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醫(yī)療廢物焚燒余熱鍋爐的腐蝕問題以及防范措施——以QF25115013.51.0為例

文檔作者：楊建英文檔來源：杭州鍋爐集團股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月19日
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余熱鍋爐2008．1
醫(yī)療廢物焚燒余熱鍋爐的腐蝕
問題以及防范措施
— — 以QF25／1 150—13．5—1．0為例
杭州鍋爐集團股份有限公司楊建英
摘要 醫(yī)療廢物焚燒后的煙氣對鍋爐將產(chǎn)生的腐蝕問題，以及對其的防范措
施。
關(guān)鍵詞 醫(yī)療廢物低溫腐蝕 高溫腐蝕 防范措施
1 引言 2 高溫腐蝕
醫(yī)療廢物的毒性以及腐蝕性、可燃性、
反應(yīng)性等其他危害特性都會對自然環(huán)境造成
直接的負(fù)面影響。醫(yī)療廢物因包括傳染性、
細胞毒性和危害性的物理化學(xué)物質(zhì)、損傷性
垃圾，具有直接或間接感染性和毒性，如管
理不當(dāng)或不完善，易導(dǎo)致疾病傳染和引起人
體損傷。對此，國務(wù)院頒布了《醫(yī)療廢物管
理條例》。
本文只涉及醫(yī)療廢物焚燒后的煙氣對鍋
爐將產(chǎn)生的腐蝕問題。常見的醫(yī)療廢物在經(jīng)
過焚燒后，生成的煙氣主要成分為Co2、
H20、和N2，其他具有污染或有害的物質(zhì)可
能有以下幾類：煙氣的顆粒尺度和含量；酸
性氣體SO 、HC1、HF、HzS、CO、NO 等；
重金屬及其化合物，如Cd、}玎)、Ni、Cr、
As等；有機毒物，如二嗯英、多氯聯(lián)苯、
呋喃、苯酚等物質(zhì)。而這其中的某些煙氣成
份將對鍋爐會產(chǎn)生不可忽視的侵蝕危害。如
高溫腐蝕，低溫腐蝕等。為避免這些腐蝕的
出現(xiàn)，以QF25／1150—13．5—1．0鍋爐為例，
本文粗略地述說了一些針對性的防范措施。
2．1 高溫腐蝕
鍋爐受熱面的壁溫高于酸露點，煙氣溫
度在50o℃以上的區(qū)域發(fā)生的腐蝕成為高溫
腐蝕。其特點是局部潰瘍性腐蝕，使管子因
管壁穿孔而破壞。過熱器、輻射室中的水冷
壁管、金屬固定件都有可能產(chǎn)生這種腐蝕。
2．2 高溫腐蝕原理
關(guān)于高溫腐蝕產(chǎn)生的機理有許多理論，
一般認(rèn)為有氣相腐蝕、融鹽腐蝕、高溫金屬
的氯腐蝕等等。在醫(yī)療廢物焚燒時既發(fā)生了
物料分子轉(zhuǎn)化的化學(xué)過程，也發(fā)生了以各種
傳遞為主的物理過程。大部分廢物及輔助燃
料的成分非常復(fù)雜，分析所有的化合物成分
不僅困難而且沒有必要，一般僅要求提供主
要元素分析的結(jié)果，也就是碳、氫、氧、
氮、硫、氯等元素和水分及灰分的含量。他
們的化學(xué)方程式雖很復(fù)雜，但從燃燒的觀點
而論，它們可用c H 0：N S CI 表示，一個
完全燃燒的氧化反應(yīng)可表示為
C HyO：N S Cl + (X+V+ (Y—W)／4一
z／2)o2一xCO2+wHCl+u／2N2+vSO2+ (Y
— w ／2H20
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2 余熱鍋爐2008．1
此反應(yīng)產(chǎn)物中的HC1對焚燒爐的焚燒設(shè)
備有著很強的腐蝕作用。還有氯，由于氧和
氯的電負(fù)性相近，存在著下列可逆反應(yīng)
4HC1+O2~,2C12+2H20
圖1示出了空氣氣氛下1500ppm HC1向
Cl的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化關(guān)系。表明在高
于700％時隨溫度升高，HC1向cl2的轉(zhuǎn)化率
上升，700％時轉(zhuǎn)化率最低。當(dāng)存在灰分時，
并溫度高于700％時，HC1向cl的轉(zhuǎn)化率迅
速上升。
550 600 650 700 750 800 850 900 950
溫度，℃
圖l
一般認(rèn)為，氯化氫，氯在焚燒爐中會對金屬管道發(fā)生腐蝕的反應(yīng)包括：
Fe+2HC1--*FeC12+H2(5OO％ ～600％)
2Fe+6HC1--*2FeC13+3|uI2(300~(2～400~(2)
2Fe+3C12--"2FEC13(300~(2～400％)
2FeC12+ C12--+2FEC13(300℃ ～400％)
4FeC13+3o2—3 o3+6 C12(>500％)
4FeC12+3o2—3 o3+4 C12(>500％)
Fezo3(保護膜)+6HC1--*2FeC13+3H20 (300~(2～400％)
4FeCI2+o2—2FeCl3+2 FeOC1(300~(2～400％)
4 FeOC1+o2—2 o3+2 C12(>500％)
只要HC1和cl 不斷補充，腐蝕反應(yīng)就 屬反應(yīng)生成氯化物。
一直進行，此外，F(xiàn)eCl 的熔點為282℃ ，比 隨著離金屬層越遠，氧濃度增加，進一
較容易揮發(fā)，對保護膜的破壞較為嚴(yán)重。 步引起氧化，金屬氯化物轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟慕饘?
當(dāng)鋼材暴露在高溫的氧化性氣氛下，會 氧化物，致使金屬氧化物層疏松。
慢慢形成穩(wěn)定的氧化物，最終氧化皮包裹在 在還原性氣氛下，由于不存在氧化膜，金
金屬表面。氯有侵入氧化皮的能力，特別是 屬氯化物直接侵入金屬表面。腐蝕率強烈依
通過孔和縫隙到達金屬與氧化層交接面與金 賴于溫度，因為受金屬氯化物的揮發(fā)控制。
4 ： 8 6 ．t r-
O O O 0 0
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余熱鍋爐2o08．1 3
當(dāng)溫度低于500~C時，腐蝕與時間呈拋物線
關(guān)系，因為氧化鐵保護層在金屬表面形成。
在高溫下(>800℃)，可怕的腐蝕在100％HCI
下只有在達到金屬氧化物的熔點后才發(fā)生，
腐蝕率隨時間呈線性關(guān)系。HCI對鐵的腐蝕
率在還原性氣氛下，由于保護性的氧化膜的
[
E
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簪
攔
差耋I
啦
2．0
1．5
1．0
0．5
消失而升高。圖2示出耗損極值與溫度的關(guān)
系，在200℃以下HC1的導(dǎo)入，僅稍提高耗損
率值，此后即隨溫度升高而劇增。這一增長
可歸結(jié)為增進氧化和降低氧化膜粘附性的結(jié)
果，可見損耗將發(fā)生在氧化膜受沖刷作用而
不斷被帶走并再生的那些部位。
0 100 200 300 400 500 600
溫度／oc
圖2
此外，氯、硫化物同時存在并借助于
H2O和02，不僅可加速硫酸鹽的生成，也
有利于C12、HC1的形成，從而加速高溫腐蝕
過程。
對醫(yī)療垃圾焚燒余熱鍋爐QF25／1 150—
13．5—1．0而言，存在高溫腐蝕的地方有水
冷壁，預(yù)制蒸發(fā)器、蒸發(fā)器1、蒸發(fā)器2。
2．3 高溫腐蝕的防范措施
2．3．1 結(jié)構(gòu)布置
醫(yī)療垃圾焚燒余熱鍋爐QF25／1150一
l3．5—1．0由前部膜式水冷壁形成的垂掛式
冷卻爐膛，和后部膜式水冷壁水平對流煙道
構(gòu)成。冷卻爐膛內(nèi)被分隔成兩室；煙氣自第
一室上部進入后，在兩室間的下部轉(zhuǎn)向往上
從第二室上部進入對流煙道。在對流煙道中
布置對流管束，使進入對流煙道區(qū)域的煙氣
較為均勻，不產(chǎn)生偏流。
QF25／1150—13．5—1．0鍋爐是余熱鍋
爐，針對焚燒爐出來的煙氣成分及特性，在
結(jié)構(gòu)上對煙氣進口迎風(fēng)面約22m2的面積采
取熱噴鍍處理，不但有效的防止了此處高達
1250℃ ～1100~C的煙氣對管壁的直接高溫腐
蝕，而且這種技術(shù)比較經(jīng)濟。為避免水平煙
道對流受熱面的高溫腐蝕，經(jīng)核算入水平煙
道煙氣溫度控制在650oC左右。
除此之外，QF25／1150—13．5一1．0鍋爐
煙道及灰斗中高于400oC處具有耐火澆注料
或耐火磚，把容易對鐵質(zhì)材料的水冷壁腐蝕
的煙氣隔離在外，減輕了高溫腐蝕，延長了
鍋爐的使用壽命。
2．3．2 清灰裝置
一般狀態(tài)下，鍋爐受熱面在運行時表面
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4 余熱鍋爐2008．1
都覆蓋著飛灰沉積附著層。附著層由浸潤性
內(nèi)層和外層組成。內(nèi)層是已形成的金屬氧化
膜，為致密性結(jié)構(gòu)，牢固地附著在金屬壁
上，而外層是較為疏松的沉積物，與煙氣成
分相似。致腐氣體化合物可通過附著層中的
熔池不斷地侵蝕管壁，由熔鹽對氧化膜進行
腐蝕，使反應(yīng)向基體深入。如能及時有效地
去處管壁的積灰，將會減緩高溫腐蝕的現(xiàn)
象。在這方面，QF25／1150—13．5—1．0鍋爐
在對流煙道的受熱面中布置了自主知識產(chǎn)權(quán)
的振打清灰器和兩層定期脈沖吹灰器，保持
受熱面的清潔，減緩煙氣對其的高溫腐蝕。
2．3．4 其他可用措施
焚燒系統(tǒng)合理地選擇過量空氣系數(shù)。過
高，會增加so3含量，加劇腐蝕；過低，會
使焚燒不充分，增加尾部煙氣處理難度。
當(dāng)然也可以選擇耐腐蝕的合金材料，或
是直接增加管壁厚度，但相對而言，此時要
慎重考慮經(jīng)濟成本。
也可在煙氣中加入鎂、鈣、硅等氧化
物，與煙塵起作用，生成高熔點的化合物，
改變積灰的晶體結(jié)構(gòu)，從而可以避免或減輕
高溫積灰造成的腐蝕。
3 低溫腐蝕
3．1 低溫腐蝕
煙氣中含酸性氣體較多時，會與煙氣的
水蒸氣結(jié)合生成具有腐蝕性的酸性物質(zhì)。當(dāng)
鍋爐受熱面的壁溫低于所生成的酸露點時，
酸性物質(zhì)就會在管壁上凝結(jié)而產(chǎn)生腐蝕，這
種現(xiàn)象稱為低溫腐蝕。其特點是均勻性腐
蝕，它使管壁厚度逐漸減薄以至破裂。
低溫腐蝕對鍋爐受熱面的破壞不容忽
視。某垃圾焚燒廠采用大氣式熱力除氧器，
鍋爐給水溫度為104~C，布置在鍋爐尾部煙
道的省煤器僅運行兩年就因低溫腐蝕而損
壞。B廠投產(chǎn)之初，1，2號垃圾焚燒鍋爐室
外煙道采用波紋管式膨脹器，局部截面積較
大且裸露在大氣中，運行僅一年，就因為局
部低溫而全部腐蝕。
產(chǎn)生低溫腐蝕的主要因素是煙氣中的
SO ，HC1與H20的存在。一般SO2與O2能
再次反應(yīng)生成so3，進一步與水結(jié)合生成硫
酸。硫酸蒸汽隨著煙氣流動時溫度逐漸下
降，當(dāng)受熱面壁溫降到150~C以下時，受熱
面上將會凝結(jié)出液態(tài)硫酸，氣態(tài)的硫酸對金
屬影響不大，但當(dāng)凝結(jié)成液態(tài)時，將對受
熱面金屬發(fā)生腐蝕作用，溫度越低冷凝的硫
酸量越多，濃度也越低。濃硫酸對碳鋼幾乎
不腐蝕，稀硫酸對碳鋼則迅速腐蝕，破壞力
極強。通常這種腐蝕在酸性氣體露點溫度以
下20～50℃最為嚴(yán)重。所以排煙溫度最好
控制在露點以上30～50℃ ，使酸性氣體保
持在氣相，避免在金屬受熱面表面凝結(jié)。
對醫(yī)療垃圾焚燒余熱鍋爐QF25／1 150—
13．5—1．0而言，存在低溫腐蝕的地方有省
煤器，出口煙道。
3．2 低溫腐蝕的防范措施
3．2．1 提高省煤器給水溫度
煙氣沖刷省煤器時，如果省煤器管內(nèi)的
給水溫度過低，則壁溫將在酸露點之下，于
是出現(xiàn)的是驚人的腐蝕現(xiàn)象。所以保持省煤
器給水入口端管壁溫度始終高于煙氣露點，
從根本上解決了省煤器低溫腐蝕的問題。
QF25／1150—13．5—1．0鍋爐采用了135～
140~C的給水溫度，很大程度上杜絕了煙氣
對省煤器的腐蝕。
3．2．2 保證鍋爐密封性
尤其是醫(yī)療廢物焚燒爐，務(wù)必保證鍋爐
的密封性。鍋爐的密封性一則可以防止?fàn)t內(nèi)
的有毒有害氣體滲到大氣中，引起大氣污
染；二則防止空氣鉆入爐內(nèi)，一旦有空氣漏
入，在爐膛高溫作用下，空氣中的氧原子會
分解原子狀態(tài)，將SO2氧化成so3，并且爐
膛溫度越高，漏入空氣越多，所生成的so3
越多，對鍋爐的腐蝕越嚴(yán)重。QF25／1150—
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余熱鍋爐2008．1 5
13．5—1．0鍋爐采用全膜式壁結(jié)構(gòu)，煙道及
灰斗合理配置柔性膨脹節(jié)、水冷螺旋輸送機
和電動排灰閥，使整臺鍋爐完全封閉，確保
良好的整體密封性。
3．2．3 其他措施
QF25／1150—13．5—1．0鍋爐采用合理布
置受熱面結(jié)構(gòu)，使煙氣沖刷均勻，杜絕煙氣
死角和蝸旋區(qū)；提高鍋爐的排煙溫度；采用
良好的爐墻保護結(jié)構(gòu)；另外，也可以在受熱
面上涂保護層，如聚四氟乙烯、陶瓷涂料、
鉛、鎳、聚酯及其他有機材料等等。
4 結(jié)束語
醫(yī)療廢物焚燒爐，它們所存在的不穩(wěn)定
因素太多，煙氣成份及含量也非常不穩(wěn)定，
對鍋爐設(shè)備的腐蝕程度不一。本文只是從大
致的方面述說了存在的腐蝕。未被發(fā)現(xiàn)的，
未被了解透徹的，還有待更多的人從實踐中
去認(rèn)識。
參考文獻
[1]趙由才、張全、蒲敏 醫(yī)療廢物管理與污染控
制技術(shù)．化學(xué)工業(yè)出版社，2005．
[2]王華、卿山 醫(yī)療廢物焚燒技術(shù)基礎(chǔ)．冶金工
業(yè)出版社。2007．
[3]李俞瑾．論集中焚燒處理深圳市醫(yī)療廢物．環(huán)
境科學(xué)動態(tài)，2000 4：34～36
[4]昆明市醫(yī)療廢物焚燒持性實驗研究．資源利用
與市場，2005，4：281～282
[5]城市醫(yī)療垃圾熱解焚燒技術(shù)研究．環(huán)境衛(wèi)生工
程，2ooi，9：1o9～III
(上接第18頁)器會從蒸汽運行溫度瞬間冷
卻到減溫水溫度(大部分電廠溫差為從630。
F到810oF)。在設(shè)計階段必須重視熱沖擊的
問題，因為HRSG的減溫系統(tǒng)在其使用壽命
期內(nèi)會經(jīng)受很多次的淬火，特別是周期性運
行電廠。
除了易受到熱沖擊外，探頭型減溫器還
要承受由蒸汽流產(chǎn)生的彎矩以及振動。如果
振動頻率與探頭本身的固有頻率相吻合，將
會引起災(zāi)難性的損壞。與單個固定噴嘴探頭
型布置相比，多噴嘴噴頭更容易受到熱沖擊
的影響，因為多噴嘴噴頭更嚴(yán)重。
熱疲勞的問題是可以避免的，只需將減
溫器系統(tǒng)的噴水流量控制元件單獨的放在熱
蒸汽環(huán)境外面。大量的分析和試驗證明，當(dāng)
蒸汽和噴水溫差大于450。F時，不宜采用帶
整體調(diào)節(jié)閥的減溫器。
另一條建議是：用隔熱板將熱態(tài)工作部
件和冷態(tài)工作部件分開，這樣可以減少主要
元件承受熱循環(huán)的強度(圖5)。
圖5 帶隔熱板的減溫器
設(shè)計套管不僅僅可以防止蒸汽管道受到
熱沖擊，設(shè)計合理的套管還具有以下好處：
*增加蒸汽流速來提高二次霧化的效
果。
*產(chǎn)生漩渦，改善霧化，加劇混合。
*有助于傳熱和蒸發(fā)。
*通過調(diào)整流場輪廓來控制噴流深度
(張偉編譯)

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