废弃物焚烧装置中的防腐技术
武兵王天堂沈伟陆士平
(上海富晨化工有限公司200233)
摘要：本文详细阐述了废弃物焚烧装置中的骤冷塔、洗涤器、烟囱等部位的腐蚀原理和相应防腐材料技术，并对多年的实际防腐蚀应用经验进行了系统的总结，这就为废弃物焚烧装置中的防腐提供可靠的处理方案，包括树脂的选择和设备的结构形式。
关键词：废弃物；乙烯基树脂；防腐蚀；骤冷塔；洗涤器；烟囱

1．前言
改革开放以来，随着国民经济的高速发展、人口的不断增多以及人民生活水平的日益提高，各种废弃物的产生量也日渐增多,废弃物对环境的污染已经成为日益严重的问题之一。如何经济、有效地进行废弃物处理已成为城市发展中一个不容忽视的问题，焚烧法是目前国内外最通用的废弃物处理方法，是将废弃物置于高温炉中，使其中可燃成分充分燃烧后，烟气经过达标处理后再通过烟囱排放的一种方法。因垃圾的成分复杂且含有大量的腐蚀性物质，一般的处理方法是采用湿法脱除有害气体，烟气中含有粉尘，二氧化硫、氟化氢、氯化氢、氮氧化物、水蒸气、亚硫酸和硫酸等复杂的组分，并且酸碱交替，干湿交替，腐蚀与磨损并存，脱硫设备必须承受多种多样的物理、化学、温度和机械负荷，特别是其中新生的亚硫酸、硫酸、氢氟酸和盐酸是导致设备腐蚀的主体。在此过程中有三个部位最容易受到腐蚀：1.骤冷塔2.洗涤器3.烟囱
作为一个提供高性能特种防腐蚀树脂的厂家，上海富晨化工有限公司多年来与该行业中的许多厂家建交了良好的合作机制，积极在行业中推广高性能耐腐蚀非金属材料，使困扰一些厂家多年的腐蚀问题得以解决，确保了装置的长周期运转，因此，本文结合多年的成功应用经验和部分典型案例，对一些高性能耐腐蚀树脂及其相关产品在废弃物焚烧装置中的应用加以总结。

2、焚烧装置中主要部位的防腐蚀
2.1骤冷塔
2.1.1骤冷塔的工作环境
从废弃物焚烧中产生的气体在排放前必须予以净化，此净化过程通常先将热气体导人骤冷塔，在这里用水喷洒使热气体的温度迅速下降。烟气进口温度一般在220℃左右,最高时达到300℃左右。烟气从骤冷塔出来时温度下降到40~70℃,进入洗涤器进行冲洗操作。
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在此过程中,烟气的温度降幅较大,骤冷塔承受了很大的热冲击,而烟气中含有的大量酸性腐蚀性物质,在温度降低后形成酸雾则具有极强的腐蚀性，所以对制造骤冷塔的材料就有较高的要求：耐腐蚀、耐热、耐热冲击。过去一般采用整体不锈钢或碳钢内衬防腐材料衬里的结构，但即使用不锈钢如耐热镍合金（镍含量大于50）来制作,也不能使用很长时间，国外做过此类实验，用耐热镍合金做的骤冷塔在使用6000h后5mm厚的镍合金板已被腐蚀到只剩2mm。橡胶衬里的防腐蚀特性虽然不错，但是承受不了这么高的热冲击，包括在FGD系统中和垃圾处理系统中，橡胶衬里的一般推荐使用温度均不能超过100℃。衬砖曾经是一种传统的材料，但是要求衬里不能有砖脱落，因此实际使用时很难找到一种能把砖和容器很好黏结起来的胶泥，另外衬砖工程造价相对来说也贵。所以过去碰到此类问题时，一般厂家会选用钛合金来做，使用效果虽好，但价格过于昂贵。随着有机类新材料的不断推出，人们越来越希望能有一种新材料以较低的价格在此领域来取代钛合金，满足人们的使用要求。上海富晨公司作为专业的高性能防腐蚀树脂的生产厂家，一直致力于此类材料的开发，经过几年的努力，成功推出了一种新材料：高交联密度的环氧乙烯基树脂FUCHEM898，此树脂是采用高环氧值、多官能的酚醛环氧树脂与甲基丙烯酸反应而成，有很好的耐热性能（Tg=190℃，HDT=155℃），此产品的热变形温度（HDT）高出标准的酚醛环氧乙烯基酯树脂（如890树脂等）20~30℃，实际使用时长期温度可达到230℃，瞬间可承受的气相高温可达到300℃，可使其复合材料经得住骤冷塔中的热冲击，我们曾经用标准的酚醛环氧乙烯基做过对比试验，在试验过程中发现标准型的酚醛环氧乙烯基树脂耐热性能还不能很好的达到要求。该高交联类型树脂的特殊化学结构赋予了该树脂独特的理化特性，我们对此树脂的耐高温性能做了测试，从表中的数据可以得出：其玻璃钢在高温条件下仍具有高的强度保留率，结果见下表：

表1连续高温下的FUCHEM898树脂玻璃钢弯曲强度保留率

温度弯曲强度保留率
7天90天180天365天
200℃103價c
175℃1001噕
150℃102棔?br/>注：表中的数据表示经连续高温放置后的弯曲强度保留率，以25℃下的弯曲强度为100。
采用此树脂制作的整体玻璃钢骤冷塔，造价只有钛合金的1/3左右，可以很好的满足使用条件，正得到越来越广泛的应用。
2．1．2整体玻璃钢骤冷塔的特点
玻璃钢是发展较早、应用广泛的一种复合材料，具有十分显著的性能特点，与金属材料或其他无机材料相比，它具有重量轻、比强度高、电绝缘、耐瞬时超高温等特点，是一种兼具功能和结构特性的新型材料，玻璃钢骤冷塔较其他材料制成的骤冷塔更适用。因为其相对具有以下优点：
玻璃钢能提供更宽范围的耐腐蚀性能；
由于玻璃钢传热慢，保温性好，在需要保温的场合，玻璃钢设备可以不需要隔热层；
玻璃钢的材料成本相对要低；
使用寿命更长；
玻璃钢比重小，使得其更易运输，也意味着支撑用的钢材更少。所以其综合安装费用更低。
2．1．3整体玻璃钢骤冷塔的铺层设计
为了使玻璃钢设备达到最好的抗高温和耐热冲击性能，玻璃钢的铺层设计显得尤为重要，特别对于骤冷塔，所以骤冷塔的玻璃钢铺层设计应该考虑以下因素：一、气体的热容量低；二、玻璃钢是导热系数比较低，意味着即使气体本身温度较高，它也不能传导足够的热量到玻璃钢层板，使其整个玻璃钢层板不能平均地达到与此气体相同的温度，从而造成因层间热膨胀不同而产生层间应力的集中。其次这些气体通过急冷部位时的流体形式实质上通常是湍流的，此湍流可引起塔壁的某些局部区域加热到比其他地方更高的温度，此温差将导致热膨胀的不同，从而在层板壁中引起应力的集中。为了克服或释放其中的应力，必须改善层板的导热性，所以在设计中我们推荐把导热性能良好的增强材料（如碳纤维和石墨粉）复合到玻璃钢层板中。
在骤冷塔的制作过程中，内衬层的制作显得尤为重要，是影响玻璃钢整体性能的关键，而其它部位的制作则是与其它玻璃钢设备的制作工艺没有差异。在内衬层制作时，应先用薄的碳纤维布做内表面增强层，其功能是要利用碳纤维布的良好导热性确保把气相温度比较均匀地传播到容器表面，从而消除层板壁上的应力，由于碳纤维的制作成本较高，接下来我们可以用短切毡制作次内衬层，树脂中应加入15-20的石墨填料，目的也是消除层间的应力。为检验此热屏蔽的效果，我们将层板加热到220度，然后用室温的水管喷射，发现不含碳纤维和石墨的玻璃钢层板发生分层，而含有碳纤维和石墨层交复结构的FRP则未出现分层。内衬层的厚度则由进入塔器的气体的特性决定，一般是在3-5mm之间，制作时应严格控制纤维的含量以获得均匀的层板。
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图2.1内衬层剖面图
2．1．4应用
在一海滨城市的垃圾焚烧厂中，整体玻璃钢制作的骤冷塔已经使用将近三年，使用情况良好。

2．2洗涤器
2．2．1洗涤器的工作环境
洗涤器是湿法烟气脱除有害气体成分的关键设备，洗涤系统内部环境十分复杂，固体、液体和气体互相搀杂，临界温度起伏波动，化学反应交错进行，在废弃物的有腐蚀性介质含量，湿度，pH，露点温度，气速和沉积腐蚀等因素的影响下，尤其是反应产物乳液对设备腐蚀性很大，特别是高浓度的液态氯化物的存在可使低ph值乳液的腐蚀性大大增强，从而导致系统各部件受到严重腐蚀。由于洗涤器的工作原理是向烟气喷射碱液，对洗涤器的内壁冲刷很严重，另外由于水蒸气的渗透作用，对防腐材料的抗渗性要求又提出了更高的要求，以前除金属钛材外，大部分金属材料和非金属材料在这种环境下的使用寿命都达不到一年。研究选择合适的耐腐蚀材质是各国长期努力的目标，而乙烯基酯树脂鳞片胶泥（vinylesterglassflakemortar）的出现则引起国内外用户的广泛注意，如上海富晨化工有限公司引进和发展的VEGF高度耐蚀鳞片胶泥，由于其造价低、耐高温、耐腐蚀的特点，在国内的众多项目中得到了广泛的应用。当前碳钢内衬VEGF鳞片胶泥这一结构已成为首选的洗涤器及FGD设备中的防腐结构。我们首先对VEGF鳞片胶泥的特点做一个简单的介绍。
2．2．2VEGF鳞片胶泥的特点介绍
VEGF鳞片胶泥就是以环氧乙烯基树脂为主要成膜物质，加入玻璃鳞片及其它辅材配置而成的一种新材料，此材料具有良好的抗渗透性、耐磨性、耐热冲击性能和很好的工艺性，具体原因分析如下：
1》VEGF鳞片胶泥具有较强的抗渗透性，这个特性是与其的物料组成有关，玻璃鳞片在树脂连续相中呈平行重叠排列，从而形成致密的防渗层结构。如图2.1所示，腐蚀介质在固化后的胶泥中的渗透必须经过无数条曲折的途径，因此在一定厚度的耐腐蚀层中，腐蚀渗透的距离得到了延长，客观上相当于有效地增加了防腐蚀层的厚度。同时，在无玻璃鳞片增强情况下，树脂基体连续相中会存在大量的所谓的“缺陷”，如微孔、气泡、微缝等，这些缺陷的存在会加速或加快腐蚀介质的渗透速度，因为一旦介质渗透到这些缺陷中，渗透速度在提高的同时，接触具有腐蚀性的介质的基体连续相的面积也随之会加大，从而更加快了物理渗透和化学腐蚀的速度，而在VEGF玻璃鳞片胶泥中，由于平行排列的玻璃鳞片能够有效的分割基体树脂连续相中的这些“缺陷”，从而能够有效的抑制腐蚀介质的渗透速度。
图2.2VEGF鳞片胶泥防腐蚀示意图
2》VEGF鳞片胶泥的耐磨性好是因为VEGF鳞片胶泥在固化后的硬度较高，比普通醇酸漆高2-3倍，如VEGF鳞片胶泥的耐磨性为120mg（CS-17W-500g情况下），而受外机械损伤时，VEGF鳞片胶泥的破坏是局部的，其扩散趋势小，易于修复。
3》VEGF鳞片涂料耐热冲击是因为涂层中含有许多玻璃鳞片，因此消除了涂层与钢铁之间的线膨胀系数的差别，VEGF鳞片胶泥涂层的线膨胀为11.5×10-6/℃,钢铁的线膨胀系数为12×10-6/℃，两者之间比较相近，使VEGF鳞片胶泥适合于温度交变的重腐蚀环境。我们进行了耐热冲击性能试验，把涂有VEGF鳞片胶泥的钢板交变放置在100℃沸水和0℃的冰水里各1小时，经100次交变试验后未发现有任何异常现象。
4》目前国内外大部分厂家生产的高温鳞片胶泥都是使用标准的酚醛环氧乙烯基树脂（如890）为主要成膜物，使用温度一般不能超过180℃等，而实际使用过程中，设备的工作温度往往会超过180℃。比如我司设计施工的盐城垃圾焚烧发电厂项目的长期使用温度为195℃，如果采用标准的酚醛环氧乙烯基树脂会因为耐温达不到要求而造成树脂分子链不断断裂，强度迅速降低,在很小的外力作用下就会发生脱落而造成防腐失效，而使用高交联的898制作的胶泥时就可以达到很好的使用效果。
2．2．3VEGF鳞片胶泥的施工方法（基层为碳钢）：
1》先将表面除油去污，之后再进行除锈，除锈等级应满足不低于Sa2.0或St3标准。在锈面清理干净后，用VEGF树脂打底，待干后再进行下一步施工。
2》用手工泥刀镘刮成1-2mm(每道)厚的VEGF胶泥层，数小时后即硬化，再按设计要求施工至规定厚度。一般在每涂1mm厚度时进行检测，以确认涂层是否有针孔或其它瑕疵。
3》用VEGF面涂树脂罩面一至二道。
2．2．4应用：在苏北一垃圾焚烧发电厂，碳钢内衬VEGF鳞片胶泥的洗涤器虽然环境腐蚀大，工作温度高，但使用情况良好。
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2．3烟囱
洗涤后的烟气，通过烟囱直接排放。烟气虽然经过处理，但排放时仍含有部分腐蚀性介质，由于洗涤后的烟气温度较低，在低于酸的露点温度时，容易形成由硫酸，盐酸，HF组成的混合冷凝酸，对烟囱内壁造成严重的腐蚀。这种酸性混合凝液具有极强的腐蚀性，即使是合金刚也要被腐蚀，如何解决烟囱内壁的腐蚀问题，以维持装置长时间的连续运行，在过去很长一段时间内都是令众多厂家无法解决的一个难题。随着高交联型的环氧乙烯基树脂FUCHEM898及以其为主要成膜物质的VEGF鳞片胶泥的推出，这些问题已得到了很好的解决。
2．3．1烟囱的制法
在电厂及焚烧装置中的烟囱除了常规不锈钢等材料制作方法外，我们比较推荐其它两种制作方法：碳钢内衬VEGF鳞片胶泥和整体玻璃钢制作，上述两种具体制法和我们在前面已经介绍过的基本相同。在这些装置中，若采用不锈钢烟囱的制作方法虽然较为相对简单，但是其防腐蚀的效果也不是特别的理想，尤其国内的一些焚烧装置的运行不稳定，一些装置时开时停，更容易造成酸露点的出现，同时废弃物中含有部分的含氯物质，烟气中的氯含量不稳定，导致不锈钢的耐腐蚀性能大为下降。
VEGF材料衬里的制法与洗涤器的制法基本相同，适用于较大的烟囱。施工过程中需要注意的是鳞片胶泥要包覆烟囱顶部的边缘，因为烟囱的顶部有一定的正压的存在，使得这部分的腐蚀较严重，成为烟囱较为薄弱的环节，若鳞片胶泥包覆烟囱顶部，将不存在这种腐蚀危险。另外由于迎风面（筒体0-10m）要抵挡大量粉尘的磨损和可能出现的温差变化，因此要进行FRP和耐磨特别加强处理。

整体玻璃钢烟囱则是一个应用更为广泛的形式，因为其具有以下特点：
1》整体缠绕的玻璃钢（FRP）内侧极为光滑，表面粗糙率可低至0.008，其水流摩擦阻损失系数f为0.000915，较钢管（f=0.00179）能显著减少沿程的流体压力损失，提高输送能力20以上。
2》玻璃钢的导热系数只有钢材的0.5，在一定范围内可以取消隔热和保温层。
3》在烟囱的实际运行中，温度若低于80度，烟气的腐蚀性是较重的，因为存在腐蚀性介质的“露点”问题，而在高于100度的烟气腐蚀中，烟气的腐蚀性较轻；而随着现代防腐蚀树脂的理化特性的发展，树脂玻璃钢在耐烟气的腐蚀性、高温作用上已没有任何技术障碍。
4》采用整体缠绕制作的FRP烟囱的自持高度可以达到40m左右，因为其抗压强度》80Mpa，所以FRP烟囱不存在力学强度上的技术问题；
5》玻璃钢的密度较小，比较方便安装和运输。
在整体玻璃钢烟囱在制作时，一般可先制成12米一段的桶体，然后再进行现场安装。由于玻璃钢的线膨胀系数较小，所以对于高度比较低的烟囱在安装时可以不设膨胀节。对于高度比较高的烟囱一般选用橡胶类的膨胀节或者是加装玻璃钢支撑块。
2．3．2玻璃钢烟囱与其他防腐结构的经济比较
整体玻璃钢烟囱在具有同等防腐效果的前提下，还具有很大的经济优势，以下是我们以240m的烟囱做的一个采用不同材料的烟囱的经济性比较
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表：4.1烟囱材料典型造价
结构价格：万元备注
钢-钛复合2100
钢-不锈钢复合1500
钢-泡沫玻璃1750
耐酸胶泥-耐酸砖600不含人工费、施工费、保温费
玻璃钢1250
从上表中材料价格的比较我们可以得出以下结论：
1》整体玻璃钢烟囱的造价只有钢-钛复合结构的50-60左右；
2》整体玻璃钢烟囱的造价相当于碳钢 树脂鳞片涂层的造价。
2．3．3烟囱应用：在福州一知名环保集团的垃圾焚烧装置中，通过烟囱排放的烟气温度通常在150-180℃，但当某些非正常操作时，气体温度持续15-30分钟达到230℃，该工厂原来通常使用不锈钢结构的烟囱，使用寿命不超过12个月，后来他们尝试使用全玻璃钢结构，树脂选用898树脂，使用三年来情况良好。

3．总结
在烟气处理过程中，还有一些其他部位受腐蚀也比较严重，如输送烟气的管道，现在在一些废弃物焚烧装置（包括圾焚烧（WI）和污泥焚烧（SI））中采用环氧乙烯基树脂制作的大口径管道已经得到大量的应用。总之在废弃物的焚烧过程中，烟气处理所涉及的骤冷塔、洗涤塔、烟囱和管道等装置的制造和防腐结构的处理必须根据其介质环境进行合理的选材以及结构设计，随着高性能防腐蚀树脂的不断开发和应用，以树脂为基体材料的复合材料将以各种形式用于这些烟气处理设备的制造中。下图3-1是废弃物处理流程的一个典型图释。

图3-1
4．展望
随着国家对环保的日益重视，我国已制定了一系列环保法规、标准、规废弃物处理产业。废弃物处理产业应积极开拓多种融资渠道，解决资金短缺问题；运用现代先进的、多元化的经营方式与经营手段，提高自身生存能力和盈利能力，在创造社会效益、环境效益的同时产生巨大的经济效益，缩短投资回报周期、提高投资回报率。使废弃物处理产业向健康的可持续的方向发展。我司也会加大研发速度，以满足垃圾焚烧装置（WI）和污泥焚烧装置（SI）的更多防腐蚀方面的需要。
参考文献：
1．王天堂、陆士平等，酚醛环氧乙烯基酯树脂的性能及在耐高温强腐蚀场合中的应用，全面腐蚀控制，2001年05期（4）。
2．王天堂、陆士平等，VEGF鳞片胶泥在烟气脱硫装置中的应用，中国环保产业，2002年Z1期。
3．沈开猷.不饱和聚酯树脂及其应用.北京:化学工业出版社,1996。
4．化学工业部化工机械研究院主编，《腐蚀与防护手册》《化学生产装置的腐蚀与防护》，化学工业出版社出版，1991。
5．田中勤著，杜振华译，玻璃钢（FRP）成型工艺技术及应用，中国环境科学出版社，1996年1月，北京
6．中国腐蚀与防护学会主编，《合成树脂及玻璃钢》，化学工业出版社出版，1995。
SummaryofAnti-corrosionTechnologyinWasteIncinerationUnits
WuBinWangTiantangShenweiLuShiping
(ShanghaiFuchenChemicalsCorp.,Shanghai200233,P.R.China)
Abstract：inthispaperanti-corrosiontheory&technologyisdiscussedinwasteincinerationunitsincludingquench，scrubberandstackonthebasisofseveralyears’anti-corrosionengineeringexperience,aswellrelatedanti-corrosiontechnologiesarecovered,whatisquiteaguideforanti-corrosionapplicationintheseutilitiesincludingresinchoiceanditscon-structure.
Keywords：wastes；vinylesterresin；corrosion；quench；scrubber；stack

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来源：中国脱硫脱硝资讯网