摘要：分析了水泥厂窑尾袋式除尘器酸结露、酸腐蚀的原因，估算了水泥窑尾烟气在不同SO2 浓度下的烟气酸露点；并结合水泥行业实际情况，针对避免和减少袋除尘器酸结露和腐蚀问题，提出保证窑尾烟气温度高于酸露点减少冷凝现象、降低漏风率、采用耐腐蚀材料（推荐考登钢）和采用防腐涂层等一系列相关措施。

1 除尘设备酸腐蚀的现状

随着国家对矿山开采的限制以及优质石灰石存量的减少，很多水泥厂不得不使用低品位石灰石，其含硫量为0.2%~2.0%。由于目前水泥行业中大量余热发电项目的实施，使得窑尾烟气温度越来越低（<110 ℃），窑尾除尘器、风机、烟囱出现严重的酸腐蚀现象（如图1所示）。水泥行业开始关注并尝试解决SOx排放问题。

2 腐蚀的原因分析

2.1 硫的转化

（1）燃料硫。水泥厂燃料大多采用破碎后的煤粉，煤粉中含有硫化物、硫酸盐和有机硫。煤粉喷在分解炉或回转窑内，分解炉中存在大量的活性CaO，同时温度处在高温脱硫反应的温度区间，因此产生的SO2 或SO3 气体可以在分解炉被CaO吸收或在过渡带和烧成带与碱结合生成硫酸盐。可以说正常情况下，燃料中的硫很少会影响窑尾烟气硫的排放。

（2）原料硫。水泥厂原料中的硫化物大部分为黄铁矿和白铁矿（两者均为FeS2），还含有少量单硫化物（如FeS），该类硫化物会在500~600 ℃发生氧化反应生成SO2，位置位于C2或C3 旋风筒处。原料中还含有部分硫酸盐（CaSO4或CaSO4·2H2O），这两种矿物质在低于1 400 ℃下很稳定。

2.2 SO3 的产生

SO3 的生成非常复杂，主要是原子氧的作用而生成SO3，而原子氧主要是在燃烧反应中形成的。如：CO+O2→CO2+O H+O2→OH+O

这些原子氧很活泼，容易将SO2 转化成SO3。另外，氧分子、二氧化碳及金属氧化物在高温辐射下，其中一部分也会分解出原子氧而使SO2 转化成SO3。当压力一定时，SO2 转化成SO3 的平衡曲线如图2 所示。从图2 可以看出低温时对转化成SO3 有利，在850 ℃以上的高温下，SO3 几乎不产生。

图3 为各种催化物质的作用下SO2 转化成SO3 与温度的关系。从图3 可以看出，催化物质作用一般只发生在500~800 ℃之间，其中Fe2O3 和烟尘对转化所起的影响最为显著。对于化工行业来说，转化率一般为3.2%~8.7%，对于重有色冶金来说，转化率一般为6%~10%，燃煤在燃烧过程中，绝大部分都是气态SO2，仅有1%~5%的SO2会被氧化成SO3。

水泥生产工艺中，由于C2 或C3 旋风筒存在着Fe2O3、Al2O3、SiO2 和烟尘等催化物质，烟气里的SO2有一部分会转化成SO3。其中SO3 生成量的多少取决于SO2 的浓度、烟尘成分和流量、预热器的温度分布以及过剩空气量等。水泥熟料生产整个工艺是碱性环境，SO3 生成后部分会被生料粉吸收，最终有多少SO3 会进入窑尾烟气净化系统中，并无具体数据，这需要根据具体工程或项目进行测定。建议设计选型时暂按重有色冶金的转化率作为参考（6%~10%），计算SO3量和烟气酸露点。

3 酸露点的计算

气态SO3 对设备几乎不发生腐蚀，但当它与烟气中水蒸气结合形成硫酸蒸汽时，却大大提高了烟气的酸露点，并在结露部位发生气液相转变，凝结成硫酸液滴腐蚀设备。

影响烟气酸露点温度的因素很复杂，目前尚没有烟气酸露点的理论计算公式，一般皆由试验取得，或通过试验加上理论推导等方法确定。Müller[2]在1959 年使用热力学关系式计算了含有很低浓度H2SO4 蒸气的烟气的酸露点，并为许多研究者的试验所证实。Müller曲线是现在评价各种酸露点测量方法的基础。

荷兰学者A.G.Okkes[3]根据Müller试验数据提出，式（1）中原文分压单位均为标准大气压。文献比较了式（1）计算结果与该文中由碳、硫含量及过量空气系数绘制的计算图确定露点结果，两者相差不到1.5 ℃，式（1）计算精度比较高，适用范围广。

考虑到生料磨运行时，窑尾烟气中SOx的浓度会大幅度下降，计算酸露点时，只需考虑生料磨停止运行时的SOx的浓度。水泥厂的生产工艺和某些重有色冶金相似，根据经验和相关资料SO2 转化为SO3 的转化率介于6%~10%之间。为了考虑窑尾相关设备的安全，在没有SO3 浓度数值时，计算烟气酸露点温度时建议采用6％的转化率。根据公式（1）计算出不同SO2浓度下酸露点值，具体数据见图4。

4 防腐蚀的对策

影响水泥厂窑尾设备腐蚀的因素很多，但最直接的原因是烟气中含有SO2 等酸性物质和烟气温度接近酸露点，甚至低于酸露点，致使烟气中水蒸气发生冷凝，在金属表面析出冷凝水，形成酸液腐蚀设备[4]。

控制酸腐蚀最有效的措施是改进工艺系统和操作方法，减少或避免出现冷凝现象。但水泥厂实际生产中，烟气全部用于余热发电，再通过立磨烘干和粉磨物料后，窑尾除尘器进口温度大多低于酸露点温度。减少酸腐蚀具体措施如下：

4.1 增加生料磨运转率，减少进入除尘器的SO3

现在大多数情况下，NSP 窑的烟气全部用于余热发电后，再通过生料磨烘干和粉磨物料。由于烟气和磨内物料（大部分是石灰石细粉）均匀接触，烟气中绝大部分SO3 会被物料所吸收，烟气的酸露点将会大幅度提高，所以提高生料磨运转率有利于提高窑尾烟气酸露点温度，也利于减少设备的酸腐蚀。

4.2 控制好除尘器进口烟气温度，降低漏风率

1）提高除尘器进口温度

由于水泥厂的原料无法变化，烟气中含有的SOx浓度是稳定的，酸露点温度也是相对固定的，提高除尘器进口温度是减少酸腐蚀关键措施之一。

除尘器温度过低还会造成烟气中水分冷凝析出。特别是北方的水泥厂冬天温度特别低，除尘器进口温度低于110 ℃，很难保证除尘器顶部不低于100℃，大量酸性气体会和析出冷凝水分形成酸液，该酸液的腐蚀性远远强于酸性气体的腐蚀。

根据相关经验建议，冬天时除尘器温度南方的水泥厂不低于120 ℃，北方的水泥厂不低于130 ℃。

2）降低漏风率

漏风是造成除尘器腐蚀的原因之一。除尘器密封性的好坏主要取决于壳体。要使壳体保持良好的密封性，必须保证其制造、安装质量。人孔门和检查孔处最容易漏风，建议采用双层门，密封可以采用耐热硅橡胶。

输灰系统的漏风是一个特别容易被忽视的位置，可以考虑多增加部分回转卸料器或翻板阀来减少漏风率。

3）加强除尘器顶部保温

大多数水泥厂袋除尘器采用顶部检修、换袋，这种结构容易造成保温不完整，门盖漏风、结露现象。改造设计时，建议采用大门配小门的双层门组合模式，减少顶部散热和漏风现象。

4.3 加强除尘器的保温

由于窑尾除尘器进口温度不高，保温变得愈发重要。但很多水泥厂由于对除尘器保温重视不够，材料质量差、施工水平低，使用一段时间后，保温材料大面积脱落，致使壳体内、外壁的温差较大而产生冷凝水，造成壳体和靠近壳体的内部构件被腐蚀。保温层的材质和厚度应根据当地****气温和除尘器进出口气体温差以保证≯ 30 ℃为宜，并通过计算确定。

4.4 采用耐腐蚀材料

除尘器的部分位置和主要部件，如花板、龙骨等可采用不锈钢材。但不锈钢材只抗硫酸，不抗盐酸。当出现酸性气体会和析出冷凝水分形成酸液时，不锈钢材仍会有腐蚀，只是腐蚀的速度比普通钢材缓慢。对于大型窑尾袋除尘器而言，采用不锈钢材材质，价格将十分昂贵，大多用户难以接受。

水泥厂的SOx浓度大多数在300~1 200 mg/Nm3范围内，远小于很多行业的浓度。壳体、花板、袋笼可考虑采用考登钢（ND钢）代替昂贵的不锈钢，虽然这种钢材不如不锈钢耐腐蚀，但是价格却便宜得多。美国对考登钢的研究表明，耐蚀率为一般低碳钢的20 倍。我国相关资料也表明，考登钢耐蚀性为Q235钢的2.5 倍，若采用高性能考登钢，耐蚀效果会更好。考登钢的价格只比普通Q235钢贵20%。

4.5 采用防腐蚀涂层

防腐蚀涂层有多种，壳体现在常用的是铝粉有机硅高温防腐漆，涂两层WE61-400（耐温300 ℃），每层膜厚约60 μm。袋笼采有机硅喷涂。

5 结束语

随着国家对矿山的管控，水泥厂原料中硫含量波动越来越大，窑尾袋除尘器的腐蚀现象越来越多，也越来越严重。若要控制和减少腐蚀，保证窑尾烟气温度都高于酸露点是最关键因素，同时减少除尘器顶部冷凝现象、降低漏风率、采用耐腐蚀材料和防腐涂层也是减少腐蚀重要措施。本文的分析和研究结果对设计和实际运行具有一定的参考价值。

原标题:水泥厂窑尾袋除尘器酸结露现象的分析和研究