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水泥窯協(xié)同處置廢棄物過(guò)程設(shè)備安全及控制措施

文檔作者：蔡玉良洪旗文檔來(lái)源：中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年08月25日
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Equipment 、
蔡玉良，洪旗
(中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司，江蘇南京21 1 100)
摘要：本文結(jié)合國(guó)內(nèi)水泥窯協(xié)同處置廢棄物生產(chǎn)線實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)水泥窯協(xié)同處置廢棄物過(guò)程中出現(xiàn)
的設(shè)備及耐火材料腐蝕問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，明確了隨廢棄物及水泥原燃料進(jìn)入水泥燒成系統(tǒng)的微量
元素之間的熔鹽協(xié)同腐蝕作用是引起設(shè)備及耐火材料腐蝕問(wèn)題的根源，提出了實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需要注意和
控制的問(wèn)題以及可行的控制措施，以確保水泥窯協(xié)同處置廢棄物過(guò)程的設(shè)備安全及生產(chǎn)安全。
關(guān)鍵詞：水泥窯；廢棄物；協(xié)同處置；腐蝕設(shè)備安全
中圖分類號(hào)：TQI72；X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-8321(2019)01—0093—07
隨著水泥T業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善提高，
不僅自身環(huán)保控制能力有了較大的提高，滿足高標(biāo)準(zhǔn)要
求，而且還為承擔(dān)接納和解決其它工業(yè)廢料創(chuàng)造了條
件，成為T業(yè)環(huán)境保護(hù)生產(chǎn)鏈中不可或缺的環(huán)節(jié)?。歐
美發(fā)達(dá)國(guó)家早已開展利用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的丁程
化應(yīng)用，近年來(lái)，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)已逐漸成熟并
進(jìn)入圍人的視野，成為消解各類廢棄物(包括城市生活
垃圾、污泥、危廢等)最有效、可靠、經(jīng)濟(jì)的處置方法之
一 尤其是近些年，隨著 家對(duì) 業(yè)危廢偷排偷倒事件
查處力度的大大加強(qiáng)，T業(yè)危廢產(chǎn)生量與有效處置量
之間的缺口突然增大，而水泥窯在協(xié)同處置廢棄物方
面的優(yōu)勢(shì)凸顯，滿足條件的水泥企業(yè)紛紛上馬和投運(yùn)
協(xié)同處置項(xiàng)目．呈現(xiàn) 極其火熱的態(tài)勢(shì)，但是由于閏內(nèi)
水泥窯協(xié)同處置項(xiàng)目多存在技術(shù)人員缺位及運(yùn)營(yíng)管理
經(jīng)驗(yàn)缺乏的問(wèn)題，對(duì)廢棄物中有害成分對(duì)水泥生產(chǎn)系
統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的生產(chǎn)操作、環(huán)保排放、設(shè)備安全、產(chǎn)品
質(zhì)量等的影響不甚了解，造成項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中m現(xiàn)了各
種各樣的技術(shù)問(wèn)題及安全隱患。本文主要探討水泥窯
協(xié)同處置廢棄物過(guò)程中的設(shè)備安全問(wèn)題及控制措施，
為協(xié)同處置企業(yè)提供參考和指導(dǎo)，從而使水泥窯的協(xié)
困家科技部專項(xiàng)資金支撐項(xiàng)H(2008BAJ05B04)后續(xù)產(chǎn)、I 化心用
研究
同處置能力和作用能夠得到更好的發(fā)揮，并避免一些
不必要的損失：
藝窯協(xié)： 置廢棄物技書愛(ài)墓蠢應(yīng)
水泥工業(yè)屬重化丁T業(yè)，整個(gè)生產(chǎn)丁藝可濃縮為
“兩磨一燒”過(guò)程，首先將經(jīng)合理配比的物料粉磨成生
料，再將生料高溫煅燒成熟料，并快速冷卻至常溫狀
態(tài)，最后再將熟料與適量石膏或混合材一起粉磨成水
泥。為了穩(wěn)定水泥生產(chǎn)運(yùn)行和滿足水泥生產(chǎn)系統(tǒng)接納廢
棄物的控制要求，在水泥生產(chǎn)系統(tǒng)接納廢棄物之前，需
要根據(jù)水泥生產(chǎn)T藝的特點(diǎn)及廢棄物的物理化學(xué)性質(zhì)，
對(duì)廢棄物進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理將不同性質(zhì)的廢棄物從水
泥生產(chǎn)系統(tǒng)的不同部位投加到水泥系統(tǒng)中，有害成分被
高溫徹底焚毀，一些物質(zhì)直接成為水泥熟料，其中的一
些微量元素被安全同化到水泥熟料晶體結(jié)構(gòu)中，廢棄
物中的熱值、灰分均得以回收利用，無(wú)“二次污染”物存
在，徹底消解廢棄物：
水泥窯協(xié)同處置廢棄物的接納處置區(qū)域劃分見(jiàn)圖1。
利用水泥窯協(xié)同處置廢棄物，是社會(huì)和T業(yè)發(fā)展到
一定程度的必然產(chǎn)物 隨著工業(yè)化發(fā)展和人們物質(zhì)生活水
平不斷提高，廢棄物的產(chǎn)生量越來(lái)越多．生存環(huán)境壓力14
益增大，資源消耗14益增加，利用工業(yè)設(shè)施協(xié)同消納廢棄
2019．1 CHINA CEMENT ＼ 93
1l 。0： Equipment
物逐漸受到關(guān)注、研究和應(yīng)用 水泥
窯系統(tǒng)在廢棄物協(xié)同處置方而的優(yōu)
勢(shì)，促使其逐漸成為廢棄物終極處置
的重要手段之一，也使其成為社會(huì)責(zé)
任和義務(wù)的重要承擔(dān)者之一。
’ ：． ! 暈： 角水泥善。 辦同鹽量廢 疊拍
蔓，
(1)污染物擴(kuò)散控制優(yōu)勢(shì)。
①二惡英控制優(yōu)勢(shì)：水泥燒成系
統(tǒng)具有高溫(氣相高達(dá)l 800~C以上、
固相高達(dá)l 450~C)、停留時(shí)間長(zhǎng)(回
轉(zhuǎn)窯內(nèi)：固$H35～50rain，氣相7～lOs；
分解爐內(nèi)：同相>10s，氣相5～7s)、高
濃度堿性微粉環(huán)境、氯元素控制(一
廢氣去
余熱利
用及廢
氣處理
水艱生 ， 水泥原料
爹
露
水泥原料
生料均化庫(kù) 粉磨
煙室 回轉(zhuǎn)窯
預(yù)處理系統(tǒng)
熟料冷卻 水泥熟料
料 械
泥混 材水泥粉磨水泥庫(kù)
圖1 基于廢棄物性質(zhì)的水泥窯協(xié)同處置接納處置區(qū)域劃分圖
般入窯物料綜合含氯要求<0．015％)等特點(diǎn)，可以有效銷
毀二惡英物質(zhì)，并有效抑制二惡英的再次生成。
② 重金屬的遷移、擴(kuò)散控制優(yōu)勢(shì)：除汞、鉻等特殊金
屬元素外，重金屬經(jīng)過(guò)高溫同相反應(yīng)后，均被固化到水泥
礦物的晶體結(jié)構(gòu)之巾，成為水泥石的痕量成分，不會(huì)對(duì)水
泥產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)任何影響，也不會(huì)擴(kuò)散到環(huán)境中去影響
環(huán)境。
③ 異味氣體的控制優(yōu)勢(shì)：廢棄物處置儲(chǔ)存及處置過(guò)
程中產(chǎn)生的異味氣體，完全可以通過(guò)抽風(fēng)系統(tǒng)引入水泥
窯爐作為助燃空氣，達(dá)到消除異味氣體的目的。
④二次污染的源頭抑制和減排優(yōu)勢(shì)：水泥生產(chǎn)多采
用大布袋收塵系統(tǒng)控制粉塵的排放；大量的生產(chǎn)實(shí)踐證
明，利用水泥窯協(xié)同處置廢棄物，有利于系統(tǒng)TOC、NOx
的減排控制。同時(shí)，由于該系統(tǒng)內(nèi)部充滿了強(qiáng)堿性微粉，
有利于遏制HC1、HF等酸性氣體的產(chǎn)生；在協(xié)同處置焚
燒過(guò)程中，所有的物質(zhì)經(jīng)過(guò)高溫處理后，均轉(zhuǎn)變成無(wú)機(jī)
鹽灰分，成為水泥生產(chǎn)所用的原料，轉(zhuǎn)變成水泥熟料，無(wú)
飛灰和廢渣排出。
(2)資源利用優(yōu)勢(shì)。
①灰、渣直接利用優(yōu)勢(shì)：廢棄物焚燒過(guò)程產(chǎn)生的灰、渣，
在系統(tǒng)內(nèi)部直接成為水泥生產(chǎn)的原料，無(wú)任何殘?jiān)嬖凇?
② 熱值的利用優(yōu)勢(shì)：廢棄物在水泥燒成系統(tǒng)內(nèi)燃
燒，釋放出來(lái)的熱量全部用于自身加熱、分解、反應(yīng)，多
余熱量替代水泥生產(chǎn)常規(guī)燃料。
(3)集約化經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
① 固有系統(tǒng)資源化利用優(yōu)勢(shì)：水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中，其窯
爐系統(tǒng)、粉磨系統(tǒng)、廢氣處理系統(tǒng)等均已存在，在利用水
泥窯協(xié)同處置廢棄物的過(guò)程中，不需要投資重建，僅需要
針對(duì)水泥窯接納廢棄物的不同情況，稍加改造，同時(shí)．針
對(duì)水泥生產(chǎn)系統(tǒng)接納控制的要求，設(shè)計(jì)1套廢棄物預(yù)處理
系統(tǒng)，以滿足水泥穩(wěn)定生產(chǎn)的控制要求；其投資相對(duì)其它
處置工藝系統(tǒng)要低的多，不僅1二程建設(shè)周期短，還具有
明顯的投資優(yōu)勢(shì)。
② 系統(tǒng)管理控制優(yōu)勢(shì)：水泥生產(chǎn)企業(yè)，已經(jīng)有健全和
完整的生產(chǎn)管理和設(shè)備維修控制隊(duì)伍，完全可以用來(lái)維
持廢棄物處理系統(tǒng)的運(yùn)行和管理，發(fā)揮集約化管理控制
優(yōu)勢(shì)。
一j 2 7 i運(yùn)窯 ； 、 土 曼囊棄 毒的選擇-
水泥窯在協(xié)同處置廢棄物方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)
勢(shì)，但并不意味著水泥窯在協(xié)同處置廢棄物方面是萬(wàn)能
的，對(duì)來(lái)自各行各業(yè)的廢棄物的接納是有限制的，實(shí)際生
產(chǎn)過(guò)程中需根據(jù)廢棄物的物化性質(zhì)，對(duì)擬協(xié)同處置的廢
棄物進(jìn)行選擇和控制，以確保水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)的產(chǎn)
品質(zhì)量、生產(chǎn)穩(wěn)定、設(shè)備安全、環(huán)保安全、職業(yè)衛(wèi)生安全
以及水泥產(chǎn)品使用安全。
為保證水泥生產(chǎn)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行和熟料產(chǎn)品質(zhì)
量，接納焚燒廢棄物后，其殘留物質(zhì)的主要化學(xué)成分必
須與水泥生產(chǎn)要求的元素相一致，并滿足配料的控制要
求，不能超限；次要化學(xué)成分必須控制在限量之下，以
不影響水泥熟料晶體礦物的生成。對(duì)引起水泥生產(chǎn)系
統(tǒng)熱丁 制度不穩(wěn)定的因素，如K 0、Na 0、SO 、C1等少
量干擾元素，需要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，合理搭
配添加；對(duì)一些引起水泥生料組分波動(dòng)的因素，~13SiO、
A1，O 、Fe，O 、CaO、MgO等成分，也需要控制在合理水
94 ／ 中國(guó)水泥20]9．1
預(yù)熱器
分解爐
毪輻 瑟萄回 藏蟊殆 磐倒 融 嘲 籃
類別 鐵 鎳 鋅 鉛 鋁 鉻 鈣
分子式 FeF2 NiF， ZnF2 PbF2 AIF) CrF3
E _ _ ● _
氟化物 熔點(diǎn)(℃) 970 l 474 872 855 1 040 >l 000
沸點(diǎn)(℃) l 100 l 750 l 497 l 293 l 537 l 100-1 200
分子式 FeCI2～3 NiCl， ZnCl， PbC12 AIC1， CrCI3
氯化物 熔點(diǎn)(oC) 309 80 290 501 l8l l l52
沸點(diǎn)( ) 200-285 >973分解 732 950 l94 l 3O0
分子式 FeBr2～3 NiBr2 ZnBr’ PbBr’ A1Br3 CrBr3
溴化物 熔點(diǎn)(℃) 684 963 394 370．6 97．5 79
沸點(diǎn)(℃) 934 N／A 650 916 264 N／A
分子式 FeI2．3 Nil， Znl2 Phi2 All3 Crl3
碘化物 熔點(diǎn)(℃) 587 797 446 4O2 l9l >600
沸點(diǎn)(℃) l 093 N，A 624 954 N／A N，A
注：N／A表示暫無(wú)相關(guān)數(shù)據(jù)
平，并與水泥常規(guī)燃料進(jìn)行合理搭配；對(duì)于一些影響熟
料礦物結(jié)構(gòu)、質(zhì)量及后期水泥制品使用安全的因素．如
P，O 、TiO 、Mn，O 、SrO、Cr，O 及其它重金屬等，需要
控制其投加量：
為保證生產(chǎn)設(shè)備的安全，對(duì)丁含有易揮發(fā)、擴(kuò)散且
不易控制成分的廢棄物，不宜進(jìn)行協(xié)同處置．如一些廢
棄物含有高溫狀態(tài)下易于產(chǎn)生且不易控制的腐蝕性冗
素和化合物，對(duì)耐火材料和設(shè)備材質(zhì)具有較強(qiáng)的腐蝕作
用，是無(wú)法進(jìn)行協(xié)同處置的。除此之外，一些廢棄物雖
然還有相關(guān)元素或物質(zhì)，但可以通過(guò)控制來(lái)避免腐蝕物
形成，且能滿足水泥質(zhì)量的控制要求，也需要嚴(yán)格控制
其協(xié)同處置投加量．同時(shí)必須給予高度重視，以免帶來(lái)
設(shè)備安全隱患。
為保證環(huán)保排放達(dá)標(biāo)，廢棄物經(jīng)過(guò)一系列的高溫過(guò)
程必須徹底銷毀．同時(shí)還需確保不再產(chǎn)生新的污染物，如
PF3～5、PC13～5、二惡英、持久陛有機(jī)污染物(POPs)、揮
發(fā)性有機(jī)物(VOCs)等，以滿足環(huán)保排放的控制要求。
為保證職業(yè)衛(wèi)生安全及水泥制品使用安全，含有以
下物質(zhì)的廢棄物不建議利用水泥窯進(jìn)行協(xié)同處置：含有
病原菌傳染性物質(zhì)，如醫(yī)療垃圾、含各種易傳染病菌的廢
物；含有較高易滲透擴(kuò)散重金屬物質(zhì)，如含較高濃度砷、
鉻、銻、汞、鎘、鉛、錫、鋇等重金屬元素。
2 水泥窯協(xié)同處置廢棄物過(guò)程中設(shè)備腐蝕安全
問(wèn)題及防護(hù)措施
(1)設(shè)備及材料腐蝕機(jī)理。
金屬元素與鹵族元素易形成低熔點(diǎn)的化合物，其熔、
廣—1 4—02]
I— 摩
沸點(diǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
從表l看 ，鹵族元素與常見(jiàn)金屬材料的化合物的熔
沸點(diǎn)普遍較低，在有混合鹽存在的情況下，其熔沸點(diǎn)還會(huì)
降低見(jiàn)表2。
水泥生產(chǎn)燒成系統(tǒng)內(nèi)部溫度通常處于80℃～1 800℃
范圍內(nèi)，這些陰陽(yáng)離子形成的化合物在T藝高溫段易熔
融形成熔鹽電解液，并在機(jī)械設(shè)備的金屬材料表面發(fā)生
快速電化學(xué)反應(yīng)，造成高溫熔鹽腐蝕，對(duì)機(jī)械設(shè)備造成
損壞，縮短設(shè)備使用壽命；這些離子還易與耐火材料和金
屬材料生成高溫?fù)]發(fā)物和低熔物．消耗和破壞耐火材料
和設(shè)備材質(zhì)，影響生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和安全。
已有多位學(xué)者對(duì)金屬材料在高溫下氯鹽熔鹽腐蝕機(jī)
理及行為進(jìn)行了深入的研究【2 ?！?，普遍認(rèn)為在300 以_卜．
NaC1、KC1及ZnCI，等氯鹽形成低共熔點(diǎn)的混合熔鹽，具有
1．．．．．．．．．．．．．．．一——————．———————
化合物
『48Z
‘。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。一
82Z
(質(zhì)量占比，％) I
nCI 2-52KC1 l
I7NaCI一83KCI 『4I5
39ZnCI 2-50KCI-I 1 PbCI2 l 275
●。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。?！?。。。 。。。。。。。一—— 。。。。。。。。。?！?— 一— — — — — — — —
l 35ZnCI2-48NaCI-17PbC12 l 350
I． ． ． ．I 。 ． 一1?6NaCI一40KC～I(xiàn)一44PbCI， ——— I一 400—
I． ．．．．． 一—————————— ———，．． ．． ． ：：．．．．．．．．．．． ．．．．．． ， ．．．．．一l—— ———— ————
K2SO4-Na 2SO4-ZnSO4 I 384
． KCI-ZnCI2一K 2s04-ZnSO4 l 292
2019．1 CHINA CEMENT ＼ 95
、 Equipment
較強(qiáng)的腐蝕性，破壞金屬材料表面的氧化膜，從而加速金
屬材料的腐蝕損壞：
利用水泥窯爐協(xié)同處置各類廢棄物時(shí)，由于前處理
和控制的缺陷，往往不可避免地會(huì)因焚燒各類廢棄物帶
來(lái)具有腐蝕作用的物質(zhì)，有易形成陽(yáng)離子的金屬元素如
K、Na、zn、Ph、cr等，以及易形成陰離子的非金屬元素
如F、cl、Br、I、S、P等，這些物質(zhì)在高溫條件下發(fā)生反
應(yīng)，形成低熔點(diǎn)的混合鹽或復(fù)鹽類物質(zhì)：熔融態(tài)混合鹽
易在生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部借助施丁缺陷留下的縫隙、膨脹縫隙
滲入內(nèi)部，在合適的溫度場(chǎng)所．冷凝并滯留在不同區(qū)域
的耐火材料和設(shè)備內(nèi)表面，通過(guò)滲透、表面反應(yīng)導(dǎo)致耐
火材料表而發(fā)生化學(xué)變化、膨脹、潰裂、脫落，使金屬材
料表面 現(xiàn)化學(xué)銹蝕、氧化膜破裂、隆起、蓬松和脫落，
極易導(dǎo)致設(shè)備材料失效、破壞內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)，甚至造成
安全事故。
水泥窯可以協(xié)同處置多種廢棄物，按照其來(lái)源可大
致分類?
① 含zn、Ph、cr、K、Na、cl等元素或離子的丁業(yè)污
泥、T業(yè)危廢
② 含農(nóng)藥、化學(xué)品等的污染土：含C1、s等元素。
③ 生活污泥：含有K、Na、s、C1、P等元素。
④ 生活垃圾：含有K、Na、s、CI、P等元素。
廢棄物在水泥燒成系統(tǒng)內(nèi)部焚燒處置時(shí)，根據(jù)其
成分性質(zhì)．可將其對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重程度排序?yàn)椋?
①>②>③>④：
某些T業(yè)污泥或工業(yè)危廢中zn、Ph、cr、K、Na、cl等
中的某科1或幾種元素或離子含量較高，對(duì)設(shè)備和材料腐
蝕破壞作用較強(qiáng)，需要嚴(yán)格控制投加處置量。生活垃圾來(lái)
源于日常生活，氯含量一般在0．2％～0．5％(濕基)，對(duì)水泥
窯系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕，在可控范圍內(nèi)?
以L易形成陽(yáng)離子的金屬元素陣列如K、Na、Zn、
Pb、Cr等，以及易形成陰離子的非金屬元素陣列如F、C1、
Br、I、S、P等，存在濃度協(xié)同耦合腐蝕情況，兩個(gè)陣列元
素不能同時(shí)以高濃度呈現(xiàn)，否則會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕
問(wèn)題，其中一個(gè)陣列元素處于高濃度時(shí)，另一個(gè)陣列元
『J
圖2 水泥窯內(nèi)耐火磚及簡(jiǎn)體鋼板腐蝕情況
素必須處于低濃度水平，或者不存在，方可避免設(shè)備的
腐蝕問(wèn)題
(2)水泥窯協(xié)同處置廢棄物設(shè)備及材料腐蝕案例
分析
據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2015年初f1]2017年底，國(guó)內(nèi)水泥窯簡(jiǎn)體
現(xiàn)炸裂的案例不下10起，究其原因，不外乎兩方而：先天
性的材料缺陷問(wèn)題，或后天性的使用環(huán)境變化造成的影
響問(wèn)題。
現(xiàn)以國(guó)內(nèi)水泥廠水泥窯體開裂事件為例來(lái)研究造成
設(shè)備及材料腐蝕的原因?
①水泥窯耐火磚及簡(jiǎn)體腐蝕情況及分析：
本案例中水泥生產(chǎn)線運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)水泥窯簡(jiǎn)體開
裂現(xiàn)象，水泥生產(chǎn)線 即停運(yùn)，并冷窯后人窯進(jìn)行詳細(xì)
榆查，發(fā)現(xiàn)水泥窯內(nèi)燒成帶窯皮內(nèi)壁出現(xiàn)不規(guī)則瓷質(zhì)結(jié)
皮，燒成帶耐火磚內(nèi)部受到熔鹽侵蝕潰裂，簡(jiǎn)體上小窯
門邊緣金屬材質(zhì)及耐火磚受到熔鹽侵蝕，回轉(zhuǎn)窯簡(jiǎn)體鋼
板厚度最薄處由原來(lái)fl~40mm變?yōu)?8ram見(jiàn)圖2：
對(duì)水泥窯簡(jiǎn)體鐵銹腐蝕物進(jìn)行檢測(cè)分析，其化學(xué)成
分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表3：
通過(guò)XRF檢測(cè)分析，鐵銹中含有K、Na、Zn、Pb、Mn、
與強(qiáng) 薯葡§ 鑄躲 !摹啦 醐靼磷 “摩基霍 ； ％9
樣品【燒失量l SiO2 I A12O3 Fe2O3 l CaO }K2O f Na2O l SO3 Cl一 『MnO I ZnO PBO f 分析方法 —
下 i {
鐵銹l——一}I————。。__—————_u—————J_— __——一 —————卜—————T'———— __— __——一}— — {— —
一l ： !：!： l：：- ! 0 1 酶
96 ／ 中國(guó)水泥2019．1
樣品
窯內(nèi)40m處釉質(zhì)結(jié)皮
窯內(nèi)50m處釉質(zhì)結(jié)皮
窯內(nèi)耐火磚(受侵蝕
小窯門耐火磚(受侵蝕
燒失量1 SiO，
— — i．．．．．．．．．．．．．．．．．．．___
2．38 l5．93
2．26 I 23．66
— —
I
— —
一0．o4 1 21．76
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ — — _ — —
2．52 I 7．38
注：檢測(cè)方法為X射線熒光法(XRF)
樣品
煙囪拆除段頂部取樣
煙囪拆除段中部取樣
炯囪拆除段底部取樣
注：檢測(cè)方法為x射線熒光法(XRF)
營(yíng) 磷茁一蕊鞲腱
A12O3 Fe2O]
5．17 2．962
8．4 3．45
60．21 2．O7
6．9l 0．75
c1 茸
CaO
68．03
53
3．68
0．75
ca、Al和CI、s等元素，并經(jīng)XRD檢測(cè)表征．這些元素主要
以氯鹽(KC1、PbC1，、NaCI、ZnC1，、CaC1，)和一些含硫的
鹽和復(fù)鹽(FeS、K NaS O 、KSi A10 、ZnSO4)等形式存
在。這些物質(zhì)混合，極易形成低熔點(diǎn)(200℃～800'E)電解
液，遇合適場(chǎng)所冷凝聚集，形成密布微電池，出現(xiàn)電化學(xué)
腐蝕，加速材料損耗，改變?cè)胁牧闲阅埽蛊渥兇?，?
低應(yīng)有的機(jī)械承載能力， 現(xiàn)斷裂和破壞性事故。
對(duì)水泥窯內(nèi)釉質(zhì)結(jié)皮及耐火磚受侵蝕部分進(jìn)行檢測(cè)
分析，得到的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表4。
由表4看出，水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)釉質(zhì)結(jié)皮中k、Na、CI、Zn
的含量較高，受侵蝕的窯內(nèi)耐火磚中的K(以K O計(jì))含
量很高，達(dá)到了7．22％以上，尤其是小窯門附近受侵蝕的
耐火磚中K含量(以K，O計(jì))更是高達(dá)10．18％，Na含量(以
Na，O計(jì))達(dá)1．93％，CI含量達(dá)0．89％，Pb含量(以PbO計(jì))
高達(dá)3．25％，這些元素形成的化合物具有較低的熔點(diǎn)，在
水泥窯內(nèi)高溫條件下呈氣化熔融狀態(tài)，并在水泥窯內(nèi)壁窯
皮及耐火磚由內(nèi)向外擴(kuò)散，在向外擴(kuò)散過(guò)程中，環(huán)境溫度
逐漸降低，雖其擴(kuò)散系數(shù)逐漸降低，但在其長(zhǎng)時(shí)間的擴(kuò)
散過(guò)程中，逐漸與窯皮、耐火磚發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)窯皮和
耐火磚造成侵蝕破壞；一些到達(dá)水泥窯簡(jiǎn)體內(nèi)壁的無(wú)機(jī)
鹽物質(zhì)，在簡(jiǎn)體金屬材質(zhì)表面發(fā)生電化學(xué)發(fā)反應(yīng)．對(duì)簡(jiǎn)體
材質(zhì)造成腐蝕損壞
② 水泥窯尾煙囪腐蝕情況及分析。
對(duì)于同一水泥生產(chǎn)線，其窯尾廢氣煙囪也發(fā)生了極
其嚴(yán)重的腐蝕，高達(dá)100多m的窯尾廢氣鋼煙囪，其頂部
內(nèi)壁而腐蝕嚴(yán)重，鋼板材質(zhì) 現(xiàn)鐵銹鼓包、鱗狀分層、脫
落，鋼板厚度變薄，逐漸失去結(jié)構(gòu)力學(xué)要求．存在折斷坍
塌的風(fēng)險(xiǎn)。為避免安全風(fēng)險(xiǎn)．此煙囪頂部已經(jīng)被拆除，其
舊B著韶 磷分I 翰 畫 悲 餮．Il ，
] r i r f r． 一
MgO l K2O l Na2O SO cI— MnO ZnO l PbO
1．48 l 2．09 1 0．28 0．57 0．62 未檢出未檢出J未榆出
2．43 I 3．98 f 0．39 0．59 0．73 0．055 0．47 {未檢出
o．32 l 7．22 l 0．26 1 0．35 j o．27 1未檢出1未檢出1未檢出
0．34 I 10．墻 1．93 J l3．51 l 0．89 】0．19 I未檢出f 3．25
霧： 越分0愿 曩 劈
MgO K2O Na2O l SO3
未檢出未檢出未檢出l 0．58
未檢出未檢出未檢出l 0．42
未檢出0．03 未檢出『0．48
MnO
035
0．26
O37
P2O PbO
0．078 未檢出
0．056 未檢出
0．07 1未檢出
． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 【．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．_一
樣品 】 鐾 ‘ 一
2O] Fe3O4 Fe4O8H 2 合計(jì)
煙囪拆除段頂部取樣 j 16．40』55．20 28．40 J If)o J
煙囪拆除段中部取樣 f 12．70 J 71．90 15．40 j 100 {
煙囪拆除段底部取樣f 16．60 f 60．40 I 23．00 『 100
注：檢測(cè)方法為X射線衍射法(XRD)。
照片見(jiàn)圖3。
對(duì)煙囪內(nèi)壁鐵銹樣品進(jìn)行檢測(cè)分析，化學(xué)成分及含
鐵物質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5、表6。
圖3 水泥窯尾廢氣煙囪內(nèi)壁腐蝕情況
2019．7 CHINA CEMENT t 97
搿-椰 一m 一
一回量 一 一 -n萼一
互
Equipment
組分分類
干擾系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的組分
千擾礦物結(jié)構(gòu)的組分
造成協(xié)同腐蝕的組分
水泥制品使用過(guò)程可能產(chǎn)生浸出危害的組分
物質(zhì)／組分
K2O、Na2O、SO]、CI一等
TiO、MnO、P205、SrO等
zn、Ph、cr、cl等(當(dāng)有K、Na存在時(shí)
Tl、As、cr、sh、Hg、cd、se、Ba等
從炯囪腐蝕鐵銹的分析數(shù)據(jù)不難看m，鐵銹中的
外來(lái)元素有si、Al、Ca、S、C1、Mn、Pb，日．含鐵的物質(zhì)
結(jié)構(gòu)有Fe：O 、Fe O 、Fe O H：，不難看m對(duì)煙囪產(chǎn)生強(qiáng)
腐蝕作用的是El、s的可溶鹽及冷凝水，形成的電解液，
構(gòu)成了電化學(xué)腐蝕條件，造成內(nèi)表面鋼板腐蝕脫落。其
腐蝕的速度，取決于焚燒物中上述元素的濃度，以及在
反應(yīng)過(guò)程中生成的游離態(tài)腐蝕物質(zhì)，進(jìn)而產(chǎn)生后續(xù)的協(xié)
同腐蝕作用。
③ 水泥窯內(nèi)耐火材料錨固件及托磚板煙囪腐蝕情況
及分析。
耐火材料錨同件及托磚板是保證高溫窯爐內(nèi)各種
耐火材料有序排列及固定不可缺少的構(gòu)件，其材質(zhì)一
般為耐熱鋼．巾于水泥窯焚燒各種廢棄物，會(huì)帶入上述
各種有害的元素離子，它們?cè)诟邷叵到y(tǒng)中極易形成低熔
點(diǎn)的混合鹽液或蒸汽，通過(guò)耐火材料之間的縫隙，滲透
到耐火材料 金屬鋼板接觸的分析中，并在此冷凝聚
集，在金屬表面形成電解液，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，造成錨
固件腐蝕耗損，引起耐火磚失去有效支撐和同定，帶來(lái)
生產(chǎn)安全和設(shè)備安全問(wèn)題。圖4為錨吲件及托磚板被腐
蝕的情況。
④ 水泥窯協(xié)同處置廢棄物過(guò)程設(shè)備腐蝕防護(hù)控制技
術(shù)措施。
對(duì)于水泥窯協(xié)同處置廢棄物，主要從兩方面人手，來(lái)
控制生產(chǎn)過(guò)程中給設(shè)備及其帶來(lái)的腐蝕問(wèn)題：一是控制
不利元素的帶入量，即源頭性控制。二是對(duì)設(shè)備采取相應(yīng)
的防護(hù)措施，即防御性控制。
a．源頭性控制措施。
大量實(shí)踐表明：無(wú)論耐火材料腐蝕還是設(shè)備腐蝕，均
與生產(chǎn)使用的各種原料、燃料中攜帶的微量元素有關(guān)，而
K、Na、zn、Ph、cr等易于形成陽(yáng)離子的元素及F、C1、Br、
I、S、P等易于形成陰離子的元素，在高溫下極易形成低溫
熔融鹽電解液，造成協(xié)同腐蝕設(shè)備的機(jī)會(huì)，必須對(duì)隨生產(chǎn)
原燃料、替代原燃料等進(jìn)入水泥燒成系統(tǒng)的上述元素進(jìn)
行限量控制。
對(duì)于水泥生產(chǎn)，水泥原、燃料中過(guò)高的鉀、鈉、硫、氯
含量控制范圍(質(zhì)量百分比，％
0．1～1．5
0．I～0-8
0．00l～0．01 5
0．000001～0．00l
限值數(shù)量級(jí)
百分之一
千分之一
萬(wàn)分之一
百萬(wàn)分之一(ppm)
圖4 水泥窯內(nèi)耐火材料錨固件及托磚板被腐蝕的情況
元素含量，將影響正產(chǎn)生產(chǎn)操作，根據(jù)國(guó)內(nèi)外水泥生產(chǎn)經(jīng)
驗(yàn)，對(duì)入窯生料中鉀、鈉、硫、氯含量(質(zhì)量含量)一般要
求為：K，O+Na，O≤l％，SO ≤l％，C1一≤0．02％。當(dāng)水泥燒
成系統(tǒng)進(jìn)入的氯元素含量大于0．o2％u,t，應(yīng)堅(jiān)決杜絕含
zn、Ph、cr等元素廢物的進(jìn)入，即使人窯物料中的這些元
素含量滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，也不應(yīng)引入系統(tǒng)。同時(shí)
投加含有zn、Ph、cr元素廢物和含有F、C1、Br、I元素的廢
物，會(huì)對(duì)水泥生產(chǎn)技術(shù)裝備帶來(lái)協(xié)同腐蝕性威脅，必須嚴(yán)
加控制。含有鋅、鉛、鉻元素廢物和含有氯、溴元素的廢
物，在滿足投加限值情況下，可以單獨(dú)處理。
通常，對(duì)進(jìn)入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的原、燃料和替代原、燃
料，可按照表7中的限值范圍和數(shù)量級(jí)進(jìn)行控制。
h．防御性控制。
對(duì)設(shè)備內(nèi)表面及同定支撐耐火材料的錨固件及托磚
板構(gòu)件，可采用實(shí)踐證明了有效的保護(hù)技術(shù)措施，減少和
避免腐蝕情況發(fā)生。目前可采用的措施有：采用陶瓷錨同
件替代部分金屬錨同件；在耐火材料的設(shè)計(jì)上，考慮特殊
結(jié)構(gòu)阻止煙氣接觸和侵蝕錨同件；對(duì)金屬錨同件和托磚
板表而采用抗堿氯硫侵蝕的防腐涂層，將有害物及腐蝕
98 ／ 中國(guó)水泥20]9 1
氣氛與錨同件隔離，可起到有效的保護(hù)作用。
同時(shí)，在耐火材料施丁過(guò)程中，應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
嚴(yán)格控制施工過(guò)程，確保易腐蝕界面不暴露在相應(yīng)的
環(huán)境中。
水泥工業(yè)生產(chǎn)窯爐在廢棄物協(xié)同處置方面具有得天
獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，可以大量、安全、環(huán)保地協(xié)同處置各類廢棄
物．但是南于廢棄物來(lái)自于各行各業(yè)，種類繁多，成分復(fù)
雜，一些元素含量較高，水泥生產(chǎn)系統(tǒng)容量大，往往同時(shí)
處置多種廢棄物，來(lái)自于水泥生產(chǎn)原燃料、廢棄物中的元
素之間很有可能發(fā)生協(xié)同效應(yīng)，如K、Na、Zn、Pb、Cr等易
于形成陽(yáng)離子的元素及F、C1、Br、I、S、P等易于形成陰離
子的元素，在高溫下極易形成低溫熔融鹽電解液，對(duì)水泥
窯系統(tǒng)設(shè)備的壁面、耐火材料、結(jié)構(gòu)附件等造成腐蝕，帶
來(lái)設(shè)備和生產(chǎn)安全隱患，必須對(duì)隨生產(chǎn)原燃料、替代原
燃料等進(jìn)入水泥燒成系統(tǒng)的上述元素進(jìn)行限量控制，控
制協(xié)同腐蝕物質(zhì)來(lái)源，同時(shí)需要對(duì)設(shè)備及構(gòu)件的關(guān)鍵部
位進(jìn)行科學(xué)有效的防護(hù)措施，隔絕腐蝕氣氛環(huán)境，延長(zhǎng)
設(shè)備使用壽命，確保生產(chǎn)安全。
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2019 1 CHINA CEMENT ＼ 99

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