周 勇（南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司，江蘇 南京 210000）

0 前言

水泥廠采用爐排爐協(xié)同處理生活垃圾，原生垃圾不需要預處理，垃圾在密閉的貯坑內經過3～7天自然脫水、發(fā)酵后進入爐排爐焚燒，產生的熱煙氣通過管道輸送到水泥窯分解爐繼續(xù)高溫分解，對廠區(qū)環(huán)境沒有影響。同時，垃圾焚燒在爐排爐內進行和熟料煅燒系統(tǒng)相對獨立，減少了協(xié)同項目對水泥生產線的影響因素。爐渣經無害化處理后進入水泥生產線作為原料使用，垃圾滲濾液可回噴入爐，做到廢水、廢氣、廢渣全部處理，實現(xiàn)零排放。

采用爐排爐焚燒生活垃圾，助燃空氣需要加熱到一定溫度。水泥窯協(xié)同項目不同于垃圾發(fā)電項目，無鍋爐蒸汽可用為加熱熱源，助燃空氣的加熱需要采用高溫焚燒煙氣。煙氣空氣預熱器換熱管在高溫煙氣沖刷下容易受到磨損、腐蝕和氧化，影響焚燒爐穩(wěn)定性和可靠性。本文針對一臺煙氣空預器在使用2年后出現(xiàn)的失效原因進行了分析，并針對性的提出了改進措施，從而有效延長換熱管的使用壽命。

1 空預器換熱管失效原因分析

1.1 空預器換熱管表面宏觀腐蝕形態(tài)分析

煙氣空預器設計工作參數(shù)見表1，空預器換熱管試樣宏觀照片見圖1。換熱管迎風面宏觀照片見圖1左圖，可以看出：迎風面表面主要為黃色的鐵銹且迎風面管壁明顯減薄，表明迎風面的失效跟受到氣流的沖刷有關。

表1 煙氣空預器設計工作參數(shù)

換熱管背風面宏觀照片見圖1右圖，可以看出：背風面有黑色的腐蝕產物，腐蝕產物下面是紅色的氧化物，黑色的腐蝕產物可能為四氧化三鐵，說明換熱管工作溫度大于400℃。

圖1 換熱管宏觀照片

1.2 原材料化學成分分析

換熱管的化學成分檢測結果見表2，可以看出換熱管的各化學元素中除C元素含量略微偏低外其余元素均符合“GB/T 5310—2017高壓鍋爐用無縫鋼管”標準中規(guī)定的12Cr1MoV鋼的化學成分要求，C元素含量偏低可能管材受到高溫發(fā)生脫碳，可以確認換熱管材料為12Cr1MoV鋼無誤。

表2 換熱管化學成分分析結果 %

1.3 材料金相微觀組織分析

分別對換熱管迎火面的橫截面、縱截面進行了金相顯微組織分析。迎火面未腐蝕金相照片見圖3，從圖3中可以看出，換熱管外表面有一層黑色疏松附著物，內表面有一層均勻的灰色附著物。

圖3 迎火面橫截面未腐蝕金相顯微組織照片

換熱管迎火面腐蝕后金相顯微組織照片見圖4，可以看出，黑色物質沿晶界分布，金相顯微組織為鐵素體組織，未發(fā)現(xiàn)珠光體存在。根據(jù)“DL/T 773-2016火電廠用12Cr1MoV鋼球化評級標準”，見表3，珠光體迎火面珠光體球化等級5級。

圖4 迎火面橫截面腐蝕后金相顯微組織照片

1.4 顯微硬度測試

迎風面和背風面顯微硬度測試結果見表4，從表4中可以看出，迎風面比背風面平均顯微硬度低7 HV，這也說明迎風面比背風面材質劣化嚴重。

表3 珠光體球化組織特征

表4 顯微維氏硬度測試結果（HV0.2）

1.5 管束外表面微觀腐蝕形態(tài)分析

管束外表面的掃描電鏡（SEM）微觀形貌見圖5，可以看出，管束外表面有大量的腐蝕產物覆蓋。

圖5 管束外表面SEM微觀形貌照片

管束外表面清洗腐蝕產物后的SEM微觀形貌見圖6，可以看出，管束外表面清洗腐蝕產物后，為典型的沿晶開裂形貌，這也跟金相的結果相符。

圖6 管束外表面（清洗后）SEM微觀形貌照片

1.6 管束外表面腐蝕產物EDS微區(qū)成分分析

管束外表面的EDS微區(qū)成分分析結果見表5，從EDS分析結果可以看出，管束外表面主要腐蝕產物為鐵的氧化物即鐵銹，有少量的硫、硅、鈉、鉀等元素，但主要原因是晶界氧化所致。

表5 管束外表面EDS微區(qū)化學成分分析結果 %

2 分析與應對措施

（1）換熱管的腐蝕減薄原因是換熱管在高溫煙氣下發(fā)生晶間氧化，然后在煙氣沖刷下整體剝落；

（2）該換熱管材料符合設計要求；

（3）換熱管在高溫下發(fā)生嚴重的珠光體球化，說明換熱管受到的溫度過高；

（4）換熱管外表面受到嚴重的沿晶氧化，同樣說明換熱管受到的溫度過高。

設計改進如下：

（1）改進預熱器煙氣入口形式，在管束入口前端增加煙氣轉向室，使煙道中高速煙氣在進入管束前得到降速、均流和塵降，避免煙氣走廊的形成。

（2）雖然設計入口煙溫為550℃，實際運行中，一些非正常工況下，煙氣入口短期溫度可能達到或超過600℃，需要對高溫區(qū)管束材質進行升級，比如使用耐高溫的高合金鋼管。

（3）適當增加高溫區(qū)管束壁厚，滿足合理的腐蝕裕度，迎風面加裝防磨護瓦。

3 結語

煙氣空氣預熱器在水泥窯協(xié)同處理生活垃圾項目上具有明顯的經濟效益優(yōu)勢。由于垃圾焚燒煙氣的特殊性，需要結合實際運行情況，針對性的采取措施，降低高溫區(qū)換熱管的磨損、氧化和高溫腐蝕風險，確保換熱管有一個合理的使用壽命。