垃圾焚烧过程中产生的烟气含有大量的氯化氢等腐蚀性气体和灰分,会对余热锅炉系统中的各换热部件产生严重腐蚀。如锅炉采用中温次高压参数,会使余热锅炉各受热面壁温升高,这样将进一步加剧余热锅炉受热面的腐蚀,缩短设备的使用寿命,增加处理成本。因此,高参数余热锅炉的维护成本和运行风险比中参数的大。
垃圾焚烧发电厂受热面的腐蚀主要包括:过热器管、水冷壁管高温腐蚀和省煤器低温腐蚀等。图1为腐蚀与温度关系图。
图1管壁温度与腐蚀速度的关系
由图1可见,腐蚀速度与受热面管子壁温有很大关系。在高温腐蚀区,管壁温度超过300后,腐蚀速度增加很快。国内外垃圾焚烧发电厂运行经验表明,余热锅炉容易发生严重腐蚀,导致受热面管子损坏的区域有以下4处:a.炉膛内耐火墙砖与光管过渡区域;b.通道转弯处;c.过热器区域;d.省煤器尾部。表1列出了中参数与高参数余热锅炉易发生腐蚀区域的管壁温度。
表1中参数和高参数余热锅炉受热面壁温
| 余热锅炉区域 | 高参数 (450 、6.4MPa) | 中参数 (400 、4.0MPa) | |
| 水冷壁 | 介质温度 | 287 (7.1MPa饱和温度) | 258(4.5MPa饱和温度) |
| 高温区 | 管壁温度 | 347 (60 附加壁温) | 318(60 附加壁温) |
| 过热器 | 介质温度 | 450 (主蒸汽温度) | 400(主蒸汽温度) |
| 高温段 | 管壁温度 | 500 (50 附加壁温) | 450(50 附加壁温) |
| 省煤器 | 介质温度 | 130 (给水温度) | 130 (给水温度) |
| 低温段 | 管壁温度 | 6 (30 附加壁温) | 6 (30 附加壁温) |
注附加壁温是采用锅炉机组热力计算标准方法(1973版)自然循环锅炉的推荐值。
由表1可见,高参数余热锅炉在水冷壁和过热器的高温度比中参数余热锅炉分别高出了30和50,采用高参数余热锅炉将面临更严重的高温腐蚀;而省煤器低温区金属温度基本一致,两种参数的低温腐蚀情况大致相同。
图 2 A厂水冷壁腐蚀部位
炉膛内耐火墙砖与光管过渡区域、通道转弯处均属于水冷壁的高温腐蚀。实验证明,产生炉膛水冷壁高温腐蚀的条件:a.水冷壁附近出现局部或间断性的还原性气体;b.烟气成分中存在硫化物和氯化物;c.水冷壁壁温满足腐蚀发生的条件。
研究表明,当燃料成分中含氯量%0.35%时,腐蚀倾向将很高且FeCl2的熔点为282,并能显著挥发,使管壁直接暴露于烟气中,导致进一步腐蚀。而在炉膛内耐火墙砖与光管过渡区域、通道转弯处两个区域烟气温度均比较高(大于800),并且烟气转向和过渡段截面扩大造成的烟气涡流更加强烈,导致管子的腐蚀速度进一步加剧。通过对国内A厂的调查发现,这两处水冷壁的局部腐蚀很严重,腐蚀情况大大超出设计预期:因水冷壁腐蚀泄漏,非计划停炉每炉各有2次,时间集中在2008年2~11月,腐蚀最严重的管壁厚只有1mm。