低温腐蚀

水泥熟料在煅烧过程中，所产生的烟气对金属产生腐蚀，按温度分为两类，即高温腐蚀（＞400℃）和低温腐蚀（＜400℃）。预分解窑生产过程中，所出现的低温腐蚀通常为水介质产生的化学反应。主要出现在预热器、废热发电、生料磨系统的烟气收尘系统、冷却机废气系统等部位的装备，腐蚀损坏了金属部件和壳体，增加了装备的维修工作量和费用。

水泥熟料生产所需的原燃料中，含有不同程度的碱、氯、硫等化合物，在熟料煅烧过程中，这些化合物在高温下挥发，此外，燃料在燃烧过程中产生的CO2和碳酸钙分解产生的CO2，以及原燃料中的水分蒸发产生的H2O，也随高温烟气后逸。在此过程中，挥发成分冷却循环富集，在500℃以下，与水作用，生成各种对金属产生腐蚀的酸，主要有亚硝酸、硝酸、盐酸、亚硫酸、硫酸等（见表1）。

上述酸类物质中，最多且对金属腐蚀最为严重的是SO3与水作用生成的H2SO4。从预分解窑熟料煅烧情况来看，在窑头和分解炉燃烧的煤粉中，所含的有机硫，在燃烧时生成SO2并随烟气后逸与碳酸钙分解生成的CaO作用，生成硫酸钙（CaSO4）和原料中所含的CaSO4一起随窑料进一步加热，生成熟料，成为熟料成分。而生料中所含的有机硫和硫化物在600℃以下的温度时，在氧的作用下，生成的SO2随烟气排至余热发电系统和生料磨系统中，部分SO2与Ca⁃CO3作用，生成CaSO3，随烟气进入收尘装备内。

图1 SO2烟气测试装置

原料中的有机硫和硫化物生成的SO2究竟有多少进入收尘装备内，目前尚不清楚，由SO2生成的H2SO4的含量是决定金属腐蚀的关键参数，若能测定烟气中的SO2含量，通过含量来判断腐蚀程度，从而采取措施，可减缓金属腐蚀。

1 高尘烟气中SO3的测定

现有工业中，测定烟气中SO2含量主要为大型电站的锅炉烟气，电厂的锅炉烟气中粉尘含量仅为1g/m3（标），常规测定装置能够精确测定其含量。而水泥厂的预热器、余热发电、生料粉磨系统所产生的烟气中粉尘含量大致为30～500g/m3（标），且烟气温度低于100℃～130℃，易产生冷凝，阻塞测定装置，难于得到准确数据。为此，德国水泥工厂协会（VDZ）提出测定水泥厂烟气中SO2的含量。

常规的SO2烟气含量测定由烟气取样器和金属过滤器组成（图1），由于烟气温度低、含尘量高，测试时烟气很快被粉尘堵塞，一般5min后SO2含量就会下降（图2）。

为解决粉尘阻塞问题，对烟气取样装置进行了改进（图3）。测试的SO3的数值可达90mg/m3（标），充分证实烟气内含有SO3。此外，SO3在低于500℃的工况下，与水作用生成H2SO4。通常计算硫酸的露点经验公式如下：

V=122.4+27.6lgPH2O+18.7lgPH2SO4式中：

V——H2SO4生成露点温度

PH2O——H2O的实际压力

PH2SO4——H2SO4的实际压力

图4为某水泥厂对H2SO4露点测试数值和理论露点的比较结果，在预热器废气烘干生料系统中，当温度低于130℃，出现H2SO4冷凝而腐蚀金属。

表1 熟料煅烧产生对金属腐蚀的各种酸

图2 常规SO2烟气测试装置堵塞状况

图3 改进后的烟气测试装置

2 减少H2SO4对金属的腐蚀

减少H2SO4对金属腐蚀的方式有三种，即：电化学保护，反应物性能的影响或改变反应工况，将金属与腐蚀环境隔离。上述三种方法中，第一种方法费用太高且不实际。第二种方法若工厂在使用高含硫原料造成烟气中SO2过量时，通过改变原料成分能减少SO2生成量，但很难大幅降低SO2，因此大量改变原料性能不太实际。第三种方法，当预热器烟气内含有较高的SO2含量时，可向烟气喷射 Ca(OH)2溶液，与 SO2生成 CaSO4，大幅降低烟气中SO2的含量，相应减少H2SO4对金属的腐蚀，所生成的CaSO4可在水泥粉磨中作石膏用。另一种方式是在稍高于废气露点温度的烟气内，适当增加烟气温度，在某种情况下，增加10℃即可能避免H2SO4冷凝。此外在金属表面涂以防止H2SO4腐蚀的涂层或采用防H2SO4腐蚀的合金或耐酸钢，均可取得良好的效果。上述方式的实施由工况条件和费用决定。

图4 用于水泥厂的相关实际压力和工厂测试的H2SO4等温露点曲线