垃圾发电厂锅炉水冷壁腐蚀分析与解决对策

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。文章以深圳市宝安垃圾电厂为例，分析了造成水冷壁高温腐蚀程度不同的影响因素，并提出了可用于改善电厂水冷壁高温腐蚀问题的可行的防范对策。

关键词：垃圾发电厂；水冷壁；影响因素；高温腐蚀；防范对策；锅炉 文献标识码：A

中图分类号：TK223 文章编号：1009-2374（2016）20-0086-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.20.042

1 设备概述

深圳市能源环保有限公司下属的宝安电厂为垃圾焚烧发电厂。宝安电厂垃圾焚烧炉是比利时SEGHERS公司进口的倾斜多级往复炉排式垃圾焚烧炉，垃圾处理量为400t/d。余热锅炉为武汉锅炉厂生产的WGC32/4.0-1型中压、自然循环、单汽包、平衡通风锅炉，锅炉额定蒸发量为32t/h，运行压力为4MPa，过热蒸汽温度为400℃。水冷壁腐蚀现象，影响了机组的正常运行，对机组的经济性和安全性影响较大。

2 腐蚀水冷壁取样实验室分析及其结果

2.1 样品情况

取得的样品为：水冷壁管（有破口，鳍片处有火割痕迹）。

2.2 电镜观察与能谱分析结果

用Quanta 400HV扫描电子显微镜和EDAX能谱仪对各管样外表面附着物和各灰渣样进行形貌观察和X射线能谱分析，分析位置及区域如图1，分析结果见表1。

由观察分析结果可知：与管子结合较紧密的氧化腐蚀产物附着层的成分，样品中O、Fe元素的含量之和在90%左右；含有一定量的Cl、S、Na、K等可构成强腐蚀性物质或环境的元素，且含量没有明显差异；另外，还含有少量的Ca、Mg、Si、Cr、Ni等元素，这些元素一般不构成强的腐蚀性物质或环境。

2.3 取样实验室检测结果分析

经检验发现，管样向火面外壁腐蚀后的轮廓参差不齐，管子向火面的氧化腐蚀速度较快，程度较严重。管样向火面外壁氧化腐蚀产物层的主要物质是铁的氧化物，但其氧化腐蚀产物层中含有一定量的Cl、S、Na、K等可构成强腐蚀性物质或环境的元素，且含量没有明显差异。根据实验结果并结合管子的具体腐蚀情况可判断，管样向火侧的快速腐蚀减薄的腐蚀性质为高温氯腐蚀。

3 锅炉试验结果及分析

垃圾焚烧发电厂由于入炉垃圾成分的不稳定，造成焚烧炉中的燃烧工况处于波动状态，因此测试参数一直在波动，特别是在烟气成分测试时，数据变化频率高、波动幅度大。

3.1 实际运行氧量测量结果

由表2可知，实测氧量比表盘氧量高约0.3%～0.8%。

3.2 焚烧炉内火焰温度测量结果

用光学高温仪对焚烧炉内火焰温度进行测试，其测得焚烧炉内火焰温度为1142℃～1269℃。

3.3 前墙壁面气氛测试结果

在前墙上部易腐蚀区域安装壁面气氛测点，在运行中对壁面气氛进行测试，考察该处烟气成分状态。锅炉前墙壁面气氛测试结果：O2含量为2.8%～7.9%，CO含量为43～100ppm，由这两项指标可知，前墙易腐蚀区域处于氧化环境下，不存在还原性气氛。

3.4 沿程烟气温度测量结果

3.4.1 沿程烟气温度测点分布情况。

测点说明及要求：

测点1～3：一烟道烟温测点，利用现装32的铠装热电偶孔，计划在宽度方向约2m处加装1支热电偶。

测点4～5：前墙烟温测点，分别在炉膛中心线及两侧1.5m左右各布置1个，共3个，计划在宽度方向约0.5m处各加装1支热电偶；亦为前墙壁面气氛测点。

测点7：尾部烟道烟温测点，加装1支热电偶。

3.4.2 沿程烟气温度测试结果。沿程烟气温度可部分代表余热锅炉内热负荷情况，特别是靠近易腐蚀区域处的烟气温度较能说明易腐蚀区域的热负荷状态，为锅炉高温腐蚀提供相关诊断依据。

3.5 易腐蚀区域近壁面温度测试结果

在沿程烟气温度测试中，易腐蚀区域附近烟气温度测试易受热电偶插入深度（约1m左右）及近壁面处水冷壁吸热和水冷壁黏污情况的影响，无法完全代表近壁面处热负荷状态。对宝安电厂近壁面处热负荷状态进行了解，进行了易腐蚀区域近壁面温度测试。从测试结果可以看出：温度水平最高，多数点壁温多数时间集中在t>650℃的水平上；负荷稳定且处于很高水平，因此，背火侧壁温低温点和高温点差异不大，波动幅度很小。

4 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，但与燃煤电厂不同的是，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。

因贴壁风是为了降低烟温，所以这股风风温不能高。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。

5 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。

5.1 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。

5.2 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。

6 结语

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。

参考文献

[1] 郑明，王小红，张勇，常海锋.余热锅炉直升烟道水冷壁腐蚀分析与预防[J].湖南有色金属，2015，（6）.