辽宁2013年初2第6单元第4节语文课_焚烧外理金属材料的固体垃圾解析.doc

金属材料垃圾摘要：综述了国内外垃圾焚烧的发展概况，探讨了垃圾焚烧环境中金属材料的高温腐蚀行为和腐蚀机理，并概括了当前服役于这种腐蚀条件下耐蚀材料和高温涂层的必威体育精装版发展和应用。关键词：金属材料；垃圾焚烧；高温腐蚀固体垃圾中有许多材料可以分类回收、再循环利用，也有大量的垃圾适合焚烧处理。目前发达国家已广泛应用以燃油或煤气为辅助燃料的焚烧法来处理固体废弃物 [1]，如在西欧国家有10%~80%的固态垃圾通过焚烧法处理。有关垃圾焚烧技术的研究和应用在我国开展得较晚，仅有少数大城市已建或在建了一批垃圾焚烧发电工厂(装置)，不过整体发展态势迅猛，已被许多城市列入未来城建规划之中。可以预见，由于焚烧法可对固态垃圾实现无害化、减容化和资源化的有效处理，并且在技术上较为成熟，建造大型垃圾焚烧厂并实现热电联供将成为未来都市处理固体垃圾的主要手段，具有很好的社会效益和经济效益。但垃圾焚烧过程中严重的材料高温腐蚀问题无疑将成为限制垃圾焚烧炉有效运行的关键问题之一[2~4]。1垃圾焚烧环境中的腐蚀特点与一般燃料锅炉中的燃气(重油、煤、天然气)相比，垃圾发热值低而含水量高，含有更多种类且浓度更高的腐蚀性介质(表1)，质地相当低劣。垃圾中原有的和焚烧新产生的具有强烈腐蚀性的复杂气体和氯化物与硫酸盐在高温下对受热面金属管壁造成的危害是致命的，尤其最近为降低NOx排放量而采取的低氧燃烧容易形成局部的还原性气氛，更使材料遭受加速腐蚀[5，6]。另外，由于垃圾形状不均，质量随季节、年代和地区而变化，相应的热值变化幅度较大，结果焚烧过程中烟气温度和成分波动也很大。最终垃圾焚烧环境中发生的腐蚀问题比燃煤过程中更严重。如我国第一座焚烧垃圾发电厂-深圳市环卫综合处理厂的垃圾焚烧炉，由于垃圾中氯、硫成分较高，其过热器投运100d即遭严重高温腐蚀[7]。由于未来垃圾热值的不断提高和橡胶塑料中氯化物含量逐渐上升，垃圾焚烧炉中的腐蚀环境会愈加苛刻，材料的腐蚀问题必将成为进一步提高焚烧发电效率的严重障碍。因此，为保证焚烧设备经济并安全的服役寿命，需要就其腐蚀问题开展针对性的研究 并提供有效的防护措施。 表1 2焚烧环境中的常见腐蚀行为垃圾焚烧炉中腐蚀环境十分复杂，燃烧的不同区段和过程既包括烟气引起的高温氧化、硫化、氯化、碳化等氧化性和/或还原性气氛腐蚀，还有焚烧灰和熔融灰引起的熔盐腐蚀。因此腐蚀类型除氧化外还有：CO腐蚀，H2S/SO2引起的硫腐蚀、盐腐蚀，而最主要的则被认为是含氯介质引发的氯化腐蚀。2.1CO气体腐蚀高温低氧燃烧条件下使烟气中产生大量CO还原性气体，使得保护性的Fe2O3、Fe3O4氧化膜转化为不具保护性的魏氏体FeO，后者可能与CO进一步反应形成铁的碳化物。但CO本身造成的腐蚀并非是导致材料退化的主要原因，其机理往往在于加速了氯化侵蚀。 2.2盐腐蚀处于焚烧环境中的金属材料，其表面上粘附堆积的粉尘中除金属氧化物外，还含有高浓度的碱金属、碱土金属和其他重金属的氯化物和硫酸盐。其中PbCl2、 ZnCl2和SnCl2都是低熔点的氯化物，其他的氯化物如NaCl、KCl和FeCl3熔点虽不太低，但可与其他物质结合形成低熔点的共晶混合物，大大增加了高温部件金属材料的腐蚀速率[8，9]。表2给出了垃圾焚烧环境中较为常见的几种金属氯化物或其共晶盐的熔点。作者及所在课题组成员近来研究合金在模拟垃圾焚烧环境中的腐蚀行为时也发现，即使在350~450℃的温度范围内，当合金表面涂有重金属氯化物混合盐时，一种镍基合金表面出现了大量的瘤状缺陷，而SS310和HP耐热钢则发生了严重的氧化膜剥落现象。这些金属氯化物盐的侵蚀被认为是造成垃圾焚烧炉金属材料腐蚀的主要原因。事实上，材料服役过程中的盐腐蚀往往是一个氧化、氯化、硫化及电化学腐蚀同时并存的复杂反应过程，受到各种腐蚀介质的交互作用影响。 表2 早期研究曾认为垃圾焚烧炉的腐蚀破坏主要由硫引起，实际上固体垃圾中Cl浓度通常较高(0.5%~2.0%)，而硫浓度为0.1%~0.4%，目前人们已逐渐倾向于认为垃圾焚烧中氯化腐蚀是主要因素[10~12]。实际上，Cl的高活性使其在高温条件下可与几乎所有的金属发生反应，形成的氯化物具有低的熔点和高的蒸汽压。同时Cl的出现提高了形成保护性氧化膜所需的氧分压，使得氧化膜开裂并变得疏松多孔，降低了其有效附着性和保护性[13，14]。 在还原性气氛中气体中几乎所有的Cl以HCl形式出现，可以直接与氧化膜反应： 在氧化性气氛中HCl则氧化生成Cl 此外氯化物盐如NaCl与氧化膜中氧化物的反应也可产生Cl2 如果Cl可穿过氧化层在氧化膜/金属界面上积聚，由于此处氧压较低，氯压升高到一定程度后可在此处与铁或者合金化元素发生反应 而金属氯化物通常都具有相当高的蒸汽压，因此将连续