淺析垃圾焚燒爐過熱器腐蝕原因及解決措施

　　一、垃圾焚燒發電工藝原理垃圾焚燒發電是將垃圾放在焚燒爐中進行燃燒，釋放出熱能，余熱回收加熱給水變成蒸汽，蒸汽在汽輪機中推動汽輪發電機旋轉做功，將蒸汽的熱能轉化為電能，釋放熱能后的煙氣經凈化系統處理后排放，從而將垃圾由“廢物”變為可利用的“資源”。隨著各種爐型技術的實踐應用廣泛開展，爐排式垃圾焚燒爐以適應性強，處理比較徹底的優勢正成為目前國內垃圾焚燒的主流工藝。隨著技術的不斷的提高和發展，我國焚燒爐的垃圾處理容量也不斷的提高，從初期的150t/d 提高到現在的750t/d，規模日趨增大。

　　二、垃圾焚燒發電的特點一般來說，垃圾經焚燒處理后殘余的固體廢物約占20%（爐渣約占15%，飛灰約占5%），考慮爐渣的綜合利用因素，減量化效果更為顯著。這相比于垃圾填埋處理要永久性占用土地來說節約了大量的土地資源。垃圾中的可燃物在焚燒中基本上變為了可利用的熱能。根據城市發展程度及地理位置、生活習慣不同，垃圾的熱值有所不同，一般用于焚燒的垃圾要求低位熱值大于4180KJ/Kg，垃圾發電量一般在250kwh/t 以上（隨熱值的提高而增加）。另外，由于垃圾焚燒后的尾氣經過了嚴格的凈化處理，因此對環境的污染被控制到了最低。因此，垃圾焚燒處理的特點是處理量大、減量效果好、無害化徹底，且有熱能回收作用，是真正實現垃圾處理的“無害化、資源化、減量化”的技術手段。因此，對生活垃圾實行焚燒處理是無害化、減量化和資源化的有效處理方式，世界各國普遍采用這種垃圾處理技術，是目前解決城市垃圾圍城問題最為有效的手段。

　　三、垃圾焚燒存在的問題由于垃圾焚燒處理具有“無害化、資源化、減量化”的特點，因此近十年來在國內得到快速的發展，但是由于我國目前各垃圾焚燒廠所焚燒的垃圾均是未進行過分類的垃圾，其組成成份相當復雜，既有可燃的塑料、木材、紙屑等，也有不可燃磚頭、瓦礫、金屬等。經過焚燒處理后，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。這些酸性氣體不僅對大氣造成很大的污染，而且成為垃圾焚燒爐中致使高溫腐蝕出現的主要因素。在焚燒爐煙氣中含有濃度較高的HCl，對鐵及鐵化合物等均有腐蝕作用。已有多篇文獻指出氯化氫氣體對焚燒爐的焚燒設備本體有著很強的腐蝕作用。生活垃圾焚燒鍋爐與傳統的燃煤、燃油鍋爐相比較，其金屬受熱面因腐蝕導致事故頻率要高很多，占其汽水系統事故頻率第一位。

　　出于發電效益要求，目前垃圾焚燒鍋爐工質已從低參數飽和蒸汽向中溫中壓過熱蒸汽參數過渡，這更加劇了高溫腐蝕的發生。

　　因此，垃圾鍋爐既要滿足發電工質參數要求，又要避免工質過熱段金屬受熱面超溫，產生高溫腐蝕現象，認真探討垃圾鍋爐腐蝕成因并研究其防范對策，對垃圾焚燒鍋爐和整個電廠的安全運行，具有重要意義。

　　四、HCI 高溫腐蝕現象分析及危害1、HCI 高溫腐蝕過程氣相腐蝕反應可以是由不同的含氯物質引起的，最普遍的是HCI 和C12，前者是煙氣中的主要含氯物質，氣相的HCI 或CI 離子的存在會增大過熱器金屬的腐蝕率，在氧化環境中這種現象常被稱為活性氧化。普遍認為氯化物會引起正常情況下起保護作用的表面氧化物的損壞。關于HCI、Cl2 腐蝕的簡要過程過程及機理如下：（1）、2Fe+3Cl2=2FeCl3 或2Fe+6HCl=2FeCl3+3H2；（2）、4FeCl3+3O2=2Fe2O3+6Cl2（3）、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O由于Fe 與Cl2 反應生成的中間產物FeCl2 在高溫下為氣態，而FeCl3 的熔點比較低，且易揮發，因此不斷隨煙氣被帶走，裸露出來的Fe 與不斷補充過來的HCI、Cl2 的反應一直持續進行，而且反應速率隨著反應溫度的升高而加快。

　　2、HCI 高溫腐蝕的危害HCI 高溫腐蝕的危害之一就是嚴重地阻礙了垃圾電站發電效率的提高。HCI 對金屬的高溫腐蝕主要發生在兩個區域：（a）300 一480℃區域（弱腐蝕發生域，生成氯化鐵、堿性鐵硫酸鹽等區域）；（b）550 一700℃區域（強腐蝕發生域，氯化鐵氧化及堿性鐵硫酸鹽分解區城）。過熱器傳熱管金屬表面溫度為內部蒸汽溫度+5 一20℃左右，所以為了要防止腐蝕，蒸汽溫度區域上限為400℃左右，致使發電效率只有20%左右。HCI 氣體對焚燒爐的焚燒設備本體及傳熱面都有著很強的腐蝕作用，根據經驗表明，未采取有效保護措施的過熱器金屬的腐蝕速率達到1mm/y 以上，嚴重的威脅到過熱器管的安全運行，是導致過熱器爆管停爐的主要原因。

　　五、抗HCI 高溫腐蝕的預防措施有關煙氣中由于HCI 而產生金屬高溫腐蝕問題，若按一般性的看法進行整理，可歸納如下3 點：（a）腐蝕速度隨煙氣中HCI 濃度的增加而增大（b）腐蝕的程度與管壁溫度有很大的關聯（管壁溫度越高腐蝕越劇烈）。

　　（c）采用抗腐蝕性的金屬，可以防治HCI 腐蝕危害在目前的情況下，抗HCI 高溫腐蝕采用的措施主要有以下幾個方面的措施：1.減少HCI 的生成量；2.降低管壁溫度；3.過熱器段采用新型的耐高溫腐蝕材料。這幾種方法分別對應上述的幾個特點而制定的。

　　1、減少HCI 的生成量進行垃圾分類預處理。分揀出塑料成份，降低含氯物質，生成的HCI 氣體含量就比較低，從一定程度上可以降低HCI 腐蝕。

　　焚燒爐內加添加劑。在焚燒爐內添加生石灰、石灰石等物質，吸收腐蝕性氣體HCI，降低高溫區域腐蝕性氣體濃度，從而緩解高溫腐蝕外，還能形成高熔點復合物。

　　2、降低管壁溫度管壁壁溫對腐蝕有相當大的影響（溫度越高腐蝕越劇烈）。

　　所以降低管壁溫度為抗HCI 高溫腐蝕的有效措施之一。具體的方法有：（1）嚴格限制鍋爐過熱器區域入口煙溫。過熱器因高溫腐蝕爆管，占垃圾鍋爐汽水系統事故頻率首位，煙氣溫度過高是重要原因。因燃料構成不同，盡管電站鍋爐煙溫更高，高溫腐蝕不是主要防范因素，過熱器材質主要選擇耐高溫合金鋼，其過熱器正常腐蝕限度小于0.lmm/a。而垃圾鍋爐過熱器腐蝕速度通常大于0.3mm/a，若不采取防范措施，其腐蝕速度會大于1mm/a。因而爐排型垃圾鍋爐過熱器大多數布置在第三煙道，入口端煙溫控制在650℃以下，必要時亦可在過熱器入口端煙道再布置一段蒸發器，可有效解決該區域煙溫過高問題。

　　（2）嚴格控制過熱器管壁溫度，是有效防止過熱器發生高溫腐蝕措施之一。合理計算過熱器受熱面，鍋爐減溫水流量調節精確、可靠，調節范圍盡可能工作在線性區：根據垃圾不同組分變化，爐排爐選擇合適料位和配風，盡量穩定爐溫，避免過熱器管壁超溫。過熱器設計應避免選用鰭片型過熱器結構，而采用光管結構，適度富裕量，以減少管壁表面拈污幾率。

　　3、過熱器段采用新型的耐高溫腐蝕材料過熱器全部或高溫段采用新型耐高溫腐蝕材料，可有效延長過熱器使用壽命。

　　（1）.采用耐腐蝕高溫合金鋼。垃圾爐中的高溫腐蝕以CI為主。耐CI 腐蝕的高溫合金鋼材料價格較貴，選用這類材料必須權衡材料消耗費用和使用壽命的得失，進行經濟評價，以選擇經濟性最佳的防腐方案。

　　（2）.熱噴涂耐腐蝕金屬涂層。用于防腐的金屬涂層能夠在管道與腐蝕介質之間形成障礙層，從而起到保護作用，涂層在保護管道的同時自身會慢慢被腐蝕。

　　六、結論垃圾焚燒爐在焚燒垃圾的過程中由于垃圾中含有塑料等含氯物質，經焚燒后生成了HCl 和SO2 等酸性氣體，這些酸性氣體在高溫下對金屬產生了強烈的腐蝕，腐蝕速率與溫度正相關，是導致垃圾焚燒爐過熱器爆管的主要原因。在實踐中可通過垃圾分類減少塑料含量、焚燒中加入石灰等措施減少酸性氣體的生成。在運行中可通過采取優化設計、加強運行參數調整等手段減緩高溫腐蝕，達到提高過熱器壽命及安全性的目的。