焚烧炉-垃圾焚烧炉腐蚀原因分析

本文相关资料摘抄：江苏中鼎环境工程股份有限公司

（1）积灰对腐蚀的作用

垃圾焚烧炉的腐蚀机理非常复杂，积灰对腐蚀的作用也是有两方面的。积灰对腐蚀是促进还是减缓在于具体的反应条件，譬如积灰的性质和所处的温度。Phongphiphat等人通过实验发现覆盖了积灰的区域比直接暴露在烟气中的区域腐蚀性更弱。这是因为厚厚的积灰能通过减少金属表面温度，减缓进一步活化氧化（active oxidation），防止金属氯化物的挥发来减缓受热面腐蚀。但需要指出的是，只有在积灰没有出现熔融相的情况下这个结论才有效。熔融的积灰能加速保护性氧化层的受损，这是因为液相的化学反应速率快于固 -固相的化学反应速率，同

时，液相能为铁离子和电化学反应提供电解液。

积灰含有氯和碱金属元素。它们的存在不只降低积灰的熔点，还能通过类似气相氯腐蚀的活化氧化机理来损害金属表面。 Phongphiphat等人发现只要有一点点的氯，即使含量只有 0.3%，都能引发活化氧化腐蚀，特别当积灰中还含有钾元素。氯是小分子，能在积灰中扩散，许多文献也报道了能在金属氧化层的交界面发现氯元素。当氯离子到达金属表面时，它能和金属形成金属氯化物。金属氯化物形成所需的吉布斯自由能是负的，这说明金属氯化物易生成。金属氯化物通过金属裂缝和孔隙进行扩散，金属氯化物的持续挥发恶化了金属缺陷。除了沉积氯腐蚀，气体中的 HCl也能加速氯腐蚀，但许多文献表示垃圾焚烧炉中，气态 HCl的腐蚀性小于积灰中氯化物详细展示了氯的活化氧化腐蚀过程和相关的动力。另外，积灰的物理特性也会影响腐蚀。积灰整体坚硬、强度高，受温度波动产生的应力冲击大，会引起受热面的金属缺陷。温度波动和机械作用共同造成了金属氧化层的应力裂缝。

（2）蒸汽温度对腐蚀的作用

垃圾焚烧炉的灰污和腐蚀是非常复杂的，管壁温度是一个重要的影响因素。管壁温度的增加会提高积灰中熔融相物质的数量，从而导致积灰粘性的增加。而管壁温度的增加也会增加腐蚀产物的数量总所周知，水冷壁中蒸汽侧的传热系数远大于烟气侧，因此管壁温度与蒸汽温度较为接近。本文研究的垃圾焚烧炉为了得到较高的发电效率，采用了中温次高压锅炉。这也是造成此垃圾焚烧炉水冷壁积灰较厚，腐蚀严重，最后发生了爆管事故的主要原因之一。蒸汽温度上升 50就会导致腐蚀速率的明显上升。因此，为了避免出现严重的灰污和腐蚀，垃圾焚烧炉应设定为低蒸汽温度范围，一般来说，炉排炉蒸汽温度不超过 400而循环流化床的蒸汽温度不超过 450。对于中温次高压锅炉，水冷壁应考虑采用高质量的合金材料，选择适当的吹风方式和添加恰当的添加剂（如高岭土）可能会缓解垃圾焚烧炉的灰污和腐蚀现象。

（3）SNCR及水蒸气对腐蚀的影响

本文研究电厂采用 SNCR技术实现低 NO排放，还原剂为尿素溶液。尿素x溶液喷枪在第一烟道中部位置喷入，尿素迅速热解生成 NH并与烟气中的NOx3进行 SNCR反应生成 N。相关研究表明[191]：尿素溶液喷入后，在高温下能迅速分解形成 NH和 HNCO，而生成物 HNCO在不同的温度下，其反应路径和反应活性有着很大的差异；尿素在 977及 1177温度下尿素脱硝的主要反应路径见在977下氰酸几乎为惰性，而在1177下，虽然氰酸根和NO等氧化介质出现，然而HNCO→NCO→N /N O反应路径速率大大提高导致更多NO的还原。HNCO是有挥发性和腐蚀性的物质，在水溶液中显示极强酸性。结合垃圾焚烧炉的运行数据和数值模拟的结果，对垃圾焚烧炉水冷壁受热面的腐蚀机理进行探讨：尿素溶液喷入后迅速分解生成 NH和HNCO，若HNCO3未与烟气中的 NO反应完全，随烟气到达顶棚附近，此时温度下降至955左右，在此温度下 HNCO反应活性极低。由速度矢量图

可知，在第一烟道前墙顶部和顶棚前部结合区域形成一个较大范围的烟气回旋区域)，同时在第二烟道前墙上部形成一个强烈回旋区域中区域)，烟气在回旋区域内停留时间大大延长。

（4）其他因素。

在之前的文献中也提到了一些其他会造成腐蚀的其他因素，例如不恰当的燃料混合和局部还原性气氛等等。这些因素在本章暂不做深究。