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1、垃圾焚烧炉内壁耐高温腐蚀涂层研究现状及发展趋势目录0前言21 垃圾焚烧炉的高温腐蚀机理122 防止和减缓腐蚀的措施32.1采用耐腐蚀高温合金钢32.2热喷涂耐腐蚀金属涂层232.3耐高温防腐涂层342.4机械防腐措施43 耐高温腐蚀涂层发展现状43.1铝化物涂层43.2金属涂层53.3表面结构改性涂层54 耐高温涂层的发展趋势55 结论5垃圾焚烧炉内壁耐高温腐蚀涂层研究现状及发展趋势江西科技师范大学 熊赣摘要：通过对锅炉内部高温腐蚀机理的分析，是焚烧过程中产生的HCl 等酸性气体，是造成垃圾焚烧炉高温腐蚀的主要原因。总结各种防止高温腐蚀的方法，并提出了炉内壁的耐高温腐蚀涂层的研究现状及发展趋势
2、。关键词：垃圾焚烧；高温腐蚀；涂层研究0前言全世界每年排放的固体废物约为80100亿t，且随着工业发展和人口增长，这一数字还在逐年递增，由于垃圾对环境造成了恶劣的影响，如何处置这些垃圾已经成为当前环境保护的重要内容。垃圾焚烧法由于处理量大、减容量大、热能可回收的特点而得到迅速发展。在垃圾焚烧热能资源回收中，垃圾所含的盐分、塑料成分较高，与其它燃料相比，其燃烧气体产物中含有大量的氯化氢等腐蚀性气体和灰分，当垃圾焚烧锅炉的蒸汽温度超过300时，采用碳钢材料的过热器管就会被高温氯和氯化物迅速腐蚀，因此通常其蒸汽温度不超过300，在如此低的蒸汽参数下发电，其发电效率最高约为12。如果蒸汽温度能提高到4
3、00，发电效率可以达到21，则更有利于垃圾焚烧炉发电技术的推广应用。生活垃圾作为燃料具有含水量高、低位发热量、低组分、成分变化大等特点，在运行过程中，其特有的燃烧工况对锅炉的金属受热面产生腐蚀，主要有以下几方面原因：生活垃圾在炉内燃烧过程中，分解出浓度较高的氮化物、碱性金属、焦硫酸盐和与腐蚀相关的一些重金属及较低熔点的混合物在高温烟气和金属管壁温度较高条件下其综合作用主要在过热器位置对金属受热面产生高温腐蚀。HCl对炉壁的强腐蚀，烟气中携带固态颗粒和频繁吹灰引起受热面金属管壁冲刷磨损和腐蚀磨损。1 垃圾焚烧炉的高温腐蚀机理1垃圾焚烧过程中HCl的产生一般认为是由于有机氯化物的取代基脱除，总的反
4、应结果可以表示为：CnHmCIp+02XC02 +YCO+ZH20+WHCl。氯化氨气体对人类健康和植物的危害性很大。除此之外，已有多篇文献指出氯化氢气体对焚烧炉的焚烧殴备本体有着很强的腐蚀作用。一般认为，氯在焚烧炉中对金属管道可能发生的腐蚀反应包括： Fe+2HClFeCl2+H22Fe+6HCl2FeCl3+3H22Fecl2+C122FeCl2Fe+3C122FeCl4FeCl3+3023Fe203+6C124FeCl2+3023Fe203+4C12Fe2O3（保护膜）+6HCl2FeCl3+3H2O4FeCl2+022FeCl3+2FeOCl4FeOCl+022Fe203+2C12只要
5、HCl和C12不断补充，腐蚀反应就一直进行。此外，FeCl3熔点为282，较易挥发。对保护膜的破坏较为严重。除对Fe、Fe203，的侵蚀外，氯与氯化物还可在一定条件下对Cr2O3保护膜构成腐蚀：2Cr203+4Cl24Cr02C12Cr203+4HCl+H22CrCl2+3H202Cr203+8NaCl+502一4Na2Cr04+4C124CrC12+3022Cr203+4Cl2当氯、硫化台物共存时：2MCl+S03+H20M2S04+2HCl2NaCl+S03+02一Na2SO4+C12可见氯、硫化物的同时存在并借助于H20和O2不仅可加速硫酸盐的生成，也有利于HCl、C12的形成进而加速高
6、温腐蚀过程。上述的反应方程很直观的展示了高温腐蚀的机理，我们应该采取什么方式来控制这种腐蚀呢？2 防止和减缓腐蚀的措施2.1采用耐腐蚀高温合金钢垃圾焚烧炉中的高温腐蚀以Cl为主，Cl和Ni生成的NiCl熔点高1030 。垃圾焚烧炉过热器选用材料时，要综合考虑S 和Cl 的腐蚀特点以及腐蚀的气氛（氧化还是还原）。耐Cl 腐蚀的高温合金钢材料价格较贵，选用这类材料必须权衡材料消耗费用和使用寿命的得失，进行经济评价，以选择经济性最佳的防腐方案。2.2热喷涂耐腐蚀金属涂层2用于防腐的金属涂层能够在管道与腐蚀介质之间形成障碍层，从而起到保护作用。热喷涂技术主要有以下4种：火焰喷涂、超音速火焰喷涂、等离子
7、喷涂及电弧喷涂。火焰喷涂是最早采用的喷涂技术，但其效率低、成本较高、涂层与基材之间的结合强度低。超音速火焰喷涂(HVoF)和等离子体喷涂可获得孔隙率低、密度高以及与基材结合强度好的高质量保护涂层，但该两种工艺设备较昂贵，而且合金粉末材料成本也高，使它们的应用受到了一定的限制。电弧喷涂的优点表现在涂层性能优良、喷涂效率高、能源利用率高、设备与材料的费用低，使电弧喷涂的成本远低于其它喷涂方法的成本。目前美国、英国、德国、日本、法国等已将电弧喷涂应用于电站锅炉的防腐保护，经济效益显著。通过调整电弧喷涂材料的化学成分，使涂层具有耐Cl耐S的腐蚀特点，而将这一技术用于垃圾焚烧炉中相信是可行的。2.3耐高
8、温防腐涂层3耐热涂料一般是指工作温度在200 以上，仍然保持其良好的物理和化学性能的涂料。将具有耐腐蚀性的耐热涂料敷在垃圾焚烧内壁上可以起到防腐的目的其中纯有机硅清漆可耐200250，以有机硅为4基料加入金属粉、耐热填料、玻璃料配置的涂料可耐300700。有机硅耐热涂料具有较好的耐热性、耐水性和良好的机械性能，但硬度化、耐燃性较差、价格较高。无机型耐热涂料耐热温度可达4001000，甚至更高。无机型耐热涂料耐燃性好，硬度高，但漆膜较脆。为了扬长避短往往采用有机树脂与无机涂料进行匹配或化学改性的无机一有机型耐热涂料。2.4机械防腐措施适当加厚处于腐蚀温度区的受热面管壁或使其不与烟气接触。如在高温
9、过热器迎风面加装防磨罩，可以减缓HCl 腐蚀的速度。经实践证明，在加装防磨罩后，可以减缓高温过热器管高温腐蚀速度。3 耐高温腐蚀涂层发展现状3.1铝化物涂层铝化物涂层是在20世纪50年代发展起来的,主要通过热扩散的方式获得。镍基铸造高温合金K304,K417,K419,DZ5,DZ22;铁基高温材料5GH2135、GH2130等合金制造的涡轮叶片都采用固体渗铝零件渗铝后,镍基、钴基和铁基合金表层主要成分是NiAl,CoAl,(Fe,Ni)Al,这些铝化物在高温氧化时生成致密的Al2O3膜,可以有效地阻碍高温氧化继续进行。目前,90%的高温防护涂层仍在应用这种涂层。3.2金属涂层制备这类涂层可选
10、择的技术手段有多种，包括物理气相沉积（PVD）、热喷涂、电镀、化学镀、激光熔覆等。其中PVD和热喷涂应用最多。PVD6是利用热蒸发或辉光放电、弧光放电等物理过程，在基材表面沉积所需涂层的技术。热喷涂7是利用热源把喷涂材料加热熔化或软化，靠热源自身的动力或外加的压缩气流，将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束，以一定速度喷射到基体表面形成涂层的工艺方法。3.3表面结构改性涂层这种涂层不改变合金表面的成分,仅改变组织结构,能大幅度提高合金的抗高温腐蚀性能。采用激光表面重熔、高能脉冲表面处理、表面喷丸8、热处理等技术使合金表面形成微晶层或纳米晶层,采用磁控溅射等方法在合金表面沉积相同成分的微晶或纳米合金涂
11、层,都可以加速被氧化元素沿晶界向外短路扩散,在合金表面形成性能优异的抗高温保护膜。4 耐高温涂层的发展趋势智能涂层9(SmartCoatings)能对环境产生选择性作用或对环境变化作出响应,而实时改变自身一种或多种性能参数以适应环境的变化。它被认为是21世纪新一代涂层发展的方向,已引起了广泛的关注。智能涂层的特点主要有:(1) 具有“智能”的功能,即缺陷的自愈合功能；(2) 涂层厚度范围较大,在几纳米到几十微米；(3)以固体薄膜的形式稳定存在,不易被周围的水、油或其他液体溶解；(4)与周围环境接触的表面积比较大，能快速对环境产生作用或者响应环境的改变。智能涂层赋予了涂层既抗高温氧化又抗低温热腐
12、蚀的功能。英国克兰菲尔德大学、伯明翰大学与一些企业合作研制成功的“智能”型涂层,能根据燃气轮机部件不同的类型腐蚀进行防护。5 结论铝化物涂层和金属涂层价格经济，发展年代久，工序不复杂且比较实用符合我国国情，目前应用在焚烧炉内壁最好。表面结构改性涂层工序比较复杂且价格比较贵。智能涂层看起来比较梦幻，但是技术还不够成熟。“智能”就是21世纪的代表。它有很大的发展潜力，但现在应用到锅炉内壁价格昂贵，不符合我国国情。但随着科技的发展它也一定会变得应用更加广泛，价格能被接受。References:1.蒋旭光与王忠民, 垃圾焚烧烟气高温腐蚀机理的研究. 电站系统工程, 2002. 18(2): 第53-5
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