垃圾焚燒鍋爐的高溫氯腐蝕研究進(jìn)展

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。高溫腐蝕會增加事故發(fā)生的次數(shù)，也會對垃圾焚燒技術(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)過充分反應(yīng)之后得到與之相匹配的氧化膜，和無氯條件下的氧化膜進(jìn)行對比后有著較多的缺點(diǎn)，比如黏附性不強(qiáng)等，無法起到保護(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，倘若氯化物無法百分百地通過氧化膜時，那么這個時候在氧化膜內(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。我們都知道在剛開始發(fā)生氯化腐蝕情況時，腐蝕的速率是很驚人的，然而隨著時間的流逝，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場合中均是十分典型的：一是垃圾焚燒現(xiàn)場;二是金屬表面氯化鹽膜實(shí)驗(yàn)。針對2205雙相不銹鋼基于ZnCl2‐KCl鹽膜下450℃的純氧腐蝕動力學(xué)曲線情況，請看圖1所示。對圖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。但是還有說回來，關(guān)于溫度對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Gibbs自由能反應(yīng)式，請看以下內(nèi)容：

對以上內(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，以下幾種因素均會對高溫?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)過相關(guān)化學(xué)反應(yīng)被氧化成SO2、SO3，也會對高溫腐蝕產(chǎn)生一定的影響。無論是針對SO2還是SO3而言，均會在第一時間和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，這是由于相對于HCl以及KCl來說，K2SO4倘若形成就會處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，且不會再對金屬產(chǎn)生不利影響。Davidsson認(rèn)為，SO2的有效滲透在無形當(dāng)中加快了K2SO4沉積鹽形成的速度，同時隨著HCl的滲透則會進(jìn)一步加快腐蝕的腳步。

2.3溫度影響

從客觀上講，無論是針對金屬溫度還是煙氣溫度來說，均會對氯腐蝕產(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)容請看圖2所示。

對以上圖片進(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。通過對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令K2SO4呈現(xiàn)出日益上升的趨勢之外，會讓，KCl含量下降，結(jié)合以往的研究，這個時候沉積鹽腐蝕速率會有所下降。

3防護(hù)對策

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)

針對金屬表面覆蓋保護(hù)性涂抹層來說，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，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)對比可知，HVOF噴涂存在著較多的優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：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)人員可通過添加助燃劑的方法來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 。就像前面所說的那樣，硫氧化物會和KC1發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過一段時間反應(yīng)后會形成與之相匹配的K2SO4沉積鹽。針對其他的添加劑而言，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，通過對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，比方說過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

針對垃圾分類來說，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，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。

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