论文部分内容阅读
摘要：垃圾焚烧发电是实现城市垃圾无害化、减量化和资源化处理的一种有效方法，目前正得到大力的推广。焚烧发电具有工艺简单，运行可靠，垃圾处理速度快，处理量大。但是由于垃圾成份相当复杂，用于焚烧垃圾的焚烧炉存在非常严重的磨损、腐蚀现象，在腐蚀现象中以高温过热器管的腐蚀问题最为严重。本文主要就这个问题展开讨论并提出预防措施。
关键词：垃圾焚烧炉；高温过热器管腐蚀；措施
作者简介：郑春雄（1973-），男，汉族，广东省汕头市人，热能动力工程专业工程师，深圳粤能环保再生能源有限公司总工程师。
一、垃圾焚烧发电工艺原理
垃圾焚烧发电是将垃圾放在焚烧炉中进行燃烧，释放出热能，余热回收加热给水变成蒸汽，蒸汽在汽轮机中推动汽轮发电机旋转做功，将蒸汽的热能转化为电能，释放热能后的烟气经净化系统处理后排放，从而将垃圾由“废物”变为可利用的“资源”。随着各种炉型技术的实践应用广泛开展，炉排式垃圾焚烧炉以适应性强，处理比较彻底的优势正成为目前国内垃圾焚烧的主流工艺。随着技术的不断的提高和发展，我国焚烧炉的垃圾处理容量也不断的提高，从初期的150t/d提高到现在的750t/d，规模日趋增大。
二、垃圾焚烧发电的特点
一般来说，垃圾经焚烧处理后残余的固体废物约占20%（炉渣约占15%，飞灰约占5%），考虑炉渣的综合利用因素，减量化效果更为显著。这相比于垃圾填埋处理要永久性占用土地来说节约了大量的土地资源。垃圾中的可燃物在焚烧中基本上变为了可利用的热能。根据城市发展程度及地理位置、生活习惯不同，垃圾的热值有所不同，一般用于焚烧的垃圾要求低位热值大于4180KJ/Kg，垃圾发电量一般在250kwh/t以上（随热值的提高而增加）。另外，由于垃圾焚烧后的尾气经过了严格的净化处理，因此对环境的污染被控制到了最低。因此，垃圾焚烧处理的特点是处理量大、减量效果好、无害化彻底，且有热能回收作用，是真正实现垃圾处理的“无害化、资源化、减量化”的技术手段。因此，对生活垃圾实行焚烧处理是无害化、减量化和资源化的有效处理方式，世界各国普遍采用这种垃圾处理技术，是目前解决城市垃圾围城问题最为有效的手段。
三、垃圾焚烧存在的问题
由于垃圾焚烧处理具有“无害化、资源化、减量化”的特点，因此近十年来在国内得到快速的发展，但是由于我国目前各垃圾焚烧厂所焚烧的垃圾均是未进行过分类的垃圾，其组成成份相当复杂，既有可燃的塑料、木材、纸屑等，也有不可燃砖头、瓦砾、金属等。经过焚烧处理后，生成的烟气中含有HCI、NOx、SO2等酸性气体，烟气中所含的灰分性质也比较粘，很容易粘附在受热面管子表面，降低换热效果，造成烟气温度偏高。这些酸性气体不仅对大气造成很大的污染，而且成为垃圾焚烧炉中致使高温腐蚀出现的主要因素。在焚烧炉烟气中含有浓度较高的HCl，对铁及铁化合物等均有腐蚀作用。已有多篇文献指出氯化氢气体对焚烧炉的焚烧设备本体有着很强的腐蚀作用。生活垃圾焚烧锅炉与传统的燃煤、燃油锅炉相比较，其金属受热面因腐蚀导致事故频率要高很多，占其汽水系统事故频率第一位。
出于发电效益要求，目前垃圾焚烧锅炉工质已从低参数饱和蒸汽向中温中压过热蒸汽参数过渡，这更加剧了高温腐蚀的发生。因此，垃圾锅炉既要满足发电工质参数要求，又要避免工质过热段金属受热面超温，产生高温腐蚀现象，认真探讨垃圾锅炉腐蚀成因并研究其防范对策，对垃圾焚烧锅炉和整个电厂的安全运行，具有重要意义。
四、HCI高温腐蚀现象分析及危害
1、HCI高温腐蚀过程
气相腐蚀反应可以是由不同的含氯物质引起的，最普遍的是HCI和C12，前者是烟气中的主要含氯物质，气相的HCI或CI离子的存在会增大过热器金属的腐蚀率，在氧化环境中这种现象常被称为活性氧化。普遍认为氯化物会引起正常情况下起保护作用的表面氧化物的损坏。关于HCI、Cl2腐蚀的简要过程过程及机理如下：
（1）、2Fe+3Cl2=2FeCl3或2Fe+6HCl=2FeCl3+3H2；
（2）、4FeCl3+3O2=2Fe2O3+6Cl2
（3）、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
由于Fe与Cl2反应生成的中间产物FeCl2在高温下为气态，而FeCl3的熔点比较低，且易挥发，因此不断随烟气被带走，裸露出来的Fe与不断补充过来的HCI、Cl2的反应一直持续进行，而且反应速率随着反应温度的升高而加快。
2、HCI高温腐蚀的危害
HCI高温腐蚀的危害之一就是严重地阻碍了垃圾电站发电效率的提高。HCI对金属的高温腐蚀主要发生在两个区域：（a）300一480℃区域（弱腐蚀发生域，生成氯化铁、碱性铁硫酸盐等区域）；（b）550一700℃区域（强腐蚀发生域，氯化铁氧化及碱性铁硫酸盐分解区城）。过热器传热管金属表面温度为内部蒸汽温度+5一20℃左右，所以为了要防止腐蚀，蒸汽温度区域上限为400℃左右，致使发电效率只有20%左右。HCI气体对焚烧炉的焚烧设备本体及传热面都有着很强的腐蚀作用，根据经验表明，未采取有效保护措施的过热器金属的腐蚀速率达到1mm/y以上，严重的威胁到过热器管的安全运行，是导致过热器爆管停炉的主要原因。
五、抗HCI高温腐蚀的预防措施
有关烟气中由于HCI而产生金属高温腐蚀问题，若按一般性的看法进行整理，可归纳如下3点：
（a）腐蚀速度随烟气中HCI浓度的增加而增大
（b）腐蚀的程度与管壁温度有很大的关联（管壁温度越高腐蚀越剧烈）。
（c）采用抗腐蚀性的金属，可以防治HCI腐蚀危害
在目前的情况下，抗HCI高温腐蚀采用的措施主要有以下几个方面的措施：1.减少HCI的生成量；2.降低管壁温度；3.过热器段采用新型的耐高温腐蚀材料。这几种方法分别对应上述的几个特点而制定的。 1、减少HCI的生成量
进行垃圾分类预处理。分拣出塑料成份，降低含氯物质，生成的HCI气体含量就比较低，从一定程度上可以降低HCI腐蚀。
焚烧炉内加添加剂。在焚烧炉内添加生石灰、石灰石等物质，吸收腐蚀性气体HCI，降低高温区域腐蚀性气体浓度，从而缓解高温腐蚀外，还能形成高熔点复合物。
2、降低管壁温度
管壁壁温对腐蚀有相当大的影响（温度越高腐蚀越剧烈）。所以降低管壁温度为抗HCI高温腐蚀的有效措施之一。具体的方法有：
（1）严格限制锅炉过热器区域入口烟温。过热器因高温腐蚀爆管，占垃圾锅炉汽水系统事故频率首位，烟气温度过高是重要原因。因燃料构成不同，尽管电站锅炉烟温更高，高温腐蚀不是主要防范因素，过热器材质主要选择耐高温合金钢，其过热器正常腐蚀限度小于0.lmm/a。而垃圾锅炉过热器腐蚀速度通常大于0.3mm/a，若不采取防范措施，其腐蚀速度会大于1mm/a。因而炉排型垃圾锅炉过热器大多数布置在第三烟道，入口端烟温控制在650℃以下，必要时亦可在过热器入口端烟道再布置一段蒸发器，可有效解决该区域烟温过高问题。
（2）严格控制过热器管壁温度，是有效防止过热器发生高温腐蚀措施之一。合理计算过热器受热面，锅炉减温水流量调节精确、可靠，调节范围尽可能工作在线性区：根据垃圾不同组分变化，炉排炉选择合适料位和配风，尽量稳定炉温，避免过热器管壁超温。过热器设计应避免选用鳍片型过热器结构， 而采用光管结构，适度富裕量，以减少管壁表面拈污几率。
3、过热器段采用新型的耐高温腐蚀材料
过热器全部或高温段采用新型耐高温腐蚀材料，可有效延长过热器使用寿命。
（1）.采用耐腐蚀高温合金钢。垃圾炉中的高温腐蚀以CI为主。耐CI腐蚀的高温合金钢材料价格较贵，选用这类材料必须权衡材料消耗费用和使用寿命的得失，进行经济评价，以选择经济性最佳的防腐方案。
（2）.热喷涂耐腐蚀金属涂层。用于防腐的金属涂层能够在管道与腐蚀介质之间形成障碍层，从而起到保护作用，涂层在保护管道的同时自身会慢慢被腐蚀。
四、结论
垃圾焚烧炉在焚烧垃圾的过程中由于垃圾中含有塑料等含氯物质，经焚烧后生成了HCl和SO2等酸性气体，这些酸性气体在高温下对金属产生了强烈的腐蚀，腐蚀速率与温度正相关，是导致垃圾焚烧炉过热器爆管的主要原因。在实践中可通过垃圾分类减少塑料含量、焚烧中加入石灰等措施减少酸性气体的生成。在运行中可通过采取优化设计、加强运行参数调整等手段减缓高温腐蚀，达到提高过热器寿命及安全性的目的。
参考文献
1陈杰，屠梅曾，熊纬.，化腐朽为神奇—城市生活垃圾的资源化，科学学与科学技术管理，2002，23（9）：70一72
2祝学礼，徐文龙，我国固体废物污染与无害化处理技术，卫生研究，2002，31（4）：331一332
3宋亚芝，我国城市垃圾现状与处理对策，煤炭工程，2002（3）：42一43
4魏小林，田文栋等，城市固体废弃物的预处理系统研究，城市环境与城市生态，2000，13（5）：24一26
5董保澎，我国工业固体废弃物现状与处理对策，中国环保产业，2001（5）：20一21
关键词：垃圾焚烧炉；高温过热器管腐蚀；措施
作者简介：郑春雄（1973-），男，汉族，广东省汕头市人，热能动力工程专业工程师，深圳粤能环保再生能源有限公司总工程师。
一、垃圾焚烧发电工艺原理
垃圾焚烧发电是将垃圾放在焚烧炉中进行燃烧，释放出热能，余热回收加热给水变成蒸汽，蒸汽在汽轮机中推动汽轮发电机旋转做功，将蒸汽的热能转化为电能，释放热能后的烟气经净化系统处理后排放，从而将垃圾由“废物”变为可利用的“资源”。随着各种炉型技术的实践应用广泛开展，炉排式垃圾焚烧炉以适应性强，处理比较彻底的优势正成为目前国内垃圾焚烧的主流工艺。随着技术的不断的提高和发展，我国焚烧炉的垃圾处理容量也不断的提高，从初期的150t/d提高到现在的750t/d，规模日趋增大。
二、垃圾焚烧发电的特点
一般来说，垃圾经焚烧处理后残余的固体废物约占20%（炉渣约占15%，飞灰约占5%），考虑炉渣的综合利用因素，减量化效果更为显著。这相比于垃圾填埋处理要永久性占用土地来说节约了大量的土地资源。垃圾中的可燃物在焚烧中基本上变为了可利用的热能。根据城市发展程度及地理位置、生活习惯不同，垃圾的热值有所不同，一般用于焚烧的垃圾要求低位热值大于4180KJ/Kg，垃圾发电量一般在250kwh/t以上（随热值的提高而增加）。另外，由于垃圾焚烧后的尾气经过了严格的净化处理，因此对环境的污染被控制到了最低。因此，垃圾焚烧处理的特点是处理量大、减量效果好、无害化彻底，且有热能回收作用，是真正实现垃圾处理的“无害化、资源化、减量化”的技术手段。因此，对生活垃圾实行焚烧处理是无害化、减量化和资源化的有效处理方式，世界各国普遍采用这种垃圾处理技术，是目前解决城市垃圾围城问题最为有效的手段。
三、垃圾焚烧存在的问题
由于垃圾焚烧处理具有“无害化、资源化、减量化”的特点，因此近十年来在国内得到快速的发展，但是由于我国目前各垃圾焚烧厂所焚烧的垃圾均是未进行过分类的垃圾，其组成成份相当复杂，既有可燃的塑料、木材、纸屑等，也有不可燃砖头、瓦砾、金属等。经过焚烧处理后，生成的烟气中含有HCI、NOx、SO2等酸性气体，烟气中所含的灰分性质也比较粘，很容易粘附在受热面管子表面，降低换热效果，造成烟气温度偏高。这些酸性气体不仅对大气造成很大的污染，而且成为垃圾焚烧炉中致使高温腐蚀出现的主要因素。在焚烧炉烟气中含有浓度较高的HCl，对铁及铁化合物等均有腐蚀作用。已有多篇文献指出氯化氢气体对焚烧炉的焚烧设备本体有着很强的腐蚀作用。生活垃圾焚烧锅炉与传统的燃煤、燃油锅炉相比较，其金属受热面因腐蚀导致事故频率要高很多，占其汽水系统事故频率第一位。
出于发电效益要求，目前垃圾焚烧锅炉工质已从低参数饱和蒸汽向中温中压过热蒸汽参数过渡，这更加剧了高温腐蚀的发生。因此，垃圾锅炉既要满足发电工质参数要求，又要避免工质过热段金属受热面超温，产生高温腐蚀现象，认真探讨垃圾锅炉腐蚀成因并研究其防范对策，对垃圾焚烧锅炉和整个电厂的安全运行，具有重要意义。
四、HCI高温腐蚀现象分析及危害
1、HCI高温腐蚀过程
气相腐蚀反应可以是由不同的含氯物质引起的，最普遍的是HCI和C12，前者是烟气中的主要含氯物质，气相的HCI或CI离子的存在会增大过热器金属的腐蚀率，在氧化环境中这种现象常被称为活性氧化。普遍认为氯化物会引起正常情况下起保护作用的表面氧化物的损坏。关于HCI、Cl2腐蚀的简要过程过程及机理如下：
（1）、2Fe+3Cl2=2FeCl3或2Fe+6HCl=2FeCl3+3H2；
（2）、4FeCl3+3O2=2Fe2O3+6Cl2
（3）、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
由于Fe与Cl2反应生成的中间产物FeCl2在高温下为气态，而FeCl3的熔点比较低，且易挥发，因此不断随烟气被带走，裸露出来的Fe与不断补充过来的HCI、Cl2的反应一直持续进行，而且反应速率随着反应温度的升高而加快。
2、HCI高温腐蚀的危害
HCI高温腐蚀的危害之一就是严重地阻碍了垃圾电站发电效率的提高。HCI对金属的高温腐蚀主要发生在两个区域：（a）300一480℃区域（弱腐蚀发生域，生成氯化铁、碱性铁硫酸盐等区域）；（b）550一700℃区域（强腐蚀发生域，氯化铁氧化及碱性铁硫酸盐分解区城）。过热器传热管金属表面温度为内部蒸汽温度+5一20℃左右，所以为了要防止腐蚀，蒸汽温度区域上限为400℃左右，致使发电效率只有20%左右。HCI气体对焚烧炉的焚烧设备本体及传热面都有着很强的腐蚀作用，根据经验表明，未采取有效保护措施的过热器金属的腐蚀速率达到1mm/y以上，严重的威胁到过热器管的安全运行，是导致过热器爆管停炉的主要原因。
五、抗HCI高温腐蚀的预防措施
有关烟气中由于HCI而产生金属高温腐蚀问题，若按一般性的看法进行整理，可归纳如下3点：
（a）腐蚀速度随烟气中HCI浓度的增加而增大
（b）腐蚀的程度与管壁温度有很大的关联（管壁温度越高腐蚀越剧烈）。
（c）采用抗腐蚀性的金属，可以防治HCI腐蚀危害
在目前的情况下，抗HCI高温腐蚀采用的措施主要有以下几个方面的措施：1.减少HCI的生成量；2.降低管壁温度；3.过热器段采用新型的耐高温腐蚀材料。这几种方法分别对应上述的几个特点而制定的。 1、减少HCI的生成量
进行垃圾分类预处理。分拣出塑料成份，降低含氯物质，生成的HCI气体含量就比较低，从一定程度上可以降低HCI腐蚀。
焚烧炉内加添加剂。在焚烧炉内添加生石灰、石灰石等物质，吸收腐蚀性气体HCI，降低高温区域腐蚀性气体浓度，从而缓解高温腐蚀外，还能形成高熔点复合物。
2、降低管壁温度
管壁壁温对腐蚀有相当大的影响（温度越高腐蚀越剧烈）。所以降低管壁温度为抗HCI高温腐蚀的有效措施之一。具体的方法有：
（1）严格限制锅炉过热器区域入口烟温。过热器因高温腐蚀爆管，占垃圾锅炉汽水系统事故频率首位，烟气温度过高是重要原因。因燃料构成不同，尽管电站锅炉烟温更高，高温腐蚀不是主要防范因素，过热器材质主要选择耐高温合金钢，其过热器正常腐蚀限度小于0.lmm/a。而垃圾锅炉过热器腐蚀速度通常大于0.3mm/a，若不采取防范措施，其腐蚀速度会大于1mm/a。因而炉排型垃圾锅炉过热器大多数布置在第三烟道，入口端烟温控制在650℃以下，必要时亦可在过热器入口端烟道再布置一段蒸发器，可有效解决该区域烟温过高问题。
（2）严格控制过热器管壁温度，是有效防止过热器发生高温腐蚀措施之一。合理计算过热器受热面，锅炉减温水流量调节精确、可靠，调节范围尽可能工作在线性区：根据垃圾不同组分变化，炉排炉选择合适料位和配风，尽量稳定炉温，避免过热器管壁超温。过热器设计应避免选用鳍片型过热器结构， 而采用光管结构，适度富裕量，以减少管壁表面拈污几率。
3、过热器段采用新型的耐高温腐蚀材料
过热器全部或高温段采用新型耐高温腐蚀材料，可有效延长过热器使用寿命。
（1）.采用耐腐蚀高温合金钢。垃圾炉中的高温腐蚀以CI为主。耐CI腐蚀的高温合金钢材料价格较贵，选用这类材料必须权衡材料消耗费用和使用寿命的得失，进行经济评价，以选择经济性最佳的防腐方案。
（2）.热喷涂耐腐蚀金属涂层。用于防腐的金属涂层能够在管道与腐蚀介质之间形成障碍层，从而起到保护作用，涂层在保护管道的同时自身会慢慢被腐蚀。
四、结论
垃圾焚烧炉在焚烧垃圾的过程中由于垃圾中含有塑料等含氯物质，经焚烧后生成了HCl和SO2等酸性气体，这些酸性气体在高温下对金属产生了强烈的腐蚀，腐蚀速率与温度正相关，是导致垃圾焚烧炉过热器爆管的主要原因。在实践中可通过垃圾分类减少塑料含量、焚烧中加入石灰等措施减少酸性气体的生成。在运行中可通过采取优化设计、加强运行参数调整等手段减缓高温腐蚀，达到提高过热器寿命及安全性的目的。
参考文献
1陈杰，屠梅曾，熊纬.，化腐朽为神奇—城市生活垃圾的资源化，科学学与科学技术管理，2002，23（9）：70一72
2祝学礼，徐文龙，我国固体废物污染与无害化处理技术，卫生研究，2002，31（4）：331一332
3宋亚芝，我国城市垃圾现状与处理对策，煤炭工程，2002（3）：42一43
4魏小林，田文栋等，城市固体废弃物的预处理系统研究，城市环境与城市生态，2000，13（5）：24一26
5董保澎，我国工业固体废弃物现状与处理对策，中国环保产业，2001（5）：20一21