低溫腐蝕

水泥熟料在煅燒過程中，所產生的煙氣對金屬產生腐蝕，按溫度分為兩類，即高溫腐蝕（＞400℃）和低溫腐蝕（＜400℃）。預分解窯生產過程中，所出現的低溫腐蝕通常為水介質產生的化學反應。主要出現在預熱器、廢熱發電、生料磨系統的煙氣收塵系統、冷卻機廢氣系統等部位的裝備，腐蝕損壞了金屬部件和殼體，增加了裝備的維修工作量和費用。

水泥熟料生產所需的原燃料中，含有不同程度的堿、氯、硫等化合物，在熟料煅燒過程中，這些化合物在高溫下揮發，此外，燃料在燃燒過程中產生的CO2和碳酸鈣分解產生的CO2，以及原燃料中的水分蒸發產生的H2O，也隨高溫煙氣后逸。在此過程中，揮發成分冷卻循環富集，在500℃以下，與水作用，生成各種對金屬產生腐蝕的酸，主要有亞硝酸、硝酸、鹽酸、亞硫酸、硫酸等（見表1）。

上述酸類物質中，最多且對金屬腐蝕最為嚴重的是SO3與水作用生成的H2SO4。從預分解窯熟料煅燒情況來看，在窯頭和分解爐燃燒的煤粉中，所含的有機硫，在燃燒時生成SO2并隨煙氣后逸與碳酸鈣分解生成的CaO作用，生成硫酸鈣（CaSO4）和原料中所含的CaSO4一起隨窯料進一步加熱，生成熟料，成為熟料成分。而生料中所含的有機硫和硫化物在600℃以下的溫度時，在氧的作用下，生成的SO2隨煙氣排至余熱發電系統和生料磨系統中，部分SO2與Ca?CO3作用，生成CaSO3，隨煙氣進入收塵裝備內。

圖1 SO2煙氣測試裝置

原料中的有機硫和硫化物生成的SO2究竟有多少進入收塵裝備內，目前尚不清楚，由SO2生成的H2SO4的含量是決定金屬腐蝕的關鍵參數，若能測定煙氣中的SO2含量，通過含量來判斷腐蝕程度，從而采取措施，可減緩金屬腐蝕。

1 高塵煙氣中SO3的測定

現有工業中，測定煙氣中SO2含量主要為大型電站的鍋爐煙氣，電廠的鍋爐煙氣中粉塵含量僅為1g/m3（標），常規測定裝置能夠精確測定其含量。而水泥廠的預熱器、余熱發電、生料粉磨系統所產生的煙氣中粉塵含量大致為30～500g/m3（標），且煙氣溫度低于100℃～130℃，易產生冷凝，阻塞測定裝置，難于得到準確數據。為此，德國水泥工廠協會（VDZ）提出測定水泥廠煙氣中SO2的含量。

常規的SO2煙氣含量測定由煙氣取樣器和金屬過濾器組成（圖1），由于煙氣溫度低、含塵量高，測試時煙氣很快被粉塵堵塞，一般5min后SO2含量就會下降（圖2）。

為解決粉塵阻塞問題，對煙氣取樣裝置進行了改進（圖3）。測試的SO3的數值可達90mg/m3（標），充分證實煙氣內含有SO3。此外，SO3在低于500℃的工況下，與水作用生成H2SO4。通常計算硫酸的露點經驗公式如下：

V=122.4+27.6lgPH2O+18.7lgPH2SO4式中：

V——H2SO4生成露點溫度

PH2O——H2O的實際壓力

PH2SO4——H2SO4的實際壓力

圖4為某水泥廠對H2SO4露點測試數值和理論露點的比較結果，在預熱器廢氣烘干生料系統中，當溫度低于130℃，出現H2SO4冷凝而腐蝕金屬。

表1 熟料煅燒產生對金屬腐蝕的各種酸

圖2 常規SO2煙氣測試裝置堵塞狀況

圖3 改進后的煙氣測試裝置

2 減少H2SO4對金屬的腐蝕

減少H2SO4對金屬腐蝕的方式有三種，即：電化學保護，反應物性能的影響或改變反應工況，將金屬與腐蝕環境隔離。上述三種方法中，第一種方法費用太高且不實際。第二種方法若工廠在使用高含硫原料造成煙氣中SO2過量時，通過改變原料成分能減少SO2生成量，但很難大幅降低SO2，因此大量改變原料性能不太實際。第三種方法，當預熱器煙氣內含有較高的SO2含量時，可向煙氣噴射 Ca(OH)2溶液，與 SO2生成 CaSO4，大幅降低煙氣中SO2的含量，相應減少H2SO4對金屬的腐蝕，所生成的CaSO4可在水泥粉磨中作石膏用。另一種方式是在稍高于廢氣露點溫度的煙氣內，適當增加煙氣溫度，在某種情況下，增加10℃即可能避免H2SO4冷凝。此外在金屬表面涂以防止H2SO4腐蝕的涂層或采用防H2SO4腐蝕的合金或耐酸鋼，均可取得良好的效果。上述方式的實施由工況條件和費用決定。

圖4 用于水泥廠的相關實際壓力和工廠測試的H2SO4等溫露點曲線