垃圾焚烧锅炉的高温氯腐蚀研究进展

祝英杰

摘 要：垃圾焚烧是现阶段处理垃圾期间使用次数比较多的一种方式，而高温氯腐蚀往往是垃圾焚烧技术的研究热点，所以，对垃圾焚烧锅炉的高温氯腐蚀研究进展进行分析后可知，不少研究学者认为高温氯腐蚀的主要原因是熔融盐腐蚀以及HCl 气体腐蚀，针对减少腐蚀速率所采取的措施有涂层防护、添加助燃剂等。

关键词：垃圾焚烧炉;高温氯腐蚀;活化氧化;腐蚀动力学

引言

垃圾成分本身就存在着较强的繁琐性，其中固有废弃物有废金属、厨余物等，而且还存在诸多氯 、碱金属等相关有害元素，这些成本基于高温焚烧之后很容易衍生出HCl 气体以及KCL等沉积盐，继而增加腐蚀情况发生的概率，碳元素的存在和高温腐蚀密不可分。高温腐蚀会增加事故发生的次数，也会对垃圾焚烧技术发展的脚步产生较大的阻碍。所以，如何处理垃圾焚烧锅炉高温氯腐蚀问题是非常重要的。

1高温氯腐蚀的特点

第一， 氧化膜疏松多孔 ，不存在着较强的附着性。从客观的角度出发来讲，腐蚀产物氯化物FeCl2基于500℃状态下高蒸汽压情况比较明显，一些固态氯化物在这种状态下逐渐形成气态，并随着氧气浓度上升而发生氧化情况，继而重新转化为相应的氯气以及氧化物，经过充分反应之后得到与之相匹配的氧化膜，和无氯条件下的氧化膜进行对比后有着较多的缺点，比如黏附性不强等，无法起到保护的作用。因为氧化物向外挥发，所以导致锅炉基体留下了相应的空洞，倘若氯化物无法百分百地通过氧化膜时，那么这个时候在氧化膜内氧化从而形成与之相匹配的内部应力，继而增加鼓泡等情况发生的概率。

第二，腐蚀突变。我们都知道在刚开始发生氯化腐蚀情况时，腐蚀的速率是很惊人的，然而随着时间的流逝，腐蚀速率也呈现出日益降低的状态，这种情况在以下几个场合中均是十分典型的：一是垃圾焚烧现场;二是金属表面氯化盐膜实验。针对2205双相不锈钢基于ZnCl2‐KCl盐膜下450℃的纯氧腐蚀动力学曲线情况，请看图1所示。对图1进行深入剖析后，可以得知：0～6h之间的合金的腐蚀速率几乎是处于不变状态的，当腐蚀10h以后，腐蚀情况也趋于稳定化。显然这种情况的存在，从侧面反映出高温腐蚀速率和HCl的浓度关系不密切，这是由于当氧化膜和基体之间慢慢衍生出相应的物质，这样就好比是在金属表面镀上了与之相匹配的氯化物盐膜，继而令氯化物浓度影响持续下降。Zahs针对合金基于氧气以及HCl状态下进行了深度剖析，结合相关实验结果显示，腐蚀程度和HCl浓度并不存在着密切的联系。但是还有说回来，关于温度对HCl腐蚀的影响还要在日后研究中多下功夫。

2腐蚀影响因素

2.1金属材料

因为合同本身存在区别，所以受到腐蚀的程度也是不尽相同的。基于同一状态下，金属腐蚀的程度通常与以下几点存在着息息相关的联系：一是Gibbs自由能大小;二是高温稳定性。对高温稳定性进行分析后可以得知：其实际上熔点蒸汽压、产物的分解压等。通常情况下，Gibbs自由能不高的话，腐蚀产品的高温稳定性就越明显，而且金属的抗腐蚀性能也就越强。针对Gibbs自由能反应式，请看以下内容：

对以上内容进行分析后可知，Ni比Fe、Cr元素抗高温腐蚀性能效果显著。除此之外，以下几种因素均会对高温热腐蚀产生不同程度的影响：一是金属材料的表面状态;二是热处理工艺;三是涂层材料等。

2.2硫的影响

我们都知道除了氯腐蚀之外，硫元素经过相关化学反应被氧化成SO2、SO3，也会对高温腐蚀产生一定的影响。无论是针对SO2还是SO3而言，均会在第一时间和KCl发生反应，继而演变成与之相匹配的K2SO4沉积盐。结合相关实践调查可知，很多研究人员认为，此反应形成的K2SO4层能够在很大程度上预防HCl和Cl2的扩散，最大限度地减少其腐蚀情况的出现。还有一些研究人员发现，当基于500℃的状态下，316L不锈钢材料过热管在实际腐蚀期间，SO2具备相应的保护能力，这是由于相对于HCl以及KCl来说，K2SO4倘若形成就会处于比较稳定的状态，且不会再对金属产生不利影响。Davidsson认为，SO2的有效渗透在无形当中加快了K2SO4沉积盐形成的速度，同时随着HCl的渗透则会进一步加快腐蚀的脚步。

2.3温度影响

从客观上讲，无论是针对金属温度还是烟气温度来说，均会对氯腐蚀产生较大的影响。结合相关资料显示，一些研究学者对此进行了深层次的研究，在研究期间得知，各种铁基材料在随温度持续上升期间，会令HCl腐蚀速率迅速增加。究其原因主要与以下两点密不可分：一是温度的上升在很大程度上加快了反應速度;二是因为金属氯化物的蒸汽压基于温度上升而持续提高，加快了腐蚀速度。

针对沉积盐的腐蚀情况而言，温度的影响存在着一定的繁琐性。就金属钾稳定存在形式随温度变化情况，具体内容请看图2所示。

对以上图片进行深度剖析后，可以发现：基于低温状态下，钾通常存在形式有KCl、K2SO4、K2OSiO2;基于高温状态下，钾一般存在形式有KCl、KOH。通过对硫腐蚀以及氯腐蚀的深度剖析后，我们可以从中了解到温度对沉积盐氯腐蚀金属速率的影响和垃圾的元素成分存在着息息相关的联系，基于1200℃的状态下，可以看到硫含量多除了会令K2SO4呈现出日益上升的趋势之外，会让，KCl含量下降，结合以往的研究，这个时候沉积盐腐蚀速率会有所下降。

3防护对策

要想降低腐蚀情况发生的概率，那么就要从以下几点入手：一是垃圾分类;二是涂层防护;三是添加助燃剂，具体内容如下：

3.1垃圾分类

从客观的角度出发来讲，垃圾分类除了可以最大限度地降低垃圾焚烧总量之外，还能够在一定程度上令氯元素含量得到有效减少，继而减少高温氯腐蚀情况发生的次数，促使垃圾焚烧的可靠性与稳定性得到进一步的强化。结合相关资料显示，在瑞典、丹麦等相关国家中，分类回收垃圾占据总垃圾数量的80%到90%。

3.2涂层防护

针对金属表面覆盖保护性涂抹层来说，是降低高温氯腐蚀情况的主要方式，存在着较强的可行性，该方法要求涂层的热膨胀系数和金属集体相匹配，同时防护材料要以致密程度高的材料为主，这样做的目的是为了减少HCl、Cl2透过，除此之外还要辅以切实可行的沉积法令涂层满足各种结构形态。从客观上讲，镍铬合金就是一种效果比较明显的涂层，能够从源头上减少金属基体的腐蚀速率。结合相关实践调查可知，Hearley报道了一种借助于高速氧燃料（HVOF喷涂）热喷涂制作防高温氯腐蚀的涂层手段。和其他喷涂方式进行详细对比可知，HVOF喷涂存在着较多的优势，具体体现在以下几个方面：一是低氧化水平;二是高密度等，因此防腐蚀效果明显，并且该涂层方法在相关领域中得到了充分论证。HVOF涂层通过科学处理之后还能够实现防腐目的。除此之外，还有相关报道表示能够借助于化学气相沉积手段喷涂等相关材料，继而达到防腐的目的。

3.3添加助燃剂

相关人员可通过添加助燃剂的方法来降低碱金属腐蚀情况发生的次数，通常为添加含硫化合物如硫酸铵 。就像前面所说的那样，硫氧化物会和KC1发生相应的化学反应，经过一段时间反应后会形成与之相匹配的K2SO4沉积盐。针对其他的添加剂而言，还包括含Si以及Al的化合物，并且可以快速实现捕捉碱金属氯化物的目的，继而从源头上令氯化物的成分得到有效降低。除此之外，通过对金属材料的温度以及气流模式的科学把控，可以实现预防高温腐蚀的效果，比方说过热器的气流模式使用并流式，可从源头上减少高温腐蝕情况的出现。

结语

针对垃圾分类来说，其能够在很大程度上降低高温氯腐蚀，减少垃圾焚烧量。倘若垃圾成分处于稳定状态时，那么温度越高则腐蚀情况越发明显，不同的金属材料，抗腐蚀性能也存在着天壤之别。在高温氯腐蚀的防护方面，可借助于镍铬合金涂层以达到防腐目的。除此之外，通过在垃圾焚烧期间添加含铝、含硫等相关助燃剂的方法也能够起到预防腐蚀的作用。

参考文献：

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