王延濤

（上?？岛悱h(huán)境股份有限公司，上海 201703）

0 引言

我國生活垃圾產(chǎn)生量巨大，2020年城市生活垃圾清運(yùn)量達(dá)到了2.4億噸，生活垃圾焚燒處理能力也提升至了59萬噸∕日，垃圾焚燒處理能力占比同步提升至54%，生活垃圾焚燒已成為生活垃圾處理最主流的處置方式。但是生活焚燒也面臨著問題與挑戰(zhàn)，其中生活垃圾焚燒廠余熱鍋爐高溫腐蝕是制約生活垃圾焚燒安全高效穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素[1]，這主要與生活垃圾熱值逐年增加有關(guān)，熱負(fù)荷提升使高溫腐蝕現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)[2]。目前有效緩解生活垃圾焚燒余熱鍋爐高溫腐蝕問題主要通過以下途徑：一是通過優(yōu)化受熱面的布置及現(xiàn)場運(yùn)行，有效控制各級受熱面入口煙氣溫度，尤其是過熱器煙溫，從而降低過熱器金屬壁面溫度；二是采取表面防腐措施，即采用抗腐蝕性更好的受熱面管材或在基材表面敷設(shè)防腐涂層，如堆焊、熱噴涂、重熔等，提高余熱鍋爐受熱面的防腐性能，大幅降低高溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，保證余熱鍋爐的長周期穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

本文以某一垃圾焚燒廠余熱鍋爐技術(shù)改造為例，圍繞余熱鍋爐高溫防腐的需求，介紹余熱鍋爐技改措施，對比余熱鍋爐技改前后的運(yùn)行參數(shù)，分析余熱鍋爐技術(shù)改造高溫防腐效果，為后續(xù)垃圾焚燒廠余熱鍋爐技術(shù)改造提供案例參考和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

1 垃圾焚燒余熱鍋爐介紹

浙江某垃圾焚燒項(xiàng)目垃圾處理規(guī)模3×750 t∕d，蒸汽壓力4.0 MPa，蒸汽溫度450℃，垃圾原始設(shè)計(jì)低位熱值1 700 kcal∕kg，鍋爐額定蒸發(fā)量69.5 t∕h。余熱鍋爐具體技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 余熱鍋爐原始技術(shù)參數(shù)

余熱鍋爐為單汽包、自然循環(huán)、臥式布置，設(shè)置三垂直煙道和尾部水平煙道，水平煙道內(nèi)布置有蒸發(fā)器、高溫過熱器、中溫過熱器和低溫過熱器等設(shè)備，具體如圖1所示。高溫過熱器順流布置，中溫過熱器和低溫過熱器逆流布置。

圖1 垃圾焚燒余熱鍋爐受熱面布置示意圖

對余熱鍋爐技改前運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，管內(nèi)工質(zhì)的溫升值與設(shè)計(jì)參數(shù)差別較大，如表2所示。尤其是中溫過熱器和高溫過熱器的溫升比設(shè)計(jì)值明顯偏高，相對應(yīng)的是一級、二級減溫水量都在4.5～5 t∕h以上，一級減溫水量已達(dá)最大量程，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)的1.5～1.8 t∕h。且隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，過熱器的進(jìn)出口汽溫也有上升趨勢，表明超溫問題隨著運(yùn)行時(shí)間的增加逐漸加重[4-5]。過熱器溫升高于設(shè)計(jì)值也表明高溫過熱器和中溫過熱器的實(shí)際入口煙溫比現(xiàn)場測點(diǎn)溫度數(shù)值要高。雖然現(xiàn)場測點(diǎn)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值差別不太，但從一二級減溫噴水量及過熱器溫升明顯高于設(shè)計(jì)值反映出實(shí)際煙氣溫度應(yīng)比熱電偶測得溫度偏高，分析原因是由于水平煙道熱電偶安裝在包墻水冷壁兩側(cè)以及位置偏低，測得的溫度比實(shí)際煙溫要低[6]。

表2 過熱器主要設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)對比表

由上述可知，余熱鍋爐過熱器存在嚴(yán)重的超溫現(xiàn)象，從而造成過熱管束高溫腐蝕嚴(yán)重，造成管壁減薄明顯，甚至爆管泄漏。過熱器管束壁厚減薄、爆管的現(xiàn)場形貌如圖2所示。由圖可知，中溫過熱器前排某一根管束迎風(fēng)面和背風(fēng)面減薄差異性較大，背風(fēng)面減薄嚴(yán)重，最薄處僅有2 mm；而同一排的另一根管束則爆管嚴(yán)重，爆管處缺口較大。

圖2 余熱鍋爐過熱器管束高溫腐蝕減薄、爆管現(xiàn)場圖

余熱鍋爐爆管主要是因?yàn)楦邷馗g[7]。造成高溫腐蝕的原因一方面是垃圾熱值上升較快，入爐垃圾熱值已經(jīng)超過了原始設(shè)計(jì)值，達(dá)到了1 900 kcal∕kg及以上[8]；另一方面，過熱器前端蒸發(fā)受熱面面積設(shè)計(jì)偏小，不能很好地適應(yīng)垃圾熱值上升而引起的煙氣溫度變化，從而造成煙氣和蒸汽溫度超溫嚴(yán)重，造成高溫腐蝕。

綜上而言，垃圾焚燒余熱鍋爐長時(shí)間運(yùn)行后，一方面過熱器煙氣側(cè)和蒸汽側(cè)超溫，過熱器一、二級減溫水量過大（減溫水總量8～10 t∕h），過多的減溫水進(jìn)入高品質(zhì)蒸汽中影響鍋爐蒸汽品質(zhì)，并且長期運(yùn)行過熱器內(nèi)壁易結(jié)垢[9]；另一方面余熱鍋爐高溫過熱器入口煙溫較高，超過590℃，高溫過熱器、中溫過熱器管子腐蝕減薄嚴(yán)重，過熱器易爆管，增加了非停時(shí)間，經(jīng)濟(jì)損失較大[10]。

2 余熱鍋爐技術(shù)改造

2.1 余熱鍋爐技術(shù)改造方案介紹

如上所述，鑒于前期余熱鍋爐過熱器入口煙溫偏高、高溫腐蝕嚴(yán)重，為了降低過熱器入口煙溫，有效緩解高溫腐蝕引起的過熱器爆管的現(xiàn)象，計(jì)劃對余熱鍋爐進(jìn)行技術(shù)改造。余熱鍋爐技改的主要措施是通過增加蒸發(fā)管束，整體更換高溫過熱器及中溫過熱器，如圖3所示，具體方案如下：

圖3 垃圾焚燒廠余熱鍋爐技改方案

（1）第三煙道內(nèi)增加S型蒸發(fā)管束，并配備相應(yīng)的蒸汽吹灰器；

（2）高溫過熱器、中溫過熱器整體更換，高溫過熱器采用雙繞蛇形管結(jié)構(gòu)、仍采用順流布置，前后兩排管束進(jìn)行堆焊，其余管束采用TP347材質(zhì)，中溫過熱器由逆流改為順流，過熱器沿?zé)煔饬鲃臃较虿贾靡来尾贾酶邷剡^熱器、中溫過熱器、低溫過熱器。

余熱鍋爐技改后主要的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

（1）鍋爐MCR負(fù)荷：垃圾熱值1 900 kcal∕kg（7 955 kJ∕kg），鍋爐蒸發(fā)量76 t∕h（不含汽包抽汽5 t∕h）；

（2）鍋爐MCR工況時(shí)，高溫過熱器入口煙氣溫度不超過570℃（設(shè)計(jì)值）；

（3）鍋爐MCR工況時(shí)，中溫過熱器入口煙氣溫度不超過535℃（設(shè)計(jì)值）。

2.2 余熱鍋爐技改后運(yùn)行情況分析

根據(jù)垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目現(xiàn)場運(yùn)行及施工情況安排，該垃圾焚燒項(xiàng)目3臺余熱鍋爐自2019年10月底開始依次進(jìn)行技改現(xiàn)場施工，于2020年3月底完成全部3臺余熱鍋爐的技術(shù)改造。

圖4所示為鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，技改前后蒸發(fā)總量、高溫過熱器入口煙溫、中過入口煙溫的變化對比情況。技改后蒸發(fā)總量明顯提升，基本達(dá)到了80 t∕h及以上的蒸發(fā)量，相比技改之前鍋爐負(fù)荷提升了約8%，同時(shí)基本滿足了技改之后蒸發(fā)量81 t∕h的要求。雖然鍋爐負(fù)荷相比技改之前有所提升，但是相對應(yīng)的高溫過熱器和中溫過熱器入口煙氣溫度由于增加了前端蒸發(fā)受熱面而有所下降。技改之前余熱鍋爐高溫過熱器入口煙溫處于高位運(yùn)行，基本達(dá)到了590℃或者更高水平，技改后過熱器入口煙氣溫度大幅下降，下降幅度至少在20℃以上，其中#1爐高過入口煙溫降幅達(dá)到了50℃，基本在570℃以下。同樣地，中過入口煙溫也有所下降，且下降幅度明顯大于高溫過熱器入口煙溫，技改后的中溫過熱器入口煙溫下降到了520℃以下，顯示出良好的技改效果，煙氣溫度得到控制，高溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)大大降低[11]。

圖4 垃圾焚燒余熱鍋爐技改前后主要運(yùn)行參數(shù)變化

表3所示為鍋爐主蒸汽量約70 t∕h的工況條件下技改前后長周期運(yùn)行參數(shù)對比情況。本次余熱鍋爐技改在2019年10月底至次月上旬，表中2019年10月數(shù)據(jù)為技改前余熱鍋爐運(yùn)行參數(shù)。從表中可以看出，在同等工況下高溫過熱器入口煙溫在技改前后有明顯變化，技改后高溫過熱器入口煙溫下降明顯，從技改前的593℃下降到了技改后12月份的552℃，降低了約40℃。技改前一二級減溫噴水量分別為5 t∕h、3.1 t∕h，技改后各級減溫器噴水量顯著下降，一二級減溫的總噴水量只有3.3 t∕h左右，噴水量的大幅減少也表明過熱器超溫現(xiàn)象得到了明顯緩解，降低了高溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，高溫過熱器入口煙溫有所增加，一二級減溫噴水總量也相應(yīng)提高，鍋爐技改運(yùn)行1年后的2020年11月份的高溫過熱器入口煙溫比剛技改后增加了20℃，減溫噴水總量也達(dá)到了4.5 t∕h，但仍遠(yuǎn)低于技改前的運(yùn)行參數(shù)，顯示出技改的良好效果。

表3 技改前后現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)對比

停爐期間對受熱面進(jìn)行宏觀檢測，如圖5所示，通過觀測可知，水平煙道蒸發(fā)器積灰明顯，但沒有明顯腐蝕跡象。高溫過熱器除順煙氣流第一排防磨瓦上有較厚積灰外，整體積灰較輕，且容易剝落。高溫過熱器部分堆焊層外表面露出金屬光澤，無明顯腐蝕跡象。中溫過熱器積灰不明顯，但相比于高溫過熱器，未有自動脫落的現(xiàn)象。上述表觀結(jié)果表明，目前過熱器高溫防腐性能較好，腐蝕風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制，保證了過熱器的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5 水平煙道受熱面外觀檢測

3 結(jié)束語

（1）生活垃圾焚燒余熱鍋爐技改前超溫嚴(yán)重，有較高的高溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。高溫過熱器入口煙溫隨著運(yùn)行時(shí)間增加而大幅提高，一二級減溫噴水量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，這與垃圾熱值增加、爐膛熱負(fù)荷提升而過熱器前端蒸發(fā)受熱面布置相對較少有關(guān)。

（2）余熱鍋爐技改效果明顯，高溫腐蝕得到有效控制。通過采取在過熱器前端增加蒸發(fā)屏、過熱器局部堆焊的措施，過熱器入口煙溫下降明顯，積灰明顯減少，未見明顯腐蝕現(xiàn)象，余熱鍋爐技改取得良好效果。