城市生活垃圾焚烧炉受热面腐蚀预测

1、城市生活垃圾燃烧炉受热面腐蚀推测腐蚀机理锅炉受热面烟气侧的腐蚀,依据发生腐蚀区域的烟温凹凸,可分为高温腐蚀和的外部腐蚀;低温腐蚀主要是指空气预热器冷端的腐蚀或无空气预热器的低压锅炉的省煤器腐蚀。高温腐蚀机理烟气中大量腐蚀性酸性气体在高300下对锅炉过热器炉排等产生腐蚀作用统称为高温腐蚀高温腐蚀又细分为气体腐蚀和盐腐蚀垃圾燃烧锅炉传热管的高温腐蚀如图4-14所示。化氢与金属离子作用而形成硫化铁和氯化铁，使金属材料失去氧化保护层而腐蚀。、K2O 等金属氧化物反响产生氯化氢和硫酸盐，前者之间生成，当温度增加到 480700之间时又会分解，这样不断循环反响产生金属腐蚀。积灰S2O+O2+H2OO2Na

2、ClHClNa2OCl2 Na2SO4FeCl3FeSO2+O2SO3+O2FeO2FeCl2Fe2O3腐蚀产物管子金属Na2S2O7FeO2FeSFeOFe2O34-14 垃圾燃烧锅炉传热管的高温腐蚀燃烧锅炉过热器的高温腐蚀蚀，以及焦硫酸盐和碱金属对管壁的熔盐腐蚀。管壁温度对腐蚀的影响很大,是影响腐蚀的最重要的因素之一。对燃煤燃油锅炉的腐蚀争辩觉察,在300500范围内,管壁外外表温度每上升50,腐蚀程度则增加一倍。在垃圾燃烧炉中由于燃料含Cl成分高,与燃煤燃油锅炉相比燃烧过程生成了更多的低熔点熔盐腐蚀物质,腐蚀程度随温度的变化更加猛烈,这也正是垃圾炉必需降低过热器蒸汽温度的缘由。当烟气具有

3、肯定高温时770以上，烟气中熔融的R2ORCRN K等碱金属SO3 以及水蒸汽反响。R OSO2 R SO244-92RCl SO3H OR SO222HCl 4-10 R2SO4 在过热器管壁温度范围内温度不断上升。R SO24SO3 R S O2274-11硫化酸盐与氧化膜反响如下：3R S O Fe O 2R FeSO 2272334 33Na SO Fe O 3SO2Na FeSO 4-124-13242334 3R3Fe(SO4)3 对管壁无保护作用，于是管壁金属再次氧化，连续向深层进一步腐蚀。实践已证明，当管壁温度到达 670680时，这种腐蚀速度到达最顶峰。 Cl2会加速过热器合

4、金的腐蚀率。HCl 和/Cl2 与金属产生下述反响：M(s)+Cl2(g)MCl2(s)4-14M(s)+2HCl(g)MCl2+H2(g)4-15MCl2(s)MCl2(g)4-16。的金属氧化物，致使金属氧化物层疏松。3MCl2(g)+2O2(g)M3O4(s)+3Cl2(g)4-172MCl2(g)+3/2O2(g)M2O3(s)+2Cl2(g)4-18如下反响：M(s)+Cl2(g)4-19-MCl2(s)腐蚀率猛烈依靠于温度，由于受金属氯化物的挥发把握。当温度低于500时，腐蚀与时间呈抛物线关系，由于氧化铁保护层在金属外表形成。在高温下80，可怕的腐蚀在 100%HCl 下只有在到达

5、金属氧化物的熔点后才会发HCl对铁的腐蚀率在复原性气氛下，由于保护性的氧化膜的消逝而上升。 500ppmvNaCl 850时发生以下反响Cr23(s)+4NaCl(g)+5/22(g2Na2Cr4(s.l)+2C24-2Cr(s)+2NaCl(g)+22(g)Na2Cr4(s.l)+C2(g)4-2NaCl 气体在过热器金属管中的沉积影响，导致合金中总的腐蚀深度在高于 NaCl 时高温腐30120 倍。腐蚀供给了必要条件。因此在设计上应实行以下方式以防止高温腐蚀： 把握金属材料温度和过热器烟道内烟气温度。对大型城市生活垃圾燃烧气温度把握在适当温度700630以下，同时宜在 承受抗高温腐蚀的材料

6、。当过热器壁面温度超过 450时高温腐蚀状况Inconel625合金包覆过热,以及垃圾燃烧时,由于时间和空间上产生的不均匀性,均导致换热面管壁温产生波动现象,另外由于换热管所处的空间位置不同,造成壁面不同的积灰状况,都会使过热器管壁局部产生过热状况,产生局部腐蚀。因此垃圾燃烧时更要留意燃烧热量及温度的均匀性,减轻局部腐蚀状况。致不同的腐蚀行为。复原性气氛下,SHS2SO2SO3形式进展腐蚀。试验说明,对 S 腐蚀而言,复原性介质要比氧化性介质更具有腐蚀性。过热器承受碳钢,工作温度在 500状况下,H S 的腐蚀量大约2SO210(12Cr1MoV)状况有所改善,同样500H2S0.02%0.0

7、7%时,烟气的腐蚀性是同等条件24水冷壁的高温腐蚀的条件。SO3H2S H2S 对管壁的腐蚀在壁温300硫化物、氯化物等比一般矿物燃料高得多；炉内烟气中消灭的HCl浓度也较高，HCl 会严峻破坏管壁氧化膜，使管壁直承受到HCl H2S 腐蚀而加速腐蚀速度。 消灭以下反响：3FeOCOC Fe C CO4-2232Fe C 3FeC4-233争辩已说明，当燃料成分中氯含量0.35%时，腐蚀倾向将很高。FeCl2 的汽化点很低，生成后即速挥发尽，使管壁直接暴露于烟气而进一步腐蚀下去。炉排的特点，不行避开地会消灭间隔性复原性气氛，并且的温度壁温区域，腐蚀就会很快消灭并连续下去。锅炉水冷壁壁面的烟温高

8、达 1000，管内水的工作温度在 360存在温度梯度，其最表层温度在(450650)之间。当掩盖于管壁外外表的硫酸-氧化 2 种型式。 热后发生分解：FeS2FeS+S，而后，S FeS，FeS 再继得格外快速。350是高压锅炉水冷壁管壁温范围，因此相当数量的高压锅炉们的水冷壁管壁温在 255左右。FeS2 SO2 和SO3。水冷壁管温度Fe2O3 Na2O K2O SO3 NaSO4 有粘性，它可捕集灰粒粘结成灰层，于是灰外表温SO2 穿透上述灰渣层,在灰层内发生以下反响：3M2SO4+Fe2O3+3SO32M3Fe(SO4)34-24 腐蚀过程。硫及其化合物的影响H2S 腐蚀HS，而不是S

9、O,HSC、222COFeO 保护膜,并能对外表析铁进展氧的获夺:2 3Fe O232HS C 2FeS 2H2OCO4-252Fe O232HS CO 2FeS 2H2OCO224-26FeH S FeS H4-27223224mW168 500时，12Cr1MoV W 3224mW16854)3.mW2100.0000.020.040.060.080.10300400500600700800H S(%)t )图4-15 H2S浓度对腐蚀速度的影响 37图4-16 烟气中H2S为0.12-0.16%时腐蚀速度和壁温关系37t图 4-16 是 H2S 浓度为 0.12%0.16%时腐蚀速度和壁

10、温的关系材料为12Cr1Mo。由图可见，腐蚀速度和壁温成指数关系。当壁温低于300蚀速度很慢或不腐蚀，而壁温在 400500的范围内，假设壁温提高 50，腐蚀t速度将提高一倍。硫酸盐腐蚀Na、K 类硫酸盐破坏保护膜以粘态积于管壁，并捕获烟气成分。其生成和循环破坏过程如下：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度速蚀腐1(220500600700800 K 类硫酸盐的腐蚀反响同 Na 类硫酸盐的腐蚀稍有不同之处是，6)mm14-0度速蚀腐1(220500600700800 结垢结垢氧化物灰金属汽水混合物热负荷400kW/m2热负荷图4-17 经过水冷壁管和积灰层的温度梯度 酸盐的腐蚀速度371当存在有熔融硫酸盐时T22 钢的腐蚀曲线，2仅有硫酸盐气态下的腐蚀曲线 4-17 即烟气中心温度高于管壁温度时，硫酸盐由烟5.5%，而在没有温度梯度

12、的状况下，其浓度应当是均匀的。多，见图 4-18。从图中可见，当温度在680时，熔融硫酸盐的腐蚀速度要比气4 倍左右。硫氧化物腐蚀SO3 的高温腐蚀除了上述与硫酸盐类的共同作用外，SO2、SO3 还能产生电化学腐蚀，2SO O22 2SO34-36SO 2e SO3O24-37MeMen ne4-38HSHSSO22132410080)%60O2S+ 403S=20108.g/m6g蚀腐 420200300400500600700t ()0300350400450500550600t()图4-19 灰沉积物对生成SO3 的催化作用37图4-20 碳钢在SO2 作用下腐蚀与温度的关系371平衡浓

13、度，2Fe2O3，3V2O5和过热器壁灰，4V2O4:Na2SO4:CaSO4=1:1:1当高温烟气流过带灰的对流受热面时，由于灰中的 V2O5 和 Fe2O3 的催化作用，使烟气中的 SO2 转化为 SO3。由图 4-15 可看出，V2O5 和过热器灰沉积物的SO3 的转化率最高已接近化学平衡点，而且最高点往低温方向移动。催化作用的主要温度范围为 425-625，在 550到达最化作用；限制管壁温度，使tw 不大于 550；尽可能削减炉内及过热器区域内的漏风。4-20 所示的是碳钢在 H2S SO2 作用下腐蚀量与温度的关系。从图中可知，H2S 作用时，腐蚀速度与壁温成指数关系，在图4-15

14、 中已分析。SO2 作用时50腐蚀量则急剧增大。硫化物腐蚀即水冷壁的工作温度范围，当含硫量较高时，Na2S、K2S、FeS 等较多地存在于金属外表灰层，其形成和腐蚀如下：Na SO24CO Na SO23CO24-396N SO23 4Na SO22Na2S O24-40Na S FeO FeS Na O224-41 FeS Fe3O4，从而使腐蚀进一步进展。氯及其化合物的影响氯气腐蚀氯气(Cl2)是一种较强的腐蚀性气体，它与金属及保护膜Cr2O3 的反响如下：2Fe3Cl2 2FeCl3 4ClO4CrO Cl4-424-43232222FeCl3 282，易挥发。图4-21 给出了金属年腐

15、蚀量(mm/a)与Cl2 状态(干、湿)及壁温的关系(参考文献26)。湿Cl2干湿Cl2干Cl2with 5010HClwithoutHCl)h 1.5a/mm(率蚀损1.0腐耗属度金厚0.5管0.00100200300400500600温度/温度()图4-21 氯气腐蚀特性26图4-22 管子厚度耗损率与温度的关系42如上述垃圾燃烧炉烟气中含较多水分，Cl2 腐蚀更易发生。氯化氢腐蚀 Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3 均有腐蚀作用：Fe2HCl FeClH224-44FeO 2HCl FeCl2H O4-452Fe O232HCl CO FeOFeCl2H OCO224-46

16、Fe O 2HCl CO 2FeOFeClH OCO4-4734222Cr O 4HCl H2CrClO4-4823222上述反响在 400-600范围内最为活泼。随着烟气中的氯化氢的体积浓度增高，管壁金属的腐蚀状况也越来越厉害。争辩已说明，当燃料成分中氯含量20.35%时，腐蚀倾向将很高。FeCl 的汽化点很低，生成后即速挥发尽，使管壁22233 2.0%时，Fe O Fe O 223322因此，HCl 对管壁金属腐蚀的机理是：HCl 的存在使管壁的氧化膜受到严峻破坏，所生成的FeCl 汽化点又很低，随即挥发殆尽，从而使管壁金属直接承受HCl H S 也能到达金属外表，加速管壁金属的腐蚀速度

17、。22HCl 加剧埋管的材料织和化学组成进展分析，认为 HCl 对耗损率的影响主要在于它促进氧化并降低氧化膜的粘附性。图 4-22 示出耗损极值与温度的关系，在 200以下 HCl 的导入仅稍提高该值，但此后随温度剧增。在 400时增达 15 倍之多。缘由是在 HCl 条件下试样走，并再生的那些部位。当有 HCl 时带走氧化膜的过程更易进展而再生速率将增加，结果导致耗损率自然上升。氯、硫化合物共同作用2当氯化物与硫的氧化物共存时，在有 H O、O 存在的条件下，可加速腐蚀性物质硫酸盐、HCl、Cl222NaCl SO3H O Na SO222HCl4-492NaCl SO O22 Na SO2

18、Cl24-50复原性气氛的影响222在复原性气氛下，S H SSO 。同时，C 的氧化也易较多地CO。H S 的高温腐蚀反响上已述及。CO 400600下，与Fe O 2223Fe O CO 2Fe O CO4-5123342Fe O CO 3FeOCO4-523423FeO 3CO C Fe C 3CO324-53Fe C 3FeC4-543SOxHCL 等气体与水蒸汽形成的酸性化合露点时就可能分散引起腐蚀，故称之为HCl 的露点在2760，硫酸露点在 110150之间，通常腐蚀状况在酸性气体露点温度以2050最为严峻。低温腐蚀简洁发生在锅炉后部烟气温度较低的烟气空气以超过酸性气体的露点可防

19、止省煤器低温腐蚀的发生。4-29 所示，当金属壁温15的是蒸汽式空气预热器，不存在低温腐蚀。 H2O 又较大，不但为酸的形成制造了条件，属壁温略高于一般燃煤炉烟气的酸露点温度。SO3 的形成有以下三种途径：第一，在炉膛高温作用下,局部氧分子分解离散成原子状态，原子氧将SO2 SO3；其次,烟气流过对流受热面时，SO2 在钢管外表的氧化铁膜Fe2O3 SO3；第三，燃煤中的硫酸盐在燃烧时会分解出一局部SO3。同时,影响 SO3 生成量的因素如下：SO2 SO3 的根本条件。所以，过量空气系数越大,过剩氧越多，SO3 1.05 时，烟气中SO3 生成量显著削减，其含量接近或小于危害浓度。燃烧工况。燃烧工况会影响火焰中心和火焰末端温度。假设中心温度高，原子氧的含量就高，因此生成的SO3多；