城市生活垃圾焚燒爐受熱面腐蝕預(yù)測

1、城市生活垃圾燃燒爐受熱面腐蝕推測腐蝕機(jī)理鍋爐受熱面煙氣側(cè)的腐蝕,依據(jù)發(fā)生腐蝕區(qū)域的煙溫凹凸,可分為高溫腐蝕和的外部腐蝕;低溫腐蝕主要是指空氣預(yù)熱器冷端的腐蝕或無空氣預(yù)熱器的低壓鍋爐的省煤器腐蝕。高溫腐蝕機(jī)理煙氣中大量腐蝕性酸性氣體在高300下對鍋爐過熱器爐排等產(chǎn)生腐蝕作用統(tǒng)稱為高溫腐蝕高溫腐蝕又細(xì)分為氣體腐蝕和鹽腐蝕垃圾燃燒鍋爐傳熱管的高溫腐蝕如圖4-14所示。化氫與金屬離子作用而形成硫化鐵和氯化鐵，使金屬材料失去氧化保護(hù)層而腐蝕。、K2O 等金屬氧化物反響產(chǎn)生氯化氫和硫酸鹽，前者之間生成，當(dāng)溫度增加到 480700之間時又會分解，這樣不斷循環(huán)反響產(chǎn)生金屬腐蝕。積灰S2O+O2+H2OO2Na

2、ClHClNa2OCl2 Na2SO4FeCl3FeSO2+O2SO3+O2FeO2FeCl2Fe2O3腐蝕產(chǎn)物管子金屬Na2S2O7FeO2FeSFeOFe2O34-14 垃圾燃燒鍋爐傳熱管的高溫腐蝕燃燒鍋爐過熱器的高溫腐蝕蝕，以及焦硫酸鹽和堿金屬對管壁的熔鹽腐蝕。管壁溫度對腐蝕的影響很大,是影響腐蝕的最重要的因素之一。對燃煤燃油鍋爐的腐蝕爭辯覺察,在300500范圍內(nèi),管壁外外表溫度每上升50,腐蝕程度則增加一倍。在垃圾燃燒爐中由于燃料含Cl成分高,與燃煤燃油鍋爐相比燃燒過程生成了更多的低熔點(diǎn)熔鹽腐蝕物質(zhì),腐蝕程度隨溫度的變化更加猛烈,這也正是垃圾爐必需降低過熱器蒸汽溫度的緣由。當(dāng)煙氣具有

3、肯定高溫時770以上，煙氣中熔融的R2ORCRN K等堿金屬SO3 以及水蒸汽反響。R OSO2 R SO244-92RCl SO3H OR SO222HCl 4-10 R2SO4 在過熱器管壁溫度范圍內(nèi)溫度不斷上升。R SO24SO3 R S O2274-11硫化酸鹽與氧化膜反響如下：3R S O Fe O 2R FeSO 2272334 33Na SO Fe O 3SO2Na FeSO 4-124-13242334 3R3Fe(SO4)3 對管壁無保護(hù)作用，于是管壁金屬再次氧化，連續(xù)向深層進(jìn)一步腐蝕。實(shí)踐已證明，當(dāng)管壁溫度到達(dá) 670680時，這種腐蝕速度到達(dá)最頂峰。 Cl2會加速過熱器合

4、金的腐蝕率。HCl 和/Cl2 與金屬產(chǎn)生下述反響：M(s)+Cl2(g)MCl2(s)4-14M(s)+2HCl(g)MCl2+H2(g)4-15MCl2(s)MCl2(g)4-16。的金屬氧化物，致使金屬氧化物層疏松。3MCl2(g)+2O2(g)M3O4(s)+3Cl2(g)4-172MCl2(g)+3/2O2(g)M2O3(s)+2Cl2(g)4-18如下反響：M(s)+Cl2(g)4-19-MCl2(s)腐蝕率猛烈依靠于溫度，由于受金屬氯化物的揮發(fā)把握。當(dāng)溫度低于500時，腐蝕與時間呈拋物線關(guān)系，由于氧化鐵保護(hù)層在金屬外表形成。在高溫下80，可怕的腐蝕在 100%HCl 下只有在到達(dá)

5、金屬氧化物的熔點(diǎn)后才會發(fā)HCl對鐵的腐蝕率在復(fù)原性氣氛下，由于保護(hù)性的氧化膜的消逝而上升。 500ppmvNaCl 850時發(fā)生以下反響Cr23(s)+4NaCl(g)+5/22(g2Na2Cr4(s.l)+2C24-2Cr(s)+2NaCl(g)+22(g)Na2Cr4(s.l)+C2(g)4-2NaCl 氣體在過熱器金屬管中的沉積影響，導(dǎo)致合金中總的腐蝕深度在高于 NaCl 時高溫腐30120 倍。腐蝕供給了必要條件。因此在設(shè)計上應(yīng)實(shí)行以下方式以防止高溫腐蝕： 把握金屬材料溫度和過熱器煙道內(nèi)煙氣溫度。對大型城市生活垃圾燃燒氣溫度把握在適當(dāng)溫度700630以下，同時宜在 承受抗高溫腐蝕的材料

6、。當(dāng)過熱器壁面溫度超過 450時高溫腐蝕狀況Inconel625合金包覆過熱,以及垃圾燃燒時,由于時間和空間上產(chǎn)生的不均勻性,均導(dǎo)致?lián)Q熱面管壁溫產(chǎn)生波動現(xiàn)象,另外由于換熱管所處的空間位置不同,造成壁面不同的積灰狀況,都會使過熱器管壁局部產(chǎn)生過熱狀況,產(chǎn)生局部腐蝕。因此垃圾燃燒時更要留意燃燒熱量及溫度的均勻性,減輕局部腐蝕狀況。致不同的腐蝕行為。復(fù)原性氣氛下,SHS2SO2SO3形式進(jìn)展腐蝕。試驗(yàn)說明,對 S 腐蝕而言,復(fù)原性介質(zhì)要比氧化性介質(zhì)更具有腐蝕性。過熱器承受碳鋼,工作溫度在 500狀況下,H S 的腐蝕量大約2SO210(12Cr1MoV)狀況有所改善,同樣500H2S0.02%0.0

7、7%時,煙氣的腐蝕性是同等條件24水冷壁的高溫腐蝕的條件。SO3H2S H2S 對管壁的腐蝕在壁溫300硫化物、氯化物等比一般礦物燃料高得多；爐內(nèi)煙氣中消滅的HCl濃度也較高，HCl 會嚴(yán)峻破壞管壁氧化膜，使管壁直承受到HCl H2S 腐蝕而加速腐蝕速度。 消滅以下反響：3FeOCOC Fe C CO4-2232Fe C 3FeC4-233爭辯已說明，當(dāng)燃料成分中氯含量0.35%時，腐蝕傾向?qū)⒑芨?。FeCl2 的汽化點(diǎn)很低，生成后即速揮發(fā)盡，使管壁直接暴露于煙氣而進(jìn)一步腐蝕下去。爐排的特點(diǎn)，不行避開地會消滅間隔性復(fù)原性氣氛，并且的溫度壁溫區(qū)域，腐蝕就會很快消滅并連續(xù)下去。鍋爐水冷壁壁面的煙溫高

8、達(dá) 1000，管內(nèi)水的工作溫度在 360存在溫度梯度，其最表層溫度在(450650)之間。當(dāng)掩蓋于管壁外外表的硫酸-氧化 2 種型式。 熱后發(fā)生分解：FeS2FeS+S，而后，S FeS，F(xiàn)eS 再繼得格外快速。350是高壓鍋爐水冷壁管壁溫范圍，因此相當(dāng)數(shù)量的高壓鍋爐們的水冷壁管壁溫在 255左右。FeS2 SO2 和SO3。水冷壁管溫度Fe2O3 Na2O K2O SO3 NaSO4 有粘性，它可捕集灰粒粘結(jié)成灰層，于是灰外表溫SO2 穿透上述灰渣層,在灰層內(nèi)發(fā)生以下反響：3M2SO4+Fe2O3+3SO32M3Fe(SO4)34-24 腐蝕過程。硫及其化合物的影響H2S 腐蝕HS，而不是S

9、O,HSC、222COFeO 保護(hù)膜,并能對外表析鐵進(jìn)展氧的獲奪:2 3Fe O232HS C 2FeS 2H2OCO4-252Fe O232HS CO 2FeS 2H2OCO224-26FeH S FeS H4-27223224mW168 500時，12Cr1MoV W 3224mW16854)3.mW2100.0000.020.040.060.080.10300400500600700800H S(%)t )圖4-15 H2S濃度對腐蝕速度的影響 37圖4-16 煙氣中H2S為0.12-0.16%時腐蝕速度和壁溫關(guān)系37t圖 4-16 是 H2S 濃度為 0.12%0.16%時腐蝕速度和壁

10、溫的關(guān)系材料為12Cr1Mo。由圖可見，腐蝕速度和壁溫成指數(shù)關(guān)系。當(dāng)壁溫低于300蝕速度很慢或不腐蝕，而壁溫在 400500的范圍內(nèi)，假設(shè)壁溫提高 50，腐蝕t速度將提高一倍。硫酸鹽腐蝕Na、K 類硫酸鹽破壞保護(hù)膜以粘態(tài)積于管壁，并捕獲煙氣成分。其生成和循環(huán)破壞過程如下：Na OSO2 Na SO244-282NaCl SO3H O Na SO222HCl4-292NaCl SO O22 Na SO2Cl24-304NaCl 2H4-31O 2SO O22 2Na SO24HCl3Na SO Fe O 3SO 2Na FeSO 2423334 34-322Na FeSO 34 34-333Na

11、 SO Fe O 3SO24233Na SO2SO3 Na S O2274-343Na S O Fe O2Na FeSO 2272334 34-356)mm14-0度速蝕腐1(220500600700800 K 類硫酸鹽的腐蝕反響同 Na 類硫酸鹽的腐蝕稍有不同之處是，6)mm14-0度速蝕腐1(220500600700800 結(jié)垢結(jié)垢氧化物灰金屬汽水混合物熱負(fù)荷400kW/m2熱負(fù)荷圖4-17 經(jīng)過水冷壁管和積灰層的溫度梯度 酸鹽的腐蝕速度371當(dāng)存在有熔融硫酸鹽時T22 鋼的腐蝕曲線，2僅有硫酸鹽氣態(tài)下的腐蝕曲線 4-17 即煙氣中心溫度高于管壁溫度時，硫酸鹽由煙5.5%，而在沒有溫度梯度

12、的狀況下，其濃度應(yīng)當(dāng)是均勻的。多，見圖 4-18。從圖中可見，當(dāng)溫度在680時，熔融硫酸鹽的腐蝕速度要比氣4 倍左右。硫氧化物腐蝕SO3 的高溫腐蝕除了上述與硫酸鹽類的共同作用外，SO2、SO3 還能產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，2SO O22 2SO34-36SO 2e SO3O24-37MeMen ne4-38HSHSSO22132410080)%60O2S+ 403S=20108.g/m6g蝕腐 420200300400500600700t ()0300350400450500550600t()圖4-19 灰沉積物對生成SO3 的催化作用37圖4-20 碳鋼在SO2 作用下腐蝕與溫度的關(guān)系371平衡濃

13、度，2Fe2O3，3V2O5和過熱器壁灰，4V2O4:Na2SO4:CaSO4=1:1:1當(dāng)高溫?zé)煔饬鬟^帶灰的對流受熱面時，由于灰中的 V2O5 和 Fe2O3 的催化作用，使煙氣中的 SO2 轉(zhuǎn)化為 SO3。由圖 4-15 可看出，V2O5 和過熱器灰沉積物的SO3 的轉(zhuǎn)化率最高已接近化學(xué)平衡點(diǎn)，而且最高點(diǎn)往低溫方向移動。催化作用的主要溫度范圍為 425-625，在 550到達(dá)最化作用；限制管壁溫度，使tw 不大于 550；盡可能削減爐內(nèi)及過熱器區(qū)域內(nèi)的漏風(fēng)。4-20 所示的是碳鋼在 H2S SO2 作用下腐蝕量與溫度的關(guān)系。從圖中可知，H2S 作用時，腐蝕速度與壁溫成指數(shù)關(guān)系，在圖4-15

14、 中已分析。SO2 作用時50腐蝕量則急劇增大。硫化物腐蝕即水冷壁的工作溫度范圍，當(dāng)含硫量較高時，Na2S、K2S、FeS 等較多地存在于金屬外表灰層，其形成和腐蝕如下：Na SO24CO Na SO23CO24-396N SO23 4Na SO22Na2S O24-40Na S FeO FeS Na O224-41 FeS Fe3O4，從而使腐蝕進(jìn)一步進(jìn)展。氯及其化合物的影響氯氣腐蝕氯氣(Cl2)是一種較強(qiáng)的腐蝕性氣體，它與金屬及保護(hù)膜Cr2O3 的反響如下：2Fe3Cl2 2FeCl3 4ClO4CrO Cl4-424-43232222FeCl3 282，易揮發(fā)。圖4-21 給出了金屬年腐

15、蝕量(mm/a)與Cl2 狀態(tài)(干、濕)及壁溫的關(guān)系(參考文獻(xiàn)26)。濕Cl2干濕Cl2干Cl2with 5010HClwithoutHCl)h 1.5a/mm(率蝕損1.0腐耗屬度金厚0.5管0.00100200300400500600溫度/溫度()圖4-21 氯氣腐蝕特性26圖4-22 管子厚度耗損率與溫度的關(guān)系42如上述垃圾燃燒爐煙氣中含較多水分，Cl2 腐蝕更易發(fā)生。氯化氫腐蝕 Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3 均有腐蝕作用：Fe2HCl FeClH224-44FeO 2HCl FeCl2H O4-452Fe O232HCl CO FeOFeCl2H OCO224-46

16、Fe O 2HCl CO 2FeOFeClH OCO4-4734222Cr O 4HCl H2CrClO4-4823222上述反響在 400-600范圍內(nèi)最為活潑。隨著煙氣中的氯化氫的體積濃度增高，管壁金屬的腐蝕狀況也越來越厲害。爭辯已說明，當(dāng)燃料成分中氯含量20.35%時，腐蝕傾向?qū)⒑芨?。FeCl 的汽化點(diǎn)很低，生成后即速揮發(fā)盡，使管壁22233 2.0%時，F(xiàn)e O Fe O 223322因此，HCl 對管壁金屬腐蝕的機(jī)理是：HCl 的存在使管壁的氧化膜受到嚴(yán)峻破壞，所生成的FeCl 汽化點(diǎn)又很低，隨即揮發(fā)殆盡，從而使管壁金屬直接承受HCl H S 也能到達(dá)金屬外表，加速管壁金屬的腐蝕速度

17、。22HCl 加劇埋管的材料織和化學(xué)組成進(jìn)展分析，認(rèn)為 HCl 對耗損率的影響主要在于它促進(jìn)氧化并降低氧化膜的粘附性。圖 4-22 示出耗損極值與溫度的關(guān)系，在 200以下 HCl 的導(dǎo)入僅稍提高該值，但此后隨溫度劇增。在 400時增達(dá) 15 倍之多。緣由是在 HCl 條件下試樣走，并再生的那些部位。當(dāng)有 HCl 時帶走氧化膜的過程更易進(jìn)展而再生速率將增加，結(jié)果導(dǎo)致耗損率自然上升。氯、硫化合物共同作用2當(dāng)氯化物與硫的氧化物共存時，在有 H O、O 存在的條件下，可加速腐蝕性物質(zhì)硫酸鹽、HCl、Cl222NaCl SO3H O Na SO222HCl4-492NaCl SO O22 Na SO2

18、Cl24-50復(fù)原性氣氛的影響222在復(fù)原性氣氛下，S H SSO 。同時，C 的氧化也易較多地CO。H S 的高溫腐蝕反響上已述及。CO 400600下，與Fe O 2223Fe O CO 2Fe O CO4-5123342Fe O CO 3FeOCO4-523423FeO 3CO C Fe C 3CO324-53Fe C 3FeC4-543SOxHCL 等氣體與水蒸汽形成的酸性化合露點(diǎn)時就可能分散引起腐蝕，故稱之為HCl 的露點(diǎn)在2760，硫酸露點(diǎn)在 110150之間，通常腐蝕狀況在酸性氣體露點(diǎn)溫度以2050最為嚴(yán)峻。低溫腐蝕簡潔發(fā)生在鍋爐后部煙氣溫度較低的煙氣空氣以超過酸性氣體的露點(diǎn)可防

19、止省煤器低溫腐蝕的發(fā)生。4-29 所示，當(dāng)金屬壁溫15的是蒸汽式空氣預(yù)熱器，不存在低溫腐蝕。 H2O 又較大，不但為酸的形成制造了條件，屬壁溫略高于一般燃煤爐煙氣的酸露點(diǎn)溫度。SO3 的形成有以下三種途徑：第一，在爐膛高溫作用下,局部氧分子分解離散成原子狀態(tài)，原子氧將SO2 SO3；其次,煙氣流過對流受熱面時，SO2 在鋼管外表的氧化鐵膜Fe2O3 SO3；第三，燃煤中的硫酸鹽在燃燒時會分解出一局部SO3。同時,影響 SO3 生成量的因素如下：SO2 SO3 的根本條件。所以，過量空氣系數(shù)越大,過剩氧越多，SO3 1.05 時，煙氣中SO3 生成量顯著削減，其含量接近或小于危害濃度。燃燒工況。燃燒工況會影響火焰中心和火焰末端溫度。假設(shè)中心溫度高，原子氧的含量就高，因此生成的SO3多；