江西科技师范大学严凯垃圾焚烧发电锅炉中的高温腐蚀问题优化措施

摘要简介

在全球聚焦气候变化、我国全力推进“双碳”目标的大环境下，垃圾焚烧发电作为处理城市生活垃圾并实现能源回收的重要途径，其重要性日益凸显。然而，垃圾成分的高度复杂性使得焚烧发电锅炉面临严峻的高温腐蚀问题，不仅缩短了锅炉的使用寿命，增加了发电厂的运营成本，还对“双碳”目标的顺利达成形成阻碍。

本文深入剖析了垃圾焚烧发电锅炉的高温腐蚀现象，探究了“双碳”背景下出现的新挑战，并针对性地提出了一系列优化措施，涵盖工艺优化与材料改进等多个方面，旨在为提升发电锅炉的使用寿命、降低发电厂成本提供理论支撑与实践指导，推动垃圾焚烧发电行业在“双碳”征程中稳健发展。

主要内容

一、焚烧发电锅炉中高温腐蚀现象

（一）高温气相腐蚀

生活垃圾含氯多，焚烧时以HCl形式释放。常见垃圾焚烧发电锅炉工作温度在400-800℃，少量HCl即可引发严重气相腐蚀。其遵循“活化氧化”机制，HCl与O₂反应生成Cl₂，Cl₂与金属生成不稳定且易挥发的金属氯化物。金属氯化物挥发后在高氧区被氧化，释放Cl₂又回金属表面继续腐蚀，导致金属损失，引发水冷壁减薄、管路爆炸等事故，增加维护成本。

（二）高温熔盐腐蚀

城市生活垃圾成分复杂，含多种有害元素。燃烧气体中挥发性氯化物在管道表面冷凝，与SO₂或SO₃反应生成碱金属硫酸盐，垃圾中的金属元素也生成金属氯化物和硫酸盐，形成低熔点共晶混合物，在高温下加速腐蚀。腐蚀机制包括金属氯化物硫酸盐化，以及碱金属氯化物破坏金属保护性氧化膜引发气相腐蚀，致使器件失效，影响锅炉工作。

二、焚烧发电锅炉中的腐蚀问题及优化措施

（一）“双碳”背景下发电锅炉中的腐蚀问题

“双碳”目标推动垃圾焚烧发电发展，但垃圾分类使入厂垃圾含氯量增加，加剧高温腐蚀，锅炉故障率上升。垃圾焚烧含化石基垃圾，排放CO₂并产生二噁英等有毒有机物，处理成本高。提高焚烧温度虽可减少有毒气体排放、提升发电效率，却会加速金属腐蚀。

（二）提升发电锅炉腐蚀性能的优化措施

随着垃圾焚烧发电技术的广泛应用和不断推广，为了确保设备的正常运行、降低生产成本并提高发电效率，高温腐蚀防护措施也在不断地创新与发展。目前，主要的防护措施可以分为一级措施和二级措施。

一级措施主要侧重于优化焚烧发电锅炉的工艺条件，尽可能减少腐蚀因素带来的不利影响。许多焚烧发电厂开始采用混合燃烧的方式，通过添加富含硫和铝硅酸盐的燃料，或者将富含硫元素的煤与生活垃圾进行混烧。这种方式不仅能够提高燃料的热值，提升发电效率，还能够有效地缓解发电锅炉的腐蚀问题。

同时，添加Ca(OH)₂、CaO、CaCO₃等抑制氯腐蚀的添加剂也是一种常见的做法。此外，通过优化焚烧发电锅炉的燃烧条件，合理布置一次风和二次风喷嘴，确保过量空气系数处于合适的范围，使燃烧产生的烟气分布均匀，稳定炉膛口的温度和烟气速度，能够有效地防止严重的局部腐蚀现象的发生。

二级措施则主要从材料选择的角度出发。一方面，积极开发新型的高性能防腐蚀材料。例如，镍铁基高铬合金、高铬钼镍基合金和高硅铬镍基合金等已被应用于焚烧锅炉加热管。这些合金材料在400-600℃甚至800℃左右的高温环境下，都能够表现出良好的高温强度和耐腐蚀性能。

另一方面，采用高速氧燃料（HVOF）热喷涂、激光熔覆、堆焊等辅助措施来改善现有材料的性能。不同的涂层系统适用于不同参数的垃圾焚烧发电锅炉，需要根据实际情况进行合理选择，以提升锅炉的腐蚀性能。

原文链接：

https://www.stpaper.cn/microapp/explore/resources/article/0d59e1af856fdba040d082d2a99e6d85