叶育生
广州环投从化环保能源有限公司 广东广州 510900
摘要：垃圾焚烧炉是国内处理垃圾的一种重要形式之一，垃圾焚烧炉最初在欧洲、美洲等地区被广泛的推广使用，后来逐渐传入中国，并被广泛推广、运用。通过常年的使用、研究发现，垃圾燃料内存在大量氯元素，在燃烧时形成的氯腐蚀现象严重影响了燃烧炉的使用寿命。所以，做好垃圾焚烧炉氯腐蚀问题及处理措施的研究十分重要。
关键字：垃圾；焚烧炉；氯腐蚀
前言：固体垃圾燃料中含有大量的氯元素，当垃圾焚烧炉燃烧垃圾时，产生的烟气会携带大量的氯化氢气体，这些气体往往会腐蚀锅炉，影响锅炉使用寿命，因此，必须做好垃圾焚烧炉氯腐蚀问题的研究。
一、固体垃圾氯元素流向
1.1垃圾焚烧时氯元素的状态
采用焚烧的方式处理固体垃圾期间，含氯有机化合物会被分解成氯气与盐酸气体，如≤600℃时容易形成氯气、＞600摄氏度时容易形成盐酸气体。所以水冷壁、过热器受热面等在相应的温度环境下主要以形成氯气为主，这些氯气会将金属腐蚀为金属氯化物。
1.2氯元素沉积
首先，分析空气污染控制系统内部的氯处理。氯元素进入锅炉前夕，在空气污染控制系统中98%的氯元素会转变成氯化钙，接着除尘布袋会将其捕获。剩余氯元素会被排放至大气，体积浓度在10～15ppm左右。研究显示，每吨固体垃圾焚烧产生的氯气需要由5公斤氢氧化钙去除。[1]
其次，输入垃圾炉燃烧室的氯元素最终产物主要是底渣。如空气污染控制系统能从烟气流里分离、捕获飞灰及排烟时残留的飞灰。部分电厂能把垃圾炉飞灰与底渣搅拌成混合会进行处理。而且通过文献研究发现，美国某台年处理量达到96.5Wt的垃圾炉对垃圾进行燃烧处理后，发现氯元素基本全在飞灰内，同时固体垃圾焚烧期间有9成成渣滓、1成成飞灰。
1.3燃料内含Cl量对燃烧后形成的氯化氢浓度影响
固体垃圾经燃烧后，基本上全部Cl均被释放而出变成氯化氢气体。研究显示，每吨固体垃圾经锅炉燃烧后会形成5500Nm3干烟气、每吨煤燃烧后会形成11000Nm3的干烟气；但是，燃烧同等数量的固体垃圾与煤后，固体垃圾所产生的氯化氢浓度却是烧煤的10倍。
二、垃圾炉内氯腐蚀原理分析
在垃圾焚烧炉内燃烧垃圾时，氯化钠、氯化钾等盐类物质燃烧后会形成氯化氢气体，而锅炉受热面容易被氯化氢气体腐蚀，相关机理如下：
2.1气相腐蚀原理
垃圾里面的含氯有机物、无机物受高温燃烧影响，会产生氯化氢气体，氯化氢经氧化后会变成氯气，最终腐蚀金属。
2.2熔融盐腐蚀
垃圾燃烧炉燃烧垃圾时产生的烟气内含有碱性金属氧化物，它们会和氯化氢反应，形成碱金属氯化物，经冷凝沉淀后在金属外表沉积，碱金属氯化物会和烟气内硫氧化物反应形成氯化氢及硫酸盐，氯化氢经氧化变成氯气，然后发生气相腐蚀反应。同时，熔融碱金属盐例有很多混合氯化物，会降低混合物熔点。所以高温条件下，烟气里的熔融盐是液态，能够提高腐蚀速度；同时，还会出现电化学腐蚀现象，强化腐蚀效果。[2]
三、氯腐蚀影响要素及防护方法
3.1氯腐蚀影响要素
对氯腐蚀造成影响的主要是沉积的温度及粒子两大因素。
研究发现，在低腐蚀风险区域内，管子基本上不会被腐蚀；进入腐蚀区域后，管子则十分容易被腐蚀。同时，进行固体垃圾焚烧期间，应将蒸汽温度调控在450℃以下，原因是“再次提高50℃后，便能提高锅炉腐蚀速率。”综上所述，对腐蚀速率产生影响且会提高腐蚀速率的影响因素可归纳为四点：①投放的燃料内部含氯元素、硫元素、碱金属、重金属；②烟气量的波动；③存在流动的高速小颗粒烟气流；④沉积了大量飞灰颗粒。
3.2具体防护方法
首先，进行垃圾分类处理。通过进行垃圾分类，有助于降低焚烧垃圾的整体数量、增加垃圾发热总量、降低垃圾焚烧后形成的氯元素含量，对有效减少致癌物质二噁英的排放总量及降低氯腐蚀具有帮助；另外，还有助于垃圾焚烧安全性、稳定性的提升。
其次，混入添加剂实施混合燃烧。将添加剂加入垃圾焚烧炉内，可以缓解碱金属腐蚀问题，常见的添加剂以“含氯化合物硫酸铵等为主。”综上所述，硫氧化物同样和氯化钾产生反应，并且会形成相对稳定的硫酸钾沉积盐。同时，使用含硅、含铝化合物一样可以实现捕获碱金属氧化物的目标，而且能够有效降低沉积盐内氯化物的含量。
最后，敷设防腐蚀涂层。在研究烟气量波动影响的过程中，应积极引入CFD使用，模拟分析烟气颗粒运动轨迹，该方法能够对烟气流动情况、传热与炉膛里面颗粒运动轨迹进行完善；通过积攒厚实的积灰能够在某种程度上借助降低金属表面温度的形式缓解腐蚀效果，避免金属继续发生氧化反应或产生金属氯化物后在高温下挥发，从而对传热产生负面影响。现如今，最佳的方式为选择优质耐腐蚀材料进行应用，不过该方法成本较高，相对具有可行性的方法便是进行防腐蚀涂层的敷设：①敷设铝涂层；铝涂层能够改善金属腐蚀抗性，也可选择镍基合金材料使用，因为该材料抗腐蚀性在金属中十分突出；在规模较大的垃圾焚烧炉中，选用铝涂层处理受热面，将降低受热面受到的腐蚀影响，在使用中会形成致密氧化铝氧化膜与氧化铬渗铬层，这两种物质能抵抗高温腐蚀产生的影响，所以该技术具有较好的运用前景；②或能引入防磨板进行使用，实现抵抗腐蚀、磨损的预期，不过需要对防磨板可能为粒子堆积制造空间的现象进行考虑，这种情况会引发十分严重的腐蚀问题，所以，设计期间应做好相关的优化调整工作；③明确防腐蚀材料及涂层在抗腐蚀性方面的具体顺序，即：敷设铝膜的镍基合金59＞敷设铝膜的不锈钢310＞镍基合金625＞镍基合金59＞铁基合金556＞不锈钢316。[3]
结语：综上所述，本文对垃圾焚烧炉氯腐蚀相关问题进行了详细分析，如详尽阐述了固体垃圾氯元素流向、垃圾炉内氯腐蚀原理等。另外，通过结合焚烧炉氯腐蚀问题做好处理举措的研究落实，才能降低氯腐蚀问题产生的影响。
参考文献：
[1]分析城市垃圾焚烧锅炉高温腐蚀机理及防护技术[J].孙晓钟.智能城市.2020(07):246-247
[2]垃圾焚烧锅炉关键受热面腐蚀研究进展及方向思考[J].蒋旭光,刘晓博.中国腐蚀与防护学报.2020(03):205-214
[3]面向垃圾焚烧炉应用的抗高温氯腐蚀涂层技术[J].叶林,阮新宇,胡海城等.热喷涂技术.2020(01):69-76