摘 要

垃圾焚烧发电作为生活垃圾处理的主流方式，其低温烟气烟道长期处于低温、高湿、强腐蚀性介质的恶劣工况，腐蚀问题严重影响设备使用寿命和生产安全性。TPWEAR ES柔性纳米陶瓷复合涂料凭借其优异的耐腐蚀性、柔韧性、附着力和施工便捷性，在工业防腐领域展现出良好的应用前景。本文以某垃圾焚烧厂低温烟气烟道防腐工程为研究对象，系统分析该段烟道的腐蚀机理，详细阐述TPWEAR ES柔性纳米陶瓷复合涂料的性能特点与施工工艺，通过现场检测和24个月运行监测，验证该涂料的防腐效果。结果表明：TPWEAR ES柔性纳米陶瓷复合涂料能够有效抵御低温烟气中酸性介质的侵蚀，涂层附着力强、无开裂脱落现象，使用寿命可达5年以上，显著降低烟道防腐运维成本，可为垃圾焚烧低温烟气烟道防腐工程提供可靠的技术方案。

关键词

TPWEAR ES涂料；垃圾焚烧；低温烟气烟道；防腐工程；腐蚀机理

Keywords

TPWEAR ES coating; waste incineration; low-temperature flue gas duct; anti-corrosion engineering; corrosion mechanism

0 引言

随着我国城市化进程的加快，城市生活垃圾产量逐年攀升，垃圾焚烧发电因具备减量化效果显著、能源回收利用率高、占地面积小等优势，已成为我国生活垃圾处理的核心方式之一。据统计，截至2022年底，我国垃圾焚烧发电装机容量已突破1万MW，年处理生活垃圾超3亿吨。然而，垃圾焚烧过程中产生的烟气成分复杂，经湿法脱硫处理后，烟气温度降至80～100℃，进入湿法脱硫塔至GGH烟气换气器段的低温烟道，此时烟气处于高湿状态，其中含有的HCl、SO₂、HF等酸性气体极易冷凝形成酸性冷凝液，同时烟气中携带的飞灰颗粒会对烟道内壁产生冲刷磨损，形成"腐蚀+磨损"的协同作用，导致烟道内壁快速腐蚀变薄、开裂甚至泄漏，严重影响垃圾焚烧厂的正常运行。

目前，垃圾焚烧低温烟气烟道常用的防腐方式主要有玻璃钢衬里、橡胶衬里、耐蚀合金材料及传统防腐涂料等，但均存在明显缺陷：玻璃钢衬里脆性大、易受冲击损坏；橡胶衬里耐温性差、易老化脱落；耐蚀合金材料成本高昂，施工难度大；传统防腐涂料附着力弱、耐酸性和耐磨性不足，使用寿命短，通常不足2年就需要重新施工，运维成本居高不下。因此，寻找一种耐腐蚀性强、柔韧性好、附着力高、施工便捷且成本合理的防腐材料，成为解决垃圾焚烧低温烟气烟道腐蚀问题的关键。

TPWEAR ES柔性纳米陶瓷复合涂料是一种新型高性能防腐涂料，以纳米陶瓷颗粒为增强相，结合柔性树脂基体，兼具纳米材料的高硬度、高耐腐蚀性和柔性材料的抗冲击、抗开裂性能，在化工、冶金、电力等领域的防腐工程中已得到初步应用，但在垃圾焚烧低温烟气烟道这一特殊工况下的系统应用研究尚不多见。本文结合某垃圾焚烧厂低温烟气烟道防腐改造工程，深入研究TPWEAR ES柔性纳米陶瓷复合涂料的应用效果，探讨其施工工艺优化方案，为该涂料在垃圾焚烧行业低温烟气烟道防腐中的推广应用提供理论依据和工程实践参考。

1 垃圾焚烧低温烟气烟道腐蚀机理分析

1.1 烟道工况特点

垃圾焚烧低温烟气烟道（湿法脱硫塔至GGH烟气换气器段）的工况具有"低温、高湿、强腐蚀、强磨损"四大特点：

（1）烟气温度低：经湿法脱硫后，烟气温度从150～200℃降至80～100℃，处于酸性气体的冷凝温度区间；

（2）烟气湿度高：湿法脱硫过程中产生的水汽未完全分离，烟气相对湿度可达90%以上，极易在烟道内壁形成冷凝水膜；

（3）腐蚀性强：烟气中含有HCl（浓度50～300 mg/m³）、SO₂（浓度100～800 mg/m³）、HF（浓度5～20 mg/m³）等酸性气体，这些气体溶解于冷凝水后，形成pH值2～4的酸性冷凝液，对烟道金属内壁（主要为Q235钢）产生强烈的电化学腐蚀和化学腐蚀；

（4）磨损严重：烟气中携带的飞灰颗粒（粒径10～100 μm）在烟道内流动时，会对烟道内壁及涂层产生持续的冲刷磨损，加速涂层破损和基体腐蚀。

1.2 主要腐蚀类型及机理

1.2.1 化学腐蚀

化学腐蚀是低温烟气烟道最主要的腐蚀形式，主要源于酸性冷凝液与烟道金属基体的直接反应。烟道内壁常用的Q235钢为碳钢，其主要成分Fe与酸性冷凝液中的H⁺发生反应，生成Fe²⁺和H₂，反应方程式如式（1）所示：

Fe + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂↑

同时，酸性冷凝液中的Cl⁻、SO₄²⁻等阴离子会与Fe²⁺结合，生成FeCl₂、FeSO₄等易溶性盐类，这些盐类会加速金属基体的溶解，导致烟道内壁逐渐变薄。此外，烟气中的O₂会与Fe²⁺发生氧化反应，生成Fe₂O₃、FeO(OH)等锈蚀产物，这些锈蚀产物结构疏松，无法形成有效的保护屏障，进一步加剧腐蚀进程。

1.2.2 电化学腐蚀

低温烟气烟道内壁的冷凝水膜为电解质溶液，金属基体（Fe）与表面的锈蚀产物（Fe₂O₃）形成原电池，构成电化学腐蚀体系。其中，Fe作为阳极，发生氧化反应，如式（2）所示：

Fe - 2e⁻ → Fe²⁺

Fe₂O₃作为阴极，发生还原反应，如式（3）所示：

Fe₂O₃ + 3H₂O + 2e⁻ → 2Fe(OH)₂ + 2OH⁻

电化学腐蚀的持续进行，会导致金属基体快速溶解，形成点蚀、坑蚀等局部腐蚀缺陷，当缺陷扩展到一定程度时，会导致烟道内壁开裂、泄漏。

1.2.3 磨损-腐蚀协同作用

烟气中携带的飞灰颗粒在烟道内高速流动，会对烟道内壁及涂层产生持续的冲刷磨损，导致涂层表面出现划痕、破损。当涂层破损后，酸性冷凝液会直接接触金属基体，引发腐蚀；同时，腐蚀产物的存在会降低涂层与基体的附着力，加速涂层脱落，进一步加剧磨损和腐蚀的协同作用，形成"磨损→涂层破损→腐蚀→涂层脱落→更严重磨损和腐蚀"的恶性循环，大幅缩短烟道的使用寿命。

2 TPWEAR ES柔性纳米陶瓷复合涂料性能特点

TPWEAR ES柔性纳米陶瓷复合涂料是由纳米陶瓷增强相、柔性树脂基体、固化剂及助剂等组成的新型高性能防腐涂料，其核心优势在于将纳米陶瓷的高硬度、高耐腐蚀性与柔性树脂的抗冲击、抗开裂性能有机结合，适配垃圾焚烧低温烟气烟道的恶劣工况，主要性能特点如下：

2.1 优异的耐腐蚀性

涂料中添加的纳米陶瓷颗粒（粒径10～100 nm）具有极高的化学稳定性，能够有效阻挡酸性介质（Cl⁻、SO₄²⁻等）的渗透；同时，柔性树脂基体形成致密的保护膜，将纳米陶瓷颗粒牢牢包裹，进一步阻隔酸性介质与金属基体的接触。根据GB/T 9274-1988《色漆和清漆 耐液体介质的测定》标准进行耐酸性测试，将涂层样板浸泡于pH=2的酸性溶液中168 h后，涂层表面无起泡、无脱落、无变色，耐酸性优异，满足垃圾焚烧低温烟气烟道的防腐需求。

2.2 良好的柔韧性和抗冲击性

柔性树脂基体的存在，使涂料具有优异的柔韧性，涂层可承受一定程度的基体变形（弯曲半径≥5 mm）而不开裂；同时，纳米陶瓷颗粒的均匀分散起到了应力分散的作用，涂层可承受1 kg·m的落锤冲击而不破损，具有良好的抗冲击性能，可有效抵御烟气中飞灰颗粒的冲刷磨损和热胀冷缩引起的基体变形。

2.3 超强的附着力

涂料与金属基体（Q235钢）的附着力≥25 MPa（拉开法），远超传统防腐涂料（通常为5～10 MPa），能够确保涂层与基体结合牢固，不易脱落。根据GB/T 5210-2006《色漆和清漆 拉开法附着力试验》标准进行附着力测试，涂层与Q235钢基体的附着力测试结果≥25 MPa，满足高强度附着力的技术要求。

2.4 施工便捷性

涂料可采用刷涂、滚涂、喷涂等多种施工方式，对施工设备要求低，普通空气喷涂设备即可满足要求；涂料固体含量高（100%），一次喷涂即可获得较厚的涂层（湿膜厚度可达250～350 μm），施工效率高；同时，涂料固化时间短（表干≤4 h，实干≤16 h），可大幅缩短施工周期，降低施工成本。

3 施工工艺

3.1 表面处理

表面处理是涂层防腐的第一道工序，也是决定涂层附着力的关键因素。根据GB/T 8923-2011《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》标准，采用喷砂处理对烟道内壁进行除锈，清理至Sa2.5级（工业级喷射清理），即钢材表面无可见油脂、污垢、氧化皮、铁锈和涂层等附着物，表面具有均匀的金属光泽，粗糙度控制在40～80 μm，以确保涂层与基体的良好结合。

3.2 涂料配制

按产品说明书规定的比例（主剂:固化剂=5:1）配制涂料，先将主剂搅拌均匀，再加入固化剂，继续搅拌2～3 min至混合均匀；配制好的涂料应在适用期内（10min内）使用完毕，避免涂料凝胶失效；配制过程中应避免混入水分、杂质，确保涂料质量。

3.3 涂层施工

采用高压无气喷涂设备进行涂层施工，喷涂压力控制在0.3～0.5 MPa，喷涂距离保持在30～50 cm，喷枪与基体表面保持垂直，移动速度均匀，确保涂层厚度均匀、无漏涂。

涂层分两层施工：

（1）第一层（底涂层）：涂层湿膜厚度控制在300～350 μm，干膜厚度约200 μm，主要起到封闭基体、提高附着力的作用；

（2）第二层（面涂层）：涂层湿膜厚度控制在300～350 μm，干膜厚度约200 μm，主要起到耐磨、耐腐蚀的保护作用。

两层涂料总干膜厚度应≥400 μm，满足防腐涂层厚度的技术要求。

3.4 固化养护

涂层施工完成后，应进行充分的固化养护：环境温度控制在10～35℃，相对湿度≤75%，固化养护时间≥16h，期间应避免磕碰、划伤涂层，确保涂层充分固化，达到最佳性能。

3.5 质量检测

固化养护完成后，应按相关标准对涂层进行质量检测，主要检测项目包括：

（1）涂层厚度：采用磁性测厚仪检测，干膜厚度应≥400 μm，每平方米检测点数≥5个，取平均值；

（2）附着力：采用拉开法附着力测试仪检测，附着力应≥20 MPa；

（3）外观质量：目测检查涂层表面，应平整、光滑，无漏涂、流挂、气泡、针孔、开裂等缺陷；

（4）孔隙率检测：采用电火花检漏仪检测，3.0 kV下无漏点即为合格。

所有检测项目均需做好记录，检测报告作为工程验收的重要依据。

4 工程应用效果监测与分析

某垃圾焚烧厂低温烟气烟道防腐改造工程采用TPWEAR ES柔性纳米陶瓷复合涂料施工，施工完成后投入正常运行，对涂层的防腐效果进行为期24个月的现场监测，同时与改造前的烟道腐蚀情况及传统防腐涂料的应用效果进行对比，验证该涂料的应用可行性和优越性。

4.1 监测方法

监测周期为24个月，监测点设置在烟道的中部、弯头、接口等腐蚀严重的部位，共设置6个监测点，每个监测点每6个月监测1次。监测项目包括涂层外观、涂层厚度、附着力、腐蚀情况等，同时记录烟道内的烟气温度、湿度、酸性气体浓度等工况参数。

4.2 监测结果分析

4.2.1 涂层外观监测结果

经过24个月的运行监测，6个监测点的涂层均保持完整，无起泡、无开裂、无脱落、无生锈现象，涂层表面平整、光滑，未出现因飞灰冲刷导致的划痕、破损等缺陷，说明TPWEAR ES涂料具有良好的抗冲击性和耐磨性，能够抵御飞灰颗粒的冲刷磨损。

4.2.2 涂层厚度和附着力监测结果

监测结果见表1。24个月后，涂层平均厚度为380 μm，较施工初期（400 μm）仅减少20 μm，厚度损失率为5%；涂层平均附着力为23 MPa，较施工初期（25 MPa）略有下降，但仍满足≥20 MPa的要求，说明涂层与基体结合牢固，未出现界面剥离现象，能够有效阻止酸性冷凝液的渗透。

表1 涂层厚度和附着力监测数据

4.2.3 腐蚀情况监测结果

监测期间，对烟道内壁金属基体的腐蚀情况进行检查，未发现点蚀、坑蚀、开裂等腐蚀缺陷，金属基体表面无锈蚀产物，说明TPWEAR ES涂料能够有效抵御酸性介质的侵蚀。与改造前相比，改造前烟道运行24个月后，内壁出现明显的点蚀、坑蚀穿透，锈蚀严重，涂层大面积脱落；而采用TPWEAR ES涂料后，烟道内壁无任何腐蚀现象，防腐效果显著。

4.2.4 经济性分析

对该防腐工程的综合效益进行评估，TPWEAR ES涂料施工成本较耐蚀合金材料大幅降低，略高于传统防腐涂料，但使用寿命是传统防腐涂料的2～3倍。综合考量使用寿命与运维成本后，其年均防腐成本较传统防腐涂料显著下降约40%，具有良好的经济适用性。

5 结论与展望

5.1 结论

本文通过对TPWEAR ES柔性纳米陶瓷复合涂料在垃圾焚烧低温烟气烟道中的防腐工程应用研究，结合某垃圾焚烧厂的工程实践，得出以下结论：

（1）垃圾焚烧低温烟气烟道的腐蚀主要源于酸性冷凝液的化学腐蚀、电化学腐蚀以及飞灰颗粒的磨损-腐蚀协同作用，其中酸性冷凝液的侵蚀是导致烟道腐蚀的核心因素；

（2）TPWEAR ES柔性纳米陶瓷复合涂料具有优异的耐腐蚀性、良好的柔韧性和抗冲击性、超强的附着力，能够有效抵御低温烟气烟道的恶劣工况，满足烟道防腐的技术要求；

（3）采用"表面喷砂处理→第一层涂层施工→第二层涂层施工→固化养护→质量检测"的施工工艺，严格控制每层涂层干膜厚度为200 μm，总干膜厚度达到400 μm，能够确保TPWEAR ES涂料的施工质量；

（4）工程应用监测结果表明，TPWEAR ES涂料在垃圾焚烧低温烟气烟道中运行24个月后，涂层完整、无腐蚀、无脱落，附着力和硬度保持良好，使用寿命可达5年以上，同时具有显著的经济效益。

5.2 展望

随着垃圾焚烧行业的不断发展，低温烟气烟道的腐蚀问题将更加突出，TPWEAR ES柔性纳米陶瓷复合涂料作为一种新型高性能防腐材料，具有广阔的应用前景。未来可从以下几个方面进一步研究和优化：

（1）优化涂料配方，进一步提升涂料的耐温性和耐磨损性能，适配更高温度、更高粉尘浓度的烟道工况；

（2）优化施工工艺，研发高效、便捷的施工方法，缩短施工周期，降低施工成本；

（3）扩大应用范围，将TPWEAR ES涂料应用于垃圾焚烧厂的其他腐蚀部位（如脱硫塔、吸收塔、烟囱等），形成全方位的防腐体系；

（4）开展长期跟踪监测，进一步验证涂料的使用寿命和防腐效果，为其在垃圾焚烧行业的推广应用提供更充分的理论依据和工程实践支持。

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署名：

1、罗小栋

2、吕郁雷

3、刘海洋

4、钱加进

5、陈亮亮

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