浅析积灰对垃圾焚烧余热锅炉受热面爆管的影响

浅析积灰对垃圾焚烧余热锅炉受热面爆管的影响

李三军

广州环投云山环保能源有限公司 510410

摘要：本文根据某垃圾焚烧厂余热锅炉运行状况，运行参数，爆管取样分析，热负荷高区域水冷壁、过热器取样分析。同时，结合设备的实际情况，深入现场，通过机组锅炉检修、抢修，对锅炉受热面管爆管检查分析，得出锅炉安全运行的影响因素，并提出了相应的解决方法和防范措施，对垃圾焚烧余热锅炉的安全经济运行具有重要参照意义。

关键词：爆管，垢层，积灰

一、前言

垃圾焚烧产生的灰粘附在受热面管表面，随着温度升高，积灰加剧腐蚀。本文将根据某焚烧厂锅炉运行状况，运行参数，爆管取样分析，热负荷高区域水冷壁、过热器、省煤器取样分析，得出锅炉积灰高温腐蚀对锅炉安全运行的影响，并提出了相应的解决方法和防范措施。

二、主要设备及主要参数

1、主要设备：

本型锅炉是单锅筒横置式自然循环水管锅炉，采用日本三菱垃圾焚烧处理技术，炉排为日本三菱马丁回转式炉排，锅炉采用一体化余热锅炉，。

2、锅炉主要参数：

三、锅炉受热面主要泄漏情况

1、一通道水冷壁

一通道四侧自2018年后，发生过多起局部浇注料脱落，水冷壁管减薄，导致水冷壁爆管泄漏的情况。

经停炉测厚检查，一通道浇注料未脱落区域水冷壁壁厚仍有4.7mm左右（规格为φ60×5mm），未存在壁厚减薄量超标的情况，但一通道浇注料脱落爆管区域，壁厚均已减薄超标，多次爆口处旁测得壁厚约为1.3mm。爆管泄漏原因分析：管子外表面浇注料脱落后，导致管子直接与烟气、灰粉接触，管子表面腐蚀与灰粉冲刷，形成减薄，当减薄到一定程度后，导致爆管泄漏。管子减薄的主要原因为：CL腐蚀、S腐蚀、灰粉冲刷。

一通道爆管泄漏 一通道爆管泄漏

爆口处

浇注料已脱落

浇注料已脱落

爆口处

2、过热器管

#1、#2炉发生过多起前部二级过热器、三级过热器泄漏，尤其是三级过热器泄漏（含锅炉试压查漏以及过热器爆管临停泄漏）。经对管子进行宏观检查，发现爆管处及周围积灰都较为严重，爆口处局部减薄，大部分管段壁厚均未减薄。

管样及爆口的宏观检查结果如下：

1. 爆口位于侧面，呈纵向开口，爆口张开向外，纵向长15.0mm，宽5.0mm。

2. 爆口部位未存在明显鼓包，稍远离爆口外壁未见鼓包，但管子有明显结焦积灰，管子表面积灰较为严重，爆口管子周围区域管子表面积灰也较为严重，爆口处存在腐蚀坑。

3. 爆口对应的内壁局部未存在明显的结垢层，爆口管子壁厚测得为1.2 mm，减薄较为严重，减薄量远低于标准允许的最低值（2.8mm），稍远离爆口管子周围壁厚未见减薄，厚度为3.8mm。

四、锅炉受热面管取样分析

1、机械性能试验

对爆管进行取样，加工后进行机械性能检测，根据GB/T228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法》进行试验，管样的规定下屈服强度、抗拉强度和断后伸长率均符合或接近GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》对于15CrMoG新管的规定。具体数据如下表：

2、金相分析

在管样爆口部位处、爆口附近、爆口远处各制取1个金相环，在Axiovert200MAT光学显微镜下进行金相分析，放大位数为500倍，按照DL/T 787-2001 《火力发电厂用15CrMo钢珠光体球化评级标准》进行金相球化评级，管样爆口部位处、爆口附近、爆口远处三个试样的金相组织均为F+P+B，即铁素体+珠光体+贝氏体，球化级别为1.5级，蠕变损伤级别为1级，评定结果为合格，具体金相分析图谱如下：

3、垢样分析

对爆口部位附近制取垢量测量试样，按照DL/T 794-2012 《火力发电厂锅炉化学清洗导则》对管样内壁垢量进行测定，管内壁仅有少量垢化物，垢样成分主要为碳酸盐水垢，管内壁未发现有其它的腐蚀物质，垢样值尚远未达到DL/T 794规定的需要化学清洗上限值，管外壁有氯、硫等腐蚀元素。

4、爆管原因分析

根据以上试验分析结果，可得出以下结论：该处爆管类型为高温腐蚀，腐蚀类别为管子表面结灰后，形成管表面堆积灰，久而久之随着灰尘不断加厚，温度就会慢慢升高，温度升高，引起长期高温腐蚀，管壁就会不断的加速被氧化、被腐蚀，加快管子减薄，形成局部腐蚀坑，管子减薄到一定程度后，引起爆管。

五、垃圾电厂锅炉受热面高温腐蚀机理

1、垃圾焚烧炉的主要腐蚀性成分或因素

1.1、CL的腐蚀

垃圾中的合成树脂类如聚氯乙烯（PVC）、人造橡胶、人造革、泡沫塑料等含有较多的有机氯化物，而厨房垃圾则含有氯化钠、氯化钾和氯化镁等无机氯化物，造成了烟气中的各种有机氯和无机氯浓度提高。CL在高温下，往往以气态HCL、CL2和金属氯化物KCL、NaCL、ZnCL2、PbCL2等沉积物出现在焚烧环境中，导致了几种腐蚀形式出现：气相腐蚀、氧化还原反应腐蚀、电化学腐蚀。

1.2、S的腐蚀

硫的腐蚀主要是碱金属的热腐蚀，即Na3Fe(SO4)3及K3Fe(SO4)3的腐蚀。

1.3、高温腐蚀

高温的产生，一是锅炉实际运行温度越来越高，二是锅炉受热面的清灰不及时或清灰效果不佳，使得受热面的传热受阻，导致受热面的表面温度过高。高温腐蚀，与前述CL腐蚀、S腐蚀是相伴存在的。高温环境引发了CL2和HCL的产生，加速了腐蚀量和腐蚀速度。

1.4、腐蚀环境下的磨损

垃圾燃烧时产生的大量灰粉冲刷受热面管，使受热面管外表面受到不同程度的磨损。

2、垃圾焚烧炉的受热面高温腐蚀机理

2.1、HCl-Cl₂-SO₂腐蚀气氛

垃圾中的氯化物燃烧后生成HCl、Cl2、SO2直接对受热面管壁及其表面氧化膜发生以下反应，导致管壁产生强烈的腐蚀。

2.2、碱金属硫酸盐和氯盐的低熔点混合腐蚀

碱金属硫酸盐和氯盐的低熔点混合腐蚀：低熔点的氯化物或其混合物形成熔池，加速管壁金属腐蚀。

纯物的熔点及两相混合物的共熔温度

2.3、积灰加速高温腐蚀

当管壁的温度达到300℃-500℃的时候碱金属、碱土金属和其它重金属的氯化物和硫酸盐会融化，同时和氧化膜以及含硫气氛反应产生碱焦硫酸盐熔盐池，这种物质具有吸收灰粒的特点，从而形成灰层。久而久之随着灰尘不断加厚，温度就会慢慢升高，温度升高，管壁就会不断的加速被氧化、被腐蚀。事例解释;一级蒸发屏管布置在过热器前端，蒸发屏管积灰（图2）比过热器管积灰（图3）更严重，但过热器爆管比蒸发屏管爆管(近1年来仅爆管泄漏1次)次数更多，原因为蒸发管屏壁温（284℃）较过热器壁温（450℃）要低得多，积灰高温腐蚀的速率要低。根据研究，高温腐蚀速度与温度呈现图1的关系：

图1：管壁温度和腐蚀速度的关系

图2：锅炉蒸发屏管积灰情况 图3： 锅炉过热器管积灰情况

六、锅炉稳定运行的支持措施

1、一通道水冷壁

进行一通道浇注料整治，即对浇注料整体拆开后，对管段进行全面检查测厚，对减薄的管段进行更换，更换后对浇注料进行整体重新恢复。预计项目实施后，只要不存在一通道水冷壁浇注料脱落的情况，一通道水冷壁管可长期安全稳定运行。

2、过热器管

对三级过热器、前端二级过热器进行整组更换。同时，每次机组检修对二通道、三通道水冷壁管、蒸发屏管进行清灰，以降低过热器管入口烟温，降低过热器管表面大面积积灰的形成，降低管子的高温腐蚀速率，以提高管子的整体寿命。

目前过热器清灰方式为机组停机后，用木棍或竹子进行手工清灰，效率低，且无法清干净管子表面较硬的灰物。通过采用高压水枪吹射在管子外壁，从而将管子的积灰清理干净，清灰效果明显。清灰前后的效果图：

清灰前 清灰后

七、结语

综上所述，目前锅炉受热面管主要爆管泄漏源为一通道水冷壁和过热器爆管，同时也是困扰锅炉安全稳定运行的最大因素。过热器管爆管主要影响因素为积灰高温腐蚀，核心问题为管子表面积灰，随着灰尘不断加厚，管壁温度就会慢慢升高，温度升高，管壁就会不断的加速被氧化、被腐蚀。每半年进行一次高压水枪清灰，则可延缓积灰高温腐蚀，减少局部腐蚀坑的形成，提高管子的使用寿命，降低过热器管的换管频率以及泄漏次数；同时，对二通道、三通道水冷壁管、蒸发屏管进行彻底清灰，以降低过热器管入口烟温，降低过热器管表面大面积积灰的形成，降低管子的高温腐蚀速率，以提高管子的整体寿命，并可提高锅炉的经济指标。

参考文献

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