1)設(shè)計(jì)應(yīng)用表面防護(hù)材料

水冷壁腐蝕預(yù)防過程中，相關(guān)專家提出在新水冷壁表面涂刷或噴涂良好的金屬材料，從而實(shí)現(xiàn)降溫和防腐作用。

①相關(guān)專家提出利用Ni-W合金以及Ni-Cr 復(fù)合材料制成粉末，并將粉末均勻噴涂在水冷壁表面。在其防護(hù)處理過程中，AI、W、Ni等金屬元素具有良好的防腐效果，實(shí)現(xiàn)了水冷壁的腐蝕性預(yù)防。另外，在水冷壁的防腐層設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)專家也提出了利用高 Cr、Ni 材料的熱噴涂方法， 可在水冷壁腐蝕區(qū)域 進(jìn)行分片塊實(shí)施預(yù)選幾種表面防護(hù)工藝和防護(hù)材料并通過試驗(yàn)分析，不斷篩選、優(yōu)化防護(hù)工藝，以獲得最佳效果。

②相關(guān)專家在工藝研究過程中發(fā)現(xiàn)，表面防腐工藝應(yīng)用也極為關(guān)鍵。當(dāng)前，很多垃圾焚燒發(fā)電廠都采用堆焊、低溫微熔焊的方法進(jìn)行處理，在進(jìn)行熔煉過程中，采用激光熔覆的方式進(jìn)行表面防腐處理。

A堆焊工藝是現(xiàn)代金屬表面防腐處理的常用工藝，該工藝實(shí)施過程中，采用Inconel625材料，防腐層厚度最大可以設(shè)置2～3 mm、具有效率高，防腐性能好的特點(diǎn)。采用堆焊方式進(jìn)行水冷壁表面防腐處理，其表面的防腐能力能夠維持6年或以上。

B低溫微熔焊方式。其工藝應(yīng)用過程中，使用Ni-Cr-Fe材料，其防腐厚度達(dá)到0.5～1.5 mm左右、使用壽命也能夠達(dá)到5～6年左右，技術(shù)比較成熟。但是，在該工藝應(yīng)用過程中，容易造成水冷壁管屏變形。

C現(xiàn)代水冷壁防腐研究過程中，還出現(xiàn)了激光熔覆防腐工藝。該工藝最大能夠?qū)崿F(xiàn)10 mm的防腐厚度，比傳統(tǒng)工藝的防腐效果提升了數(shù)倍，同時(shí)其最大承受溫度性能達(dá)到800 ℃，技術(shù)使用效果能夠3～6年。激光熔覆技術(shù)的使用相對(duì)方便，并且不會(huì)對(duì)水冷壁造成變形影響，在未來是水冷壁防腐實(shí)施的主要工藝。但是，由于當(dāng)前我國(guó)的水冷壁防腐技術(shù)相對(duì)比較落后，實(shí)現(xiàn)激光熔覆技術(shù)還比較困難，并且其使用成本也相對(duì)比較高[1]。

(2)水冷壁材料升級(jí)

水冷壁自身材料因素也是影響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過程中，相關(guān)專家提出水冷壁材料升級(jí)的新理念。通過材料升級(jí)完成水冷壁防腐的有效控制。在上述水冷壁防腐性能影響因素分析過程中，發(fā)現(xiàn)溫度過高是造成水冷壁腐蝕的主要因素，所以在研究過程中，鍋爐裝置內(nèi)部的運(yùn)行最佳溫度進(jìn)行了分析。其中機(jī)械爐排爐應(yīng)處400攝氏度以下運(yùn)行，而循環(huán)流化床的溫度應(yīng)該不超過450攝氏度。所以，在兩項(xiàng)溫度的要求之下，應(yīng)該做好對(duì)水冷壁管材料的選擇。要求材料材質(zhì)應(yīng)該為20G、并20G 水冷壁在常溫、中高溫的條件下，強(qiáng)度十分高，同時(shí)具有較好的焊接性能，可滿足450 ℃以下溫度范圍內(nèi)使用需求。

在進(jìn)行水冷壁的防腐措施分析過程中，綜合考慮各種方案的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，確定采用Ni-W合金防腐材料和堆焊工藝進(jìn)行防腐處理，同時(shí)重新定制SANDVIK復(fù)合管防腐材料。通過該方案的良好實(shí)施，對(duì)于后續(xù)的水冷壁防腐實(shí)施有重要的意義。

(3)防腐涂料的應(yīng)用

在當(dāng)前鍋爐水冷壁防腐研究過程中，相關(guān)專家提出了防腐涂料涂刷的措施。在進(jìn)行防腐涂料的涂刷的過程中，涂料具有使用方便，防腐性能優(yōu)良的特點(diǎn)。例如，ZS-722耐酸導(dǎo)熱防腐涂料多種組分組成的陶瓷功能填料，相互協(xié)同賦予了涂層優(yōu)異的耐磨、抗熱沖擊性，可以長(zhǎng)時(shí)間耐氣蝕液蝕摩擦和粉料摩擦。該涂料也能夠?qū)崿F(xiàn)1 000 ℃以上的溫度抵抗，涂料的使用壽命比較長(zhǎng)，大大降低了水冷壁腐蝕速率和概率[2]。

4.3 水冷壁處理方法總結(jié)

水冷壁出現(xiàn)腐蝕之后，還需要對(duì)腐蝕問題進(jìn)行處理。在進(jìn)行全面檢查過程中，風(fēng)險(xiǎn)部分水冷壁的腐蝕問題相對(duì)比較輕，所以在防腐處理過程中，相關(guān)專家提出了防腐問題的解決措施。

(1)腐蝕分析

在進(jìn)行水冷壁的防腐處理之前，針對(duì)其腐蝕原因進(jìn)行了分析。通過相關(guān)專家對(duì)水冷壁腐蝕問題的分析發(fā)現(xiàn)，引發(fā)水冷壁腐蝕問題的主要因素包括氧腐蝕因素、保護(hù)膜遭到破壞、沉積物堿性腐蝕等問題。通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，爐內(nèi)爐水的PH值為13，腐蝕性較強(qiáng)[3]。

(2)腐蝕處理策略研究

在本次防腐實(shí)施過程中，還針對(duì)腐蝕處理策略進(jìn)行研究。在本次腐蝕處理過程中，相關(guān)專家針對(duì)水冷壁的腐蝕問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并針對(duì)輕微腐蝕問題進(jìn)行處理。其主要的處理方法就是采用磷酸鹽進(jìn)行腐蝕處理，磷酸鹽中含有磷酸成分，能夠?qū)υ斐筛g影響的鈣鎂鹽形成中和，并且二者整合后的水渣溶于水中，隨爐水排除。從而達(dá)到鍋爐水冷壁腐蝕處理的作用[4]。

5 結(jié)束語

垃圾焚燒電廠的鍋爐裝置維修保養(yǎng)過程中，需要做好對(duì)水冷壁的維修和保養(yǎng)，完成對(duì)水冷壁的維修和保養(yǎng)，主要對(duì)水冷壁的腐蝕問題進(jìn)行預(yù)防和處理，實(shí)現(xiàn)水冷壁保護(hù)，對(duì)于鍋爐裝置的保護(hù)也有重要的意義。本文通過具體垃圾發(fā)電廠的水冷壁高溫腐蝕處理措施總結(jié)水冷壁腐蝕的主要手段，包括涂刷防腐材料，防腐工藝等，希望能夠?qū)λ浔诘姆栏に噷?shí)施有所幫助。