城市生活垃圾焚烧炉受热面腐蚀预测.doc

4.4 城市生活垃圾焚烧炉受热面腐蚀预测 4.4.1腐蚀机理 锅炉受热面烟气侧的腐蚀,根据发生腐蚀区域的烟温高低,可分为高温腐蚀和低温腐蚀。高温腐蚀主要是指炉膛水冷壁管的烟气侧腐蚀和过热器或再热器管子的外部腐蚀;低温腐蚀主要是指空气预热器冷端的腐蚀或无空气预热器的低压锅炉的省煤器腐蚀。 高温腐蚀 烟气中大量腐蚀性酸性气体在高温（＞300℃）下对锅炉过热器、炉排等产生腐蚀作用统称为高温腐蚀。高温腐蚀又细分为气体腐蚀和盐腐蚀。垃圾焚烧锅炉传热管的高温腐蚀如图4-所示。 熔融盐腐蚀又称为析出腐蚀，其形成原因是烟气中含有氯化氢和二氧化硫等腐蚀气体与飞灰中的Na2O、K2O等金属氧化物反应产生氯化氢和硫酸盐，前者再与锅炉材料中的铁反应形成氯化铁造成腐蚀；另一方面，飞灰中的硫酸氢盐也可与铁反应形成硫化铁（FeS）和碱性硫酸铁。氯化铁和碱性硫酸铁在320～480℃之间生成，当温度增加到480～700℃之间时又会分解，这样不断循环反应产生金属腐蚀。 图垃圾锅炉传热管的高温腐蚀 焚烧锅炉过热器的高温腐蚀 过热器高温腐蚀是氯化物气体（HCl）和SO3、Cl2气体对管壁间接和直接腐蚀，以及焦硫酸盐和碱金属对管壁的熔盐腐蚀。当烟气具有一定高温时（770℃以上），烟气中熔融的R2ORCl（R为Na、K等碱金属随着烟气冲刷管子并凝结在管壁上，同时还与烟气中的SO3以及水（蒸汽）反应。 （4-） （4-） 所生成之HCl为气体，向烟气和管壁扩散。R2SO4在过热器管壁温度范围内与氧反应生成低熔点碱焦硫酸盐熔池，并粘捕灰粒形成灰层。随灰尘增厚，其表面温度不断升高。 （4-） 硫化酸盐与氧化膜反应如下： （4-） （4-） R3Fe(SO4)3对管壁无保护作用，于是管壁金属再次氧化，延续向深层进一步腐蚀。 实践已证明，当管壁温度达到670~680℃时，这种腐蚀速度达到最高峰。 （4-1） （4-1） （4-1） （4-1） （4-1） （4-1）（4-）（4-）须重视的是，焦硫酸盐和氯化物腐蚀的共存，将产生比单纯硫酸盐高温腐蚀更严重的双重加速腐蚀。垃圾焚烧产生的烟气成份和烟气温度恰恰正好为这二种腐蚀提供了必要条件。 因此在设计上应采取下列方式以防止高温腐蚀： ① 控制金属材料温度和过热器烟道内烟气温度。对大型城市生活垃圾焚烧锅炉的过热器，为有效控制管壁温度，避免高温腐蚀，应将进入过热器入口的烟气温度控制在适当温度（不得超过700℃，最好控制在630℃）以下，同时宜在过热器前布置蒸发器，避免高温过热蒸汽出口直接接触高温烟气，形成高温腐蚀。 ② 采用抗高温腐蚀的材料。当过热器壁面温度超过450℃时高温腐蚀情况变得严重，在这种情况下应选用抗高温腐蚀的材料如Inconel625合金包覆过热管或直接采用抗高温腐蚀合金钢制造过热管道以保护管壁免受高温腐蚀的损害。③ 控制焚烧热量及温度的均匀性。垃圾燃料输入的不均匀,以及垃圾燃烧时,由于时间和空间上产生的不均匀性,均导致换热面管壁温产生波动现象,另外由于换热管所处的空间位置不同,造成壁面不同的积灰状况,都会使过热器管壁局部产生过热情况,产生局部腐蚀。因此垃圾焚烧时更要注意焚烧热量及温度的均匀性,减轻局部腐蚀情况。 ④ 控制燃烧气氛。垃圾焚烧时不同的燃烧气氛形成不同的烟气成分,从而导致不同的腐蚀行为。还原性气氛下,S主要以H2S的形式进行腐蚀,氧化气氛下则以SO2和SO3形式进行腐蚀。实验表明,对S腐蚀而言,还原性介质要比氧化性介质更具有腐蚀性。过热器采用碳钢,工作温度在500℃情况下,H2S的腐蚀量大约是同浓度SO2腐蚀量10倍左右;采用不锈钢材料(12Cr1MoV)情况有所改善,同样工作温度为500℃,烟气中H2S浓度为0.02%~0.07%时,烟气的腐蚀性是同等条件下纯空气腐蚀性的2~4倍。 水冷壁的高温腐蚀 产生炉膛水冷壁高温腐蚀的条件为：①水冷壁附近出现局部或间断性的还原性气氛；②烟气成份中存在硫化物和氯化物；③水冷壁壁温满足腐蚀