锅炉及工业窑炉协同处置腐蚀风险

越来越多的研究者意识到现实锅炉及工业窑炉的复杂性，实际工厂中的腐蚀问题往往是Cl、S、碱金属、重金属元素等腐蚀介质协同作用产生的，仅凭对其中一种腐蚀类型的深入认识仍无法从全局上探清腐蚀机理。因此，想要更为全面的了解及处理锅炉及工业窑炉腐蚀问题，未来研究应着重加强对Cl、S、碱金属、重金属等因素的腐蚀耦合作用方面，以支撑锅炉及工业窑炉协同处置固废的技术发展及应用。

对于水泥窑，入窑固废预处理技术有待改进，高Cl、高S、高F类固废的处置能力有限。对于炼铁高炉，钢铁生产对外来杂质的承受限度较低，产品质量受固废种类影响，行业发展相对缓慢，实现钢厂固废综合处置利用并扩大处置范围是行业未来必须突破的方向。

1.水泥窑

结合腐蚀基本原理及城市固废主要组成，在水泥窑协同处置城市固废过程中，首先要关注与腐蚀问题相关的几个重要因素，包括Cl、S、重金属等，对水泥窑稳定运行可能带来的影响。

Cl主要来自生活垃圾和塑料等。城市固废在水泥窑中分解后，符合学术界提出的“活化氧化”腐蚀机制，含Cl粉尘与窑体金属结构接触并反应，经过这一过程后，致密的氧化膜变得松散、多孔，丧失了对基体的保护，破坏窑体结构，缩短窑炉使用寿命。示意图如图4所示，该机理涉及到的反应有：

图4 活化氧化机理示意

陈应强等人已经证明，Cl与金属或氧化物发生气相腐蚀，还会与其他元素形成低熔点氯化物(如FeCl2、PbCl2、ZnCl2)造成热腐蚀，金属氯化物的腐蚀过程包括：

可以看出，金属氯化物对基体的腐蚀表现为对氧化膜的破坏作用，生成的Cl2继续参与反应，同样符合活化氧化机制。使金属从表面连续去除，并迁移到氧分压较高的区域，形成氧化物。净过程为：

图5 城市固废公式

此外，Cl含量增加会促进重金属的挥发，加速二噁英的形成，危害环境。

水合硫酸钙影响混凝土凝结时间，为改善水泥凝结状况，应控制S含量在合理范围内。一定S含量可以增加熟料早期强度，降低熟料液相出现温度和黏度，起到矿化剂的作用。且S含量过高时，氧化气氛下，碱金属氯化物与SO2反应生成Cl2，形成的硫酸盐转化为低熔点焦硫酸盐(Na2S2O7熔点为410℃，K2S2O7熔点310℃)，高温时呈熔融态，溶解破坏氧化膜，其过程涉及反应9~12，会腐蚀水泥窑耐火材料，降低熟料强度。城市固废根据其特性替代部分燃料或原料，因S含量远低于常规化石燃料可降低沉淀或阻塞问题。

反应(9)中产生的Cl2主要分布在沉积物/气相界面，大多数向外扩散流失，使腐蚀反应通过气相而非在沉积物内部进行，从而降低腐蚀程度。

城市固废中的重金属对水泥窑处置过程也存在一定影响。城市固废代替原料高温煅烧水泥时，高挥发性重金属(如Pb)挥发，低挥发性重金属(如Cu、Cr、Ni)被固化。Zn、Pb等重金属可以显著降低受热面附着的沉积物熔点，当温度升高时造成严重腐蚀。燃烧过程中Zn与Cl反应生成低熔点ZnCl2(318℃)，且蒸汽压较高，高温下易挥发。同时Pb主要以低熔点化合物形式存在如PbCl2、PbSO4等，易与灰尘结合并在金属管道表面冷凝沉积，形成结渣，降低金属导热性能产生积热的同时容易吸附腐蚀性成分对管道造成高温腐蚀。同时，熟料中重金属含量过高时，会和窑内其他元素结合，容易在预分解系统内壁形成结皮，影响正常生产，同时改变熟料的初凝时间、水化性能，影响水泥后期强度，并在长期暴露中逐渐释放，影响环境安全及人体健康。

因此利用水泥窑协同处置城市固废需要对入窑城市固废中Cl、S、重金属等元素含量进行控制，以保证无害化处置、工艺稳定运行和产品质量。目前我国已出台相关标准予以指导，如HJ662——2013《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》。

常规的固废处置方式存在很多缺点，考虑到我国自身国情和国家政策以及锅炉及工业窑炉特点，借助水泥、钢铁、电力等行业生产工艺的先进性，该技术在固废减量化、无害化、资源化方面效果显著，应用前景十分广阔。但城市固废组分复杂，S、Cl、碱金属、重金属等含量差别较大，高温焚烧时随着烟气产生沉积在受热面上可能加剧腐蚀，导致锅炉及工业窑炉运行效率降低，造成安全性问题，增加运行维护成本，严重限制此技术的发展应用。在高温腐蚀防护方面，通过控制入炉/窑有害元素的含量、混合焚烧、使用添加剂/吸附剂、优化工艺条件等方式抑制腐蚀的产生及使用耐腐蚀合金和涂层以延长窑炉寿命。目前，尝试采用锅炉及工业窑炉处置工艺的城市固废有市政污泥、城市生活垃圾、垃圾焚烧飞灰、塑料、废轮胎等。在协同处置固废时，需要从源头上控制入炉原料或固废腐蚀元素的含量，并合理地进行工艺设计，降低腐蚀发生率。

标签：锅炉,工业窑炉,协同处置,腐蚀风险

来源: http://www.zzzgrq.com/MediaReports/1953.html