垃圾焚烧炉低温防腐

垃圾焚烧锅炉低温腐蚀的防范摘要：介绍了垃圾焚烧锅炉发生低温腐蚀的原因并提出相应防范对策关键词：垃圾；焚烧锅炉；低温腐蚀在我国，垃圾焚烧发电厂是上个世纪80年代末期开始出现的，以焚烧处理城市生活垃圾为目的并实现垃圾能源转换的市政环保设施，其主体设备—垃圾焚烧锅炉是将生活垃圾作为燃料，进行焚烧，实现减量、灭菌，在实现无害化处理的同时，将生活垃圾化学能转换为热能的专用设备。与普通工业锅炉和废弃物焚烧锅炉所采用的单一燃料不同，垃圾锅炉焚烧的是不同类别固体废弃物构成的混合体，焚烧烟气主要成分为CO2、CO、H2O、N2、O2、CO、SO2、HCL、NOx、HF、CL2粉尘、重金属及二恶英类等。垃圾焚烧烟气中有害物质一般通过在锅炉出口水平烟道处布置半干法吸收塔＋活性碳吸附＋袋式除尘器烟气净化工艺予以去除，使排烟达标排放。一般来说，烟气中HCL、CL2、SOx对垃圾焚烧锅炉产生高温腐蚀事故频发率较高，往往引起足够的重视。但低温腐蚀对锅炉受热面破坏作用，亦不应忽视。某垃圾焚烧厂采用大气式热力除氧器，锅炉给水温度为104℃，布置在锅炉尾部烟道的省煤器仅运行二年就因低温腐蚀原因损坏。深圳市政环卫综合厂投产之初，1、2号垃圾焚烧锅炉室外烟道采用波纹管式膨胀器，局部截面积较大且裸露在大气中，运行仅一年，就因局部低温而全部腐蚀。垃圾锅炉产生低温腐蚀主要因素是燃烧烟气中SOx、HCL与H2O的存在，当烟温低于该种气体的饱和温度以下凝结，发生露点腐蚀。一般HCL露点在27-60℃之间，SOx露点约在110-150℃之间。通常这种露点腐蚀在酸性气体露点温度以下20-50℃最为严重。因而，一般垃圾焚烧项目设计将排烟温度控制在露点以上30-50℃，使SOx、HCL与H2O保持在气相，避免在金属受热面表面凝结。而将布置在垃圾焚烧锅炉尾部烟道的省煤器、空气预热器加热介质温度提高到露点以上，则是避免垃圾焚烧锅炉发生的低温腐蚀现象有郊途径。在常规燃料锅炉中，SOx是金属受热面产生低温腐蚀的主要原因。而生活垃圾中，废旧塑料、橡胶、漂白剂、含氯盐类占有一定比例且生活垃圾含水率一般在40-60%之间，因而垃圾焚烧烟气中HCL、SOx等酸性气体和H2O比例较高。一般生活垃圾焚烧烟气中HCL浓度为200-800mg/Nm3；H2O为15-30%，远远高于常规单一燃料锅炉，是垃圾锅炉发生低温腐蚀的主要因素且越是发达地区垃圾中废旧橡塑与纸、布类成份越多，因而在项目设计中必须引起足够重视。垃圾锅炉低温腐蚀主要发生在布置在锅炉尾部烟道的空气预热器、省煤器等表面式热交换加热介质入口端。此外，当排烟温度过低时，锅炉的室外烟道；垃圾锅炉在启动、停炉时，炉温较低时段，锅炉本体金属受热面亦有可能发生低温腐蚀。垃圾锅炉低温腐蚀防范措施：1.提高锅炉给水温度，热力系统采用压力式除氧器。垃圾发电厂的除氧器除满足热力除氧外，还作为一级混合式热交换器，加热锅炉给水。大多数垃圾焚烧发电厂采用压力式除氧器，保持省煤器给水入口端管壁温度始终高于烟气露点，从根本上解决了省煤器低温腐蚀问题。深圳市政环卫综合处理厂除氧器参数为0.27Mpa（表压），锅炉给水温度为140℃，自1988年投产至今，日本进口的横置双锅筒式1、2号炉对流管段，国产单锅筒式3号炉布置在尾部烟道的省煤器并未发生低温腐蚀现象。2.提高布置在尾部烟道空气预热器入口风温。垃圾锅炉采用热风助燃，对提高入炉垃圾烘干速度，改善炉内燃烧工况，起着极其重要的作用。当前，国内城市生活垃圾低位发热量大多在3350kj/kg－6280kj/kg之间，焚烧锅炉助燃空气温度多选择在250℃，一般设计为二级空气预热器。第一级采用蒸汽式空气预热器，将助燃空气提高到150-160℃，使布置在尾部烟道的第二级烟气式空气预热器入口风温高过酸性气体露点，避免第二级空气预热器入口端出现低温腐蚀问题。3.垃圾焚烧锅炉烟气中HCL含量远大于其它类型锅炉，因此应适度提高锅炉排烟温度。室外烟道尤其需做好保温和防雨措施，避免因烟道局部位置暴露，在烟道内壁发生低温腐蚀。深圳市政环卫综合厂垃圾锅炉的室外烟道，在发生腐蚀后采用自行设计套接型自由裕度膨胀节，重新制作保温和防护层，排烟温度控制在200℃，运行超过10年，未发生室外烟道低温腐蚀现象。4.较大型垃圾焚烧锅炉为适应应力释放，启、停炉均有严格的工艺要求，要求按升温和停炉曲线操作。MARTIN型垃圾焚烧锅炉启动时按50h℃/h升温，在300℃区段保温6h，之后炉膛开始投入垃圾并按100℃/h升至额定温度，停炉亦有相应操作要求。在起、停炉时段按工艺要求需投人辅助燃油，避免垃圾燃烧烟气在低温时段对金属受热面产生低温腐蚀。深圳市政环卫综合厂建厂初期曾对日本三菱公司进口的两台垃圾焚烧锅炉进行不投油停炉试验，事后检测两台炉上下锅筒间对流管束外壁结露，Ph值仅为1.5。因此，垃圾焚烧锅炉启、停炉亦必须严格按工艺规程进行投用辅助燃油操作，避免在该时段发生低温腐蚀。回转窖式医疗废物焚烧炉在设计和运营中应注意的几点问题日期：2007-04-27摘要本文通过对大连市新建回转窑式医疗废物焚烧炉使用情况的总结，论述了该设备工艺路线的确定、工艺结构的设计对医疗废物焚烧处理过程中炉体温度、尾气处理温度及温度对炉体腐蚀的影响，提出了今后在设计和运营过程中应注意的几点问题。关键词回转窑式焚烧炉医疗废物温度腐蚀前言医疗废物集中焚烧处理在大连市城市中心区已运行10年之久，由于当时设计标准低、炉型的选择上适应性不强，加之焚烧量少等原因，2002年，在旧焚烧炉原址上采取BOT方式，向社会招标，对其进行了重建。经多方考察、论证，新建焚烧炉采用回转窑焚烧技术，按照现行国标和工艺参数，基本达到医疗废物焚烧自动化、密闭化、连续进料、自动清渣的设计工艺要求，并于2003年10月正式投产使用，日处理量为10吨。其处理系统包括：医疗废物卸料储存系统、上料系统、回转窑热解系统、点火辅助燃烧系统、除渣系统、尾气处理系统、尾气净化系统、燃料供应系统、自动化控制系统。其工艺原理是采用厌氧热解加二次燃烧好氧氧化工艺，能够合理控制热解温度、湍流度、烟气停留时间和过剩空气率。焚烧过程分一燃段和二燃段。医疗废物在一燃段采用厌氧燃烧，使废物得到干燥、加热和分解，将水分和可分解的组分释放掉，不可分解的可燃部分在一燃段中燃烧，同时为一燃段提供热量直至成为灰烬，在一燃段中释放的可燃气体进入二燃段好氧燃烧，经高温（850—1000℃）将热解气体中有害物质得到充分分解后燃烧。其特点是将废物的热量进行二级分配，提高了二次燃烧的温度，节省了燃料，同时降低一次热解温度，减少排尘量，并防止熔渣挂窑现象的出现。下面谈一谈回转窑式医疗废物焚烧炉在设计和运转中应注意的几点问题。1工艺路线的确定目前，在国内应用于焚烧固体废物的各种类型焚烧炉达几十种，按燃烧反应过程可分为直接焚烧和热解气化焚烧，按燃料运动和气固混合方式可分为机械炉排炉，回转窑炉和流化床炉等。直接焚烧机械炉排炉和流化床炉应用于生活废物处理比较广泛，热解气化焚烧多用于有机污泥和工业固废以及医疗废物处理。经国内考察论证分析，由于医疗废物的成分复杂，如果采用直接焚烧式的机械炉排炉和流化床炉，废物中玻璃输液瓶分离不出来，加之输液管、绷带和棉纱等软纤维组织比较多等诸多因素，势必会造成玻璃溶化后固结链排，又因软纤维组织入炉前废物切断困难，使流化床难以吹拂起来。因此，我们选择回转窑焚烧炉热解气化焚烧方式。回转窑焚烧炉是在圆柱形金属壳内砌筑保温砖和耐火砖，水平安放稍有倾斜，通过炉体整体转动达到垃圾均匀混合并沿倾斜角度向出料端移动，医疗废物入炉前无须处理，将收集后袋装废物整体通过液压往复进料装置挤入回转窑。由于一燃段的温度容易控制，玻璃输液瓶并不会溶化，避免一些熔渣挂窑现象出现。通常一燃段温度采用燃烧器来助燃废料，当温度设置一定时，用一次风来控制气化温度，医疗废物在回转窑内分解气化产生可燃气体，剩余的残渣随回转窑转动向出料端尾部移出渣仓。对灰渣热灼率的情况判断，可根据控制室仪表温度进行合理掌握进料时间，一般情况下用一个恒定值来自动控制，如灰渣的热灼率高，可适当对恒定值给予修正，保证热灼率达到现行国家标准。2系统工艺设计应注意的问题鉴于医疗废物处理的敏感性与生活废物处理不同，在整体布局上首先考虑医疗废物储存时间，严格遵照国务院[2003]380号令《医疗废物管理条例》规定，滞留时间不能超过两天，其次应考虑上料系统、自动控制工艺系统的合理布局。2.1上料系统考虑窑体与卸料间有一定高差，需要铺设运输车辆坡道或采用提升装置，将收集车运来的袋装医疗废物卸入储存间有密封装置的长方体斗式容器内，容器下端联接一个与容器垂直的液压式往复推料器，将容器内医疗废物靠自身重量，或外部辅助垂直重锺，或采用机械链排，定时输入下边的液压往复推料器，然后利用时间继电器根据工况将废料推入回转窑进入一燃段气化。上料系统包括废物的储存、下料、废物中的渗滤液，下料过程保证光滑过渡无积存物。即料仓四壁不能完全呈锥体状，至少保证一组对面相互平行且与料斗底部垂直。废物中的渗滤液应随医疗废物通过密封挤压装置挤入炉内燃烧。根据国外经验，当垃圾热值达到一定程度时，有一定量的渗滤液对燃烧工艺影响不大，焚烧产生的有害物质随烟气一道进入净化系统，无后续处理问题。2.2回转窑炉体工艺结构2.2.1回转窑壁为绝热结构，内衬隔热材料和耐火材料，窑头和窑尾的端板工艺结构要合理，防止受热后变形，一旦产生变形，窑内隔热材料和耐火材料因受轴向力过大，容易产生松动，出现掉砖现象。其次是严格控制风温，一般在一燃段的热解温度应控制在350～650℃之间。参考国内有关资料分析，医疗废物中的主要成分，如纸类、竹棒、塑料的最佳热解温度在400～600℃之间，但塑料较纸类、竹棒难热解。国内医疗垃圾热解中试试验结果炉温(℃)烟气量（m3/h）测试热解组分浓度（%）尾气中水汽浓度体积（%）CO2O2COCnHm3703508.810.01.21.217.1051240013.21.02.42.46184276.013.40.60.611.15从上表可见，可燃成分热解出现在370-618℃范围，峰值512℃，与实际操作基本吻合。当炉温在370℃时，烟气量小，尾气中水汽浓度高，经实际操作分析，一般一燃段温度控制在500～600℃左右为佳，此时尾气中水汽浓度小，灰渣的热灼率适中。2.2.2回转窑窑体内的空间直径要根据医疗垃圾的成分进行确定，且要保证设计的日处理能力，过大或过小都有不利之处，一般选择在1m左右为宜。2.3设备布局及尾气冷却系统依据国家对医疗废物重视程度，既要考虑保证设备的全年正常运转，又要考虑设备的正常检修，采用两套回转窑（一用一备），两套二燃室，一套尾气处理系统。一燃段热解气体经二燃室高温燃烧后（风温控制在850-950℃之间），高温烟气经水换热器和空气换热器冷却后，烟气温度急剧下降，在此阶段工艺设计上应重点考虑高温烟气对水换热器和空气换热器的高温腐蚀，尽量避开强风对设备的侵蚀。医疗废物中含有大量氯和硫的成分，焚烧产生的烟气中HCI的浓度是一般生活废物的几倍，对布置在烟道内的金属受热面会产生腐蚀作用，金属的腐蚀速率与金属表面温度有关，金属温度在320-480℃范围，会形成氯化铁和硫酸盐，温度进一步提高到480-800℃，氯化铁和硫酸盐产生分解，使得金属材料失去氧化保护层而腐蚀，如果此时再有强风侵入，分解后将产生强酸，出现高温腐蚀现象。烟气温度在硫酸露点温度约150℃以下时，会发生电化学腐蚀，亦称为低温腐蚀，低温腐蚀通常在酸性气体露点温度以下20-50℃时最为严重。金属的腐蚀速率随着金属温度的提高而加快，当金属温度为430-450℃时，腐蚀情况尚属轻微，若温度继续升高则腐蚀随之加剧。一般过热器的管壁温度约比管内蒸汽温度高30-50℃，因此在设计空气换热器和水换热器时应布置在烟气温度600-650℃的烟道中，设法加大冷却水循环速度和面积，以降低过热器管壁温度，减少腐蚀速率。金属低温腐蚀主要发生在150℃以下的受热面，排烟温度通常在200℃左右，若空气预热器进口为冷