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垃圾焚烧锅炉易被高低温腐蚀? 该如何预防?

返回列表 来源: 约翰节能 发布日期: 2019.12.25

由于垃圾的成分复杂,垃圾焚烧发电炉在在运行过程中,有被腐蚀的可能,下面约翰节能废弃物垃圾焚烧炉厂家为您分享锅炉高低温腐蚀原因及预防措施。我们先了解下垃圾的焚烧烟气成份及高低温腐蚀。

垃圾在焚烧炉燃烧室的烟气温度一般须维持在850 -1000℃,其燃烧的烟气中主要成分为二氧化碳(CO2)、水分(H2O)、氮气(N2)、氧气(O2)及有害气体如氮氧化物(NOx)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、硫氧化物(SOx 、重金属、有机氯化物(如戴奥辛poly-chlorinated dibenzopara­dioxins, PCDDs)、呋喃(poly-chlorinated dibenzo-furans, PCDFs)及不完全燃烧气体(如COHC )等。

热管式空气预热器1

燃烧气体从800℃的温度时流经各项装置,直到烟囱排气时温度为110- 120℃为止,对各项装置产生不同的热冲击,其金属的腐蚀速率与金属表面温度有关,废气温度在320-480℃会形成氯化铁(iron chloride)及硫酸亚铁盐(alkali-iron-sulfate),遇高温480-800℃时形成物将分解,此种现象可称为高温腐蚀(high temperature corrosion );废气温度在硫酸露点(dew point)温度约为150℃以下时,称为电化学腐蚀(electrochemical corrosion ) , 也称为低温腐蚀区(low temperature corrosion);而湿式洗烟塔废气温度在100℃以下时,含水率高,称为湿蚀区。在燃烧室热辐射区及进人空气污染控制系统前的热对流区,含有酸性气体的烟气对余热锅炉易产生高温及低温腐蚀。

垃圾处理过程

一、高温腐蚀及预防措施

由于烟气中含有大量粒状污染物及具有腐蚀性的酸性气体,对于锅炉过热器、炉床等相关设备,会产生腐蚀作用。

1.高温腐蚀

高温腐蚀又称为气体腐蚀(gaseous corrosion)或干腐蚀(dry corrosion),在无液态电解液时也会发生,主要包括金属管材的硫化(sulfidation)及氧化(chlorination)现象,其发生原因为烟气中的硫氧化物与金属离子作用而形成硫化铁(FeS),或废气中的氯化氢气体与金属作用形成氧化铁(FeCl3),均使得金属材料失去氧化保护层而腐蚀。

2. 熔融盐腐蚀

熔融盐腐蚀又称为热腐蚀(hot corrosion)或析出腐蚀(deposit corrosion),其形成原因为废气中含有氯化氢(HCl)及二氧化硫(SO2)等具有腐蚀性气体与飞灰中的铀(Na)、钾(K)的金属氧化物(如 Na2OK2O)结合,产生氯化盐类(如 NaCl等),氯化盐类再与二氧化硫(SO2)结合,而形成硫酸盐类(如Na2S04)及氟化氢(HCl),而材质中的铁(Fe)元素与氯化氢作用形成氯化铁(如FeC13)。

另一方面飞灰中的硫酸氢盐(bisulfates ,如NaHSO4)及碱性焦硫酸盐(al­kali pyrosulfates,如 Na2S2o7)均能与铁元素作用,产生侵蚀性极强的硫化铁(FeS)及硫酸钠 ( Na2SO4)等盐类,此反应在高温呈不稳定状况,借由硫的腐蚀,碱性焦硫酸盐能产生三硫酸盐碱铁(alkali iron trisufates,如Na3Fe( SO4 )3)、三硫酸盐也会侵蚀金属,产生硫化铁,如此不断循环反应,形成金属腐蚀。

余热锅炉部分的过热器元件为高温腐蚀易发生的设备,一般过热器的管壁温度高过管内蒸汽温度30- 50℃,当采用400℃的蒸汽温度时,过热器管壁温度为430-450℃,腐蚀情况尚属轻微,但若源度继续升高,则腐蚀随之加剧,而炉管的使 用寿命随之降低。此外,温度在600-700℃时,高温腐蚀的速率达到大,故烟气在进入余热锅炉前通常将温度控制在600-℃或700℃以下。在工程设计上,宜采用下列方式以防止高温腐蚀发生:

1)控制金属材料温度及气流模式

对大型垃极焚烧厂锅炉过热器,为有效控制管壁温度,避免高温腐蚀,过热器的气流模式宜采用并流式( concurrent flow),欲使进入过热器人口的饱和蒸汽与较热的烟气接触,避免高温过热蒸汽出口与高温烟气人口相接触,形成高温腐蚀,此外,也可将烟气经多重气道(multi­pie passes)导流后,便进入过热器前端废气温度被控制在适当温度以下。

2)选用抗高温腐蚀的材料

炉管表面的金属温度根据过热蒸汽压力及温度而定,一般过热器的管壁温度高于管壁温度 30-50℃,如系统采用400℃的过热蒸汽时,过热器的管壁430-450℃,304 不锈钢及Alloy 200系列锦基合金均不适用于此系统中,从国外已商业化营运的垃圾焚炉操作经验中得知Alloy  625 ( UNS NO ,N06625)的材料为过热器较适用的管材。 

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二、低温腐蚀及预防措施

低温腐蚀为垃圾经过燃烧后产生二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、氯化氢(HCI)与水等化合物,当环境温度低于气体中某些蒸汽的饱和温度以下时,这些化合物可能凝结而引起腐蚀,故也称之为露点腐蚀(dew point corrosion)。需注意的露点腐蚀是各种酸性气体中能够产生凝结现象的高温度,酸性气体的露点腐蚀主要为硫酸或盐酸的腐蚀,氧化氢的露点为27-60℃,而硫酸其露点在110-150℃形成,通常腐蚀情况在酸性气体露点温度以下 2 50℃时为严重。近年来,由于热回收系统的推广,降低了烟气的排气温度,在增加燃烧效率的同时,也增加材料露点腐蚀的发生。防治的策略为保持节热器内饲水温度在适当温度以上,避免使烟气在节热器表面接近露点温度。

整体而言,腐蚀的发生造成了余热回收锅炉在技术及经济面产生负面的冲击,为了控制腐蚀作用,在设计上可采用下列的准则:

①将较低温度的烟废气导人对流区进行热回收,避免在辐射区高温环境下直接进行热回收,在辐射区内的水管墙,应采用耐火材料包覆,山避免高温腐蚀(high temperature corrosion ) ;

②在对流区内的传热水管的间距应加大,以避免烟气流速过大,产生磨蚀(erosion ) ;

③保持饲水水质,以避免炉管内管壁产生水垢,产生积热现象,因而在高温还原态的环境中(hjgh reducing environment),造成管材腐蚀;

④避免烟气离开节热器温度太低,产生低温腐蚀;

⑤当烟气温度高于灰熔融温度(ash softing temperature),则在传热面因吸热作用会产生速 冻现象,对管壁损伤很大,宜适用吹灰装置(soot blower)迅速除灰;

⑥接受飞灰瞿盖传热管的事实,在设计时加大传热面;

⑦过热器前端数排管材可采用特殊合金钢管,尽量以并流式的排列,以抵抗腐蚀;

⑧在设计时,以上的准则可以棍合。

约翰节能垃圾发电项目案例图

在炉管的材质方面,近年来已获大幅善,由传统碳钢材质发展为外面包覆不锈钢(stain-less steel)的水管,此外更在适当位置设计外包覆合金钢材质的水管,以抵抗腐蚀;合金钢管的 开发使得过热蒸汽的品质提高,例如含有镍(nckle)和铬(choromium)的合金钢管(alloy  tube ) 的使用,使得传统过热蒸汽在350℃、4 MPa操作的状态能得以提升到420℃、5. 5 MPa 的操作状态,目前研究显示,适当的改进可使过热蒸汽甚至未来可以操作在470 ℃、6. 6  MPa的状态。

目前我国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨,垃圾填埋场已不堪重负。垃圾焚烧发电炉是替代垃圾填埋场的有效处理垃圾方式,随着我国国民经济及生活水平的提高,产生的垃圾量也是逐年上涨我国的垃圾焚烧处理能力在近5年间增长了5,垃圾处理的原则是无害化、减量化、资源化。垃圾焚烧发电因大大减少填埋而能够节约大量的土地资源,同时也减少了填埋对地下水和填埋场周边环境的大气污染。

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