祝英杰

摘 要：垃圾焚燒是現(xiàn)階段處理垃圾期間使用次數(shù)比較多的一種方式，而高溫氯腐蝕往往是垃圾焚燒技術(shù)的研究熱點(diǎn)，所以，對(duì)垃圾焚燒鍋爐的高溫氯腐蝕研究進(jìn)展進(jìn)行分析后可知，不少研究學(xué)者認(rèn)為高溫氯腐蝕的主要原因是熔融鹽腐蝕以及HCl 氣體腐蝕，針對(duì)減少腐蝕速率所采取的措施有涂層防護(hù)、添加助燃劑等。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒爐;高溫氯腐蝕;活化氧化;腐蝕動(dòng)力學(xué)

引言

垃圾成分本身就存在著較強(qiáng)的繁瑣性，其中固有廢棄物有廢金屬、廚余物等，而且還存在諸多氯 、堿金屬等相關(guān)有害元素，這些成本基于高溫焚燒之后很容易衍生出HCl 氣體以及KCL等沉積鹽，繼而增加腐蝕情況發(fā)生的概率，碳元素的存在和高溫腐蝕密不可分。高溫腐蝕會(huì)增加事故發(fā)生的次數(shù)，也會(huì)對(duì)垃圾焚燒技術(shù)發(fā)展的腳步產(chǎn)生較大的阻礙。所以，如何處理垃圾焚燒鍋爐高溫氯腐蝕問(wèn)題是非常重要的。

1高溫氯腐蝕的特點(diǎn)

第一， 氧化膜疏松多孔 ，不存在著較強(qiáng)的附著性。從客觀的角度出發(fā)來(lái)講，腐蝕產(chǎn)物氯化物FeCl2基于500℃狀態(tài)下高蒸汽壓情況比較明顯，一些固態(tài)氯化物在這種狀態(tài)下逐漸形成氣態(tài)，并隨著氧氣濃度上升而發(fā)生氧化情況，繼而重新轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氯氣以及氧化物，經(jīng)過(guò)充分反應(yīng)之后得到與之相匹配的氧化膜，和無(wú)氯條件下的氧化膜進(jìn)行對(duì)比后有著較多的缺點(diǎn)，比如黏附性不強(qiáng)等，無(wú)法起到保護(hù)的作用。因?yàn)檠趸锵蛲鈸]發(fā)，所以導(dǎo)致鍋爐基體留下了相應(yīng)的空洞，倘若氯化物無(wú)法百分百地通過(guò)氧化膜時(shí)，那么這個(gè)時(shí)候在氧化膜內(nèi)氧化從而形成與之相匹配的內(nèi)部應(yīng)力，繼而增加鼓泡等情況發(fā)生的概率。

第二，腐蝕突變。我們都知道在剛開(kāi)始發(fā)生氯化腐蝕情況時(shí)，腐蝕的速率是很驚人的，然而隨著時(shí)間的流逝，腐蝕速率也呈現(xiàn)出日益降低的狀態(tài)，這種情況在以下幾個(gè)場(chǎng)合中均是十分典型的：一是垃圾焚燒現(xiàn)場(chǎng);二是金屬表面氯化鹽膜實(shí)驗(yàn)。針對(duì)2205雙相不銹鋼基于ZnCl2‐KCl鹽膜下450℃的純氧腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線情況，請(qǐng)看圖1所示。對(duì)圖1進(jìn)行深入剖析后，可以得知：0～6h之間的合金的腐蝕速率幾乎是處于不變狀態(tài)的，當(dāng)腐蝕10h以后，腐蝕情況也趨于穩(wěn)定化。顯然這種情況的存在，從側(cè)面反映出高溫腐蝕速率和HCl的濃度關(guān)系不密切，這是由于當(dāng)氧化膜和基體之間慢慢衍生出相應(yīng)的物質(zhì)，這樣就好比是在金屬表面鍍上了與之相匹配的氯化物鹽膜，繼而令氯化物濃度影響持續(xù)下降。Zahs針對(duì)合金基于氧氣以及HCl狀態(tài)下進(jìn)行了深度剖析，結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，腐蝕程度和HCl濃度并不存在著密切的聯(lián)系。但是還有說(shuō)回來(lái)，關(guān)于溫度對(duì)HCl腐蝕的影響還要在日后研究中多下功夫。

2腐蝕影響因素

2.1金屬材料

因?yàn)楹贤旧泶嬖趨^(qū)別，所以受到腐蝕的程度也是不盡相同的?；谕粻顟B(tài)下，金屬腐蝕的程度通常與以下幾點(diǎn)存在著息息相關(guān)的聯(lián)系：一是Gibbs自由能大小;二是高溫穩(wěn)定性。對(duì)高溫穩(wěn)定性進(jìn)行分析后可以得知：其實(shí)際上熔點(diǎn)蒸汽壓、產(chǎn)物的分解壓等。通常情況下，Gibbs自由能不高的話，腐蝕產(chǎn)品的高溫穩(wěn)定性就越明顯，而且金屬的抗腐蝕性能也就越強(qiáng)。針對(duì)Gibbs自由能反應(yīng)式，請(qǐng)看以下內(nèi)容：

對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行分析后可知，Ni比Fe、Cr元素抗高溫腐蝕性能效果顯著。除此之外，以下幾種因素均會(huì)對(duì)高溫?zé)岣g產(chǎn)生不同程度的影響：一是金屬材料的表面狀態(tài);二是熱處理工藝;三是涂層材料等。

2.2硫的影響

我們都知道除了氯腐蝕之外，硫元素經(jīng)過(guò)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)被氧化成SO2、SO3，也會(huì)對(duì)高溫腐蝕產(chǎn)生一定的影響。無(wú)論是針對(duì)SO2還是SO3而言，均會(huì)在第一時(shí)間和KCl發(fā)生反應(yīng)，繼而演變成與之相匹配的K2SO4沉積鹽。結(jié)合相關(guān)實(shí)踐調(diào)查可知，很多研究人員認(rèn)為，此反應(yīng)形成的K2SO4層能夠在很大程度上預(yù)防HCl和Cl2的擴(kuò)散，最大限度地減少其腐蝕情況的出現(xiàn)。還有一些研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基于500℃的狀態(tài)下，316L不銹鋼材料過(guò)熱管在實(shí)際腐蝕期間，SO2具備相應(yīng)的保護(hù)能力，這是由于相對(duì)于HCl以及KCl來(lái)說(shuō)，K2SO4倘若形成就會(huì)處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，且不會(huì)再對(duì)金屬產(chǎn)生不利影響。Davidsson認(rèn)為，SO2的有效滲透在無(wú)形當(dāng)中加快了K2SO4沉積鹽形成的速度，同時(shí)隨著HCl的滲透則會(huì)進(jìn)一步加快腐蝕的腳步。

2.3溫度影響

從客觀上講，無(wú)論是針對(duì)金屬溫度還是煙氣溫度來(lái)說(shuō)，均會(huì)對(duì)氯腐蝕產(chǎn)生較大的影響。結(jié)合相關(guān)資料顯示，一些研究學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深層次的研究，在研究期間得知，各種鐵基材料在隨溫度持續(xù)上升期間，會(huì)令HCl腐蝕速率迅速增加。究其原因主要與以下兩點(diǎn)密不可分：一是溫度的上升在很大程度上加快了反應(yīng)速度;二是因?yàn)榻饘俾然锏恼羝麎夯跍囟壬仙掷m(xù)提高，加快了腐蝕速度。

針對(duì)沉積鹽的腐蝕情況而言，溫度的影響存在著一定的繁瑣性。就金屬鉀穩(wěn)定存在形式隨溫度變化情況，具體內(nèi)容請(qǐng)看圖2所示。

對(duì)以上圖片進(jìn)行深度剖析后，可以發(fā)現(xiàn)：基于低溫狀態(tài)下，鉀通常存在形式有KCl、K2SO4、K2OSiO2;基于高溫狀態(tài)下，鉀一般存在形式有KCl、KOH。通過(guò)對(duì)硫腐蝕以及氯腐蝕的深度剖析后，我們可以從中了解到溫度對(duì)沉積鹽氯腐蝕金屬速率的影響和垃圾的元素成分存在著息息相關(guān)的聯(lián)系，基于1200℃的狀態(tài)下，可以看到硫含量多除了會(huì)令K2SO4呈現(xiàn)出日益上升的趨勢(shì)之外，會(huì)讓，KCl含量下降，結(jié)合以往的研究，這個(gè)時(shí)候沉積鹽腐蝕速率會(huì)有所下降。

3防護(hù)對(duì)策

要想降低腐蝕情況發(fā)生的概率，那么就要從以下幾點(diǎn)入手：一是垃圾分類;二是涂層防護(hù);三是添加助燃劑，具體內(nèi)容如下：

3.1垃圾分類

從客觀的角度出發(fā)來(lái)講，垃圾分類除了可以最大限度地降低垃圾焚燒總量之外，還能夠在一定程度上令氯元素含量得到有效減少，繼而減少高溫氯腐蝕情況發(fā)生的次數(shù)，促使垃圾焚燒的可靠性與穩(wěn)定性得到進(jìn)一步的強(qiáng)化。結(jié)合相關(guān)資料顯示，在瑞典、丹麥等相關(guān)國(guó)家中，分類回收垃圾占據(jù)總垃圾數(shù)量的80%到90%。

3.2涂層防護(hù)

針對(duì)金屬表面覆蓋保護(hù)性涂抹層來(lái)說(shuō)，是降低高溫氯腐蝕情況的主要方式，存在著較強(qiáng)的可行性，該方法要求涂層的熱膨脹系數(shù)和金屬集體相匹配，同時(shí)防護(hù)材料要以致密程度高的材料為主，這樣做的目的是為了減少HCl、Cl2透過(guò)，除此之外還要輔以切實(shí)可行的沉積法令涂層滿足各種結(jié)構(gòu)形態(tài)。從客觀上講，鎳鉻合金就是一種效果比較明顯的涂層，能夠從源頭上減少金屬基體的腐蝕速率。結(jié)合相關(guān)實(shí)踐調(diào)查可知，Hearley報(bào)道了一種借助于高速氧燃料（HVOF噴涂）熱噴涂制作防高溫氯腐蝕的涂層手段。和其他噴涂方式進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比可知，HVOF噴涂存在著較多的優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是低氧化水平;二是高密度等，因此防腐蝕效果明顯，并且該涂層方法在相關(guān)領(lǐng)域中得到了充分論證。HVOF涂層通過(guò)科學(xué)處理之后還能夠?qū)崿F(xiàn)防腐目的。除此之外，還有相關(guān)報(bào)道表示能夠借助于化學(xué)氣相沉積手段噴涂等相關(guān)材料，繼而達(dá)到防腐的目的。

3.3添加助燃劑

相關(guān)人員可通過(guò)添加助燃劑的方法來(lái)降低堿金屬腐蝕情況發(fā)生的次數(shù)，通常為添加含硫化合物如硫酸銨 。就像前面所說(shuō)的那樣，硫氧化物會(huì)和KC1發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間反應(yīng)后會(huì)形成與之相匹配的K2SO4沉積鹽。針對(duì)其他的添加劑而言，還包括含Si以及Al的化合物，并且可以快速實(shí)現(xiàn)捕捉堿金屬氯化物的目的，繼而從源頭上令氯化物的成分得到有效降低。除此之外，通過(guò)對(duì)金屬材料的溫度以及氣流模式的科學(xué)把控，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)防高溫腐蝕的效果，比方說(shuō)過(guò)熱器的氣流模式使用并流式，可從源頭上減少高溫腐蝕情況的出現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)垃圾分類來(lái)說(shuō)，其能夠在很大程度上降低高溫氯腐蝕，減少垃圾焚燒量。倘若垃圾成分處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，那么溫度越高則腐蝕情況越發(fā)明顯，不同的金屬材料，抗腐蝕性能也存在著天壤之別。在高溫氯腐蝕的防護(hù)方面，可借助于鎳鉻合金涂層以達(dá)到防腐目的。除此之外，通過(guò)在垃圾焚燒期間添加含鋁、含硫等相關(guān)助燃劑的方法也能夠起到預(yù)防腐蝕的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 駱俊.垃圾焚燒發(fā)電鍋爐受熱面頻繁爆管原因分析和解決方法研究 [J]. 長(zhǎng)江技術(shù)經(jīng)濟(jì). 2020（S2）

[2] 徐陳.垃圾焚燒爐中防止高溫腐蝕和低溫腐蝕的措施 [J].? 化工管理. 2020（17）

[3] 蔣旭光，劉曉博.垃圾焚燒鍋爐關(guān)鍵受熱面腐蝕研究進(jìn)展及方向思考 [J]. 中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào). 2020（03）

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