干法固态脱硝剂对垃圾发电余热锅炉水冷壁腐蚀及安全运行的影响研究

垃圾焚烧发电行业当前主流的脱硝工艺主要包括选择性催化还原工艺和选择性非催化还原工艺，近年来干法固态脱硝技术工艺悄然兴起并光广泛应用于垃圾焚烧发电烟气提标改造领域，SCR 与 SNCR 技术应用时间久、行业防腐蚀经验丰富，但干法固态脱硝技术是近年新兴的干法脱硝技术，其技术应用对锅炉水冷壁防腐蚀的影响尚缺少相应研究，本文基于 9 个垃圾焚烧发电厂的应用实际开展研究对锅炉受热面防范干法固态脱硝技术脱硝剂腐蚀问题开展专项研究。

1 余热锅炉水冷壁腐蚀机理研究

在垃圾发电厂锅炉运行中，造成水冷壁腐蚀的原因主要分氨腐蚀、干法固态脱硝技术脱硝剂腐蚀、其他相关性因素腐蚀。

1.1 氨腐蚀

SNCR 系统脱硝反应过程中产生的氨（ NH₃ ）对水冷壁金属材料的腐蚀主要分为三类。一是碱性腐蚀，氨溶于水形成碱性环境（OH⁻ 浓度增加），破坏金属表面的保护性氧化膜。二是应力腐蚀开裂（SCC），在拉应力和氨的共同作用下，碳钢和低合金钢可能发生应力腐蚀开裂，特别是在停炉急剧冷却时较为明显，三是电化学腐蚀，氨可促进阴极反应，加速金属的阳极溶解过程，烟气湿度过大时比较明显。

1.2 干法固态脱硝技术脱硝剂腐蚀机理

干法固态脱硝技术脱硝剂经罗茨风机气力输送至安装在炉膛上的干法固态脱硝技术硝剂专用喷枪，将干法固态脱硝技术脱硝剂均匀喷入温度约 850℃ -1050℃的垃圾焚烧炉膛内，使其完全裂解气化和扩散后，使还原剂与炉膛内的高温烟气充分混合，并与烟气中的氮氧化物发生还原脱硝反应。干法固态脱硝技术脱硝剂作为脱硝剂时，其主要成分为尿素，其腐蚀风险主要来自三点。一是热解产物，干法固态脱硝技术脱硝剂在高温下分解可能产生异氰酸 （HNCO）、氨和 CO₂ ，其中HNCO 具有较强腐蚀性。二是氨基甲酸铵形成在较低温度区域，干法固态脱硝技术脱硝剂可能形成氨基甲酸铵 （NH₂COONH₄） ，该物质具有腐蚀性且易吸湿造成腐蚀。三是沉积腐蚀，干法固态脱硝技术脱硝剂及其衍生物可能在管壁沉积，形成局部腐蚀环境。

1.3 其他相关性因素腐蚀

其他相关性因素腐蚀主要分为三点，一是氯离子协同作用，烟气中 Cl⁻ 与NH₄⁺ 形成 NH₄Cl，沉积后吸湿形成高浓度 Cl⁻ 溶液，加剧点蚀。二是温度影响，不同温度区间腐蚀机制不同，中温区 200℃至 400℃之间氨腐蚀风险最高。三是材料敏感性因素，不同钢材对氨腐蚀的敏感性差异显著，奥氏体不锈钢风险较高。

2 实际运行中的腐蚀原因分析

通过对行业内多个项目水冷壁腐蚀的实际调查发现，使用干法固态脱硝作为脱硝剂时，其腐蚀风险主要表现为三点，一是水冷壁出现多处点蚀和应力腐蚀裂纹，二是在喷枪附近水冷壁管发现明显的减薄和溃疡状腐蚀，三是机械损伤，炉内脱硝技改打孔时，孔中心不正，打孔设施对水冷壁或鳍片与水冷壁交接处造成直接或间接机械损伤。

3 防腐蚀措施与建议

在运行控制方面一是要严格控制氨逃逸率，造成氨逃逸率高的主要原因是脱硝剂入炉喷嘴喷洒散开效果不好、脱硝剂喷入量过大，根据运行数据研究，将干法脱硝系统氨逃逸率控制在 2ppm 以下为宜。二是优化喷脱硝剂格喷嘴栅设计，确保脱硝剂与烟气充分混合，避免局部脱硝剂集结造成氨浓度局部过高。三是做好温度场控制，避免水冷壁管处于氨腐蚀敏感温度区间。

在材料选择与表面处理方面一是要选用耐蚀材料，在腐蚀高风险区域采用耐氨腐蚀的合金材料或复合管。二是增加表面涂层保护，应用耐高温、耐碱的防护涂层，如镍基合金涂层。三是对表面钝化处理，对碳钢表面进行适当的钝化处理，增强抗氨腐蚀能力。

在监测与检修维护方面，一是要定期腐蚀检查：建立水冷壁管定期测厚和腐蚀状况评估制度。二是开展沉积物监测，定期检查管壁沉积物成分，特别关注 NH₄Cl 等腐蚀性盐类。三是开展化学清洗，制定合理的化学清洗周期，清除管壁腐蚀产物和沉积物。

4 结论与展望

垃圾发电余热锅炉采用干法固态脱硝技术，确实可能对锅炉水冷壁造成腐蚀，从而影响安全运行，腐蚀程度与脱硝剂种类、浓度、温度及材料特性密切相关。氨腐蚀主要表现为碱性腐蚀和应力腐蚀开裂，干法固态脱硝技术脱硝剂则主要通过热解产物和沉积物引发腐蚀。在控制措施方面通过优化脱硝系统运行参数、改进材料选择和加强监测维护，可有效控制脱硝剂引发的水冷壁腐蚀问题。同时需要将脱硝系统腐蚀风险纳入全厂防腐体系，建立针对性的防护措施和监测方案。下一步，针对开发新型低腐蚀性脱硝剂及其应用技术，研究不同水冷壁材料在脱硝环境中的长期腐蚀行为，建立脱硝剂腐蚀风险的量化评估模型，探索智能监测技术在脱硝系统腐蚀预警中的应用是需要继续开展研究的方向。

参考文献：

[1] 刘晓东 . 垃圾发电厂锅炉水冷壁腐蚀及防护分析 [J]．电力设备2019（19） ：1-4

[2] 李志强．浅析垃圾焚烧发电厂水冷壁防腐措施 [J]．中国电业，2020（2） ：45-48

[3] 杨军．垃圾焚烧脱硝系统氨逃逸腐蚀机理与联合防护技术 [J]．环境工程学报，2020，14（8） ：2201-2208