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电厂湿法烟气脱硫装置腐蚀是怎么回事?如何防腐?

发布时间:2023-04-04人气:174

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烟气脱硫系统已是我国新建火力发电机组要求必须具有的环保装置,而石灰石-石膏湿法烟气脱硫是目前世界上技术最成熟、适合我国国情且国内应用最多的高效脱硫工艺。

但在实际应用中湿法脱硫烟气中含有的粉尘、水蒸气、SOₓ、NOₓ、HF、HCl、H₂SO₃、H₂SO₄等复杂的组分,和酸碱交替、冷热交替、干湿交替,腐蚀与磨损并存的复杂环境,脱硫设备承受着多种多样的物理、化学、温度和机械负荷,特别是液相成分的SO₃²⁻、SO₄²⁻、F⁻、Cl⁻对设备材料的强烈腐蚀等。

如不从多方面采取合理的防腐对策,将达不到预期的防腐效果,带来一系列脱硫系统投用后的棘手问题,最终影响脱硫系统的投用率和脱硫效率。

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石灰石-石膏湿法脱硫工艺及原理

从电除尘器出来大约130℃左右的高温烟气通过BUF(增压风机)进入GGH(换热器),烟气被冷却到80℃左右进入吸收塔,与石灰石浆液进行气液相的喷淋混合。浆液中的部分水份被蒸发掉,烟气得到进一步冷却(60℃左右)。

烟气经吸收塔内循环石灰石浆液的洗涤,可将烟气中95%以上的硫脱除。同时还能将烟气中近100%的氯化氢除去。在吸收塔的顶部(或侧部),烟气穿过两级Me(除雾器),除去大部分悬浮水滴(除雾后液滴含量小于75mg/Nm³)。

离开吸收塔以后,在进入烟囱之前,烟气再次穿过GGH,进行升温到80℃以上。吸收塔出口温度一般为50-70℃,烟囱的最低气体温度在国外常常以排放标准规定下来。

如德国规定最低为75℃,在我国目前暂无具体规定,一般烟囱出口的最低气温为80℃左右。大部分FGD都配备有旁路挡板(正常情况下处于关闭状态)。在紧急情况下(如原烟气温度达到160℃或浆液循环泵全停等)或机组启动时,旁路挡板打开,以使烟气绕过FGD,直接排入烟囱。

吸收塔沉淀池中的石灰石—石膏浆液通过浆液循环泵打入安装在塔顶部的多层喷嘴集管中。在石灰石—石膏浆液经大量SIC喷嘴的喷淋下落过程中,它与上升的烟气接触。烟气中的SO₂溶入水溶液中,并被其中的碱性物质中和,从而使烟气中的硫脱除。石灰石中的碳酸钙与二氧化硫和氧(由氧化风机鼓入吸收塔内空气)发生反应,并最终生成石膏,这些石膏在沉淀池中从溶液中析出。

石膏浆液由石膏排出泵从吸收塔沉淀池中抽出,经石膏旋流器、真空皮带脱水机的浓缩、脱水和洗涤后,储存在石膏仓中,然后再从当地运走商业出售,用于水泥及石膏制品生产行业。石膏脱水后回收的滤液和石膏旋流器上清液经废水旋流器再次浓缩后的底流,返回吸收塔重复利用,而废水旋流器的顶流(富集高氯离子并含有重金属等)排向脱硫废水处理系统,处理后达标排放或重复利用。

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脱硫设备腐蚀机理

脱硫设备主要是由金属材料制成,也包括一部分非金属材料。

金属材料腐蚀机理:

(一)一般腐蚀

一般腐蚀是金属表面的均匀腐蚀,其腐蚀速度一般以mm/a来表示,它是危害性最小的一种腐蚀类型。一般腐蚀反应可分为阳极反应和阴极反应,它们同时不连续发生在金属表面上。

(二)点蚀

发生点蚀时,腐蚀局限于有限的面积之内,其被腐蚀面积与总表面积相比较小,金属表面出现深浅不一、大小不一的蚀坑。金属表面的不均匀处、氧化保护膜的断裂处容易出现点蚀。此外,金属表面局部卤化物浓度过高也是造成点蚀的主要原因之一。

(三)缝隙腐蚀

缝隙腐蚀主要发生在沉积物下面、螺栓、垫片和内部金属构件的金属接触点的不流动区。产生缝隙腐蚀有以下几个阶段:氧气贫化,产生带正电的金属离子;带负电的卤化物阴极进入缝隙与带正电的金属离子化合;水解后使局部呈强酸性。法兰接合处的毛细作用或渗漏是产生缝隙腐蚀的常见途径之一。

(四)晶间腐蚀

当普通不锈钢焊接或处理不当时,碳与铬化合,在晶界处析出铬的碳化物Cr₂₃C₆,虽然它不明显地破坏晶体本身,但是处于贫铬状态的组织,其电极电位显著降低,当受到腐蚀介质作用时,贫铬区为阳极,富铬区和碳化物为阴极,从而形成微电池,耐蚀性降低。

(五)电化腐蚀

电化腐蚀是由于不同的金属间电化学热差的不同而产生的腐蚀,这种腐蚀常发生在碳钢与不锈钢或其他低合金钢之间的法兰连接处。金属表面与水及电解质形成电化腐蚀,在焊缝处也比较明显。

(六)物理机械腐蚀

应力、疲劳、冲刷等物理过程也是金属腐蚀的关键因素。应力腐蚀是拉伸应力和腐蚀共同作用的结果。拉伸应力既可以是金属中的残余内应力,也可以是外部施加的应力,或者是这两种应力的组合,主要是由加工期间产生的。

构件在交变应力的疲劳作用下,金属表面不但要承受应力,而且还要承受腐蚀介质的侵蚀;而金属表面局部腐蚀后,又反过来会降低金属的耐疲特性。

当流体含有的固态颗粒(如石灰石浆、煤灰)比受作用的金属表面硬时,冲刷腐蚀是由腐蚀和磨损共同作用的结果。

石灰石-石膏法脱硫工艺中,由于循环浆液中含有固态物,对吸收塔内壁有一定的冲刷作用.特别是喷淋层下1米的塔壁周围及塔底部分和塔底向上2米的区域以及搅拌机的叶片等,都极易发生冲刷腐蚀。

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防腐蚀对策

设计时选择合适的防腐材料:

烟气脱硫环保技术(FGD)因其脱硫率高、煤质适用面宽、工艺技术成熟、稳定运转周期长、负荷变动影响小、烟气处理能力大等特点,被广泛地应用于各大、中型火电厂,成为国内外火电厂烟气脱硫的主导工艺技术。

但该工艺同时具有介质腐蚀性强、处理烟气温度高、SO₂吸收液固体含量大、磨损性强、设备防腐蚀区域大、施工技术质量要求高、防腐蚀失效维修难等特点。因此,该装置的腐蚀控制一直是影响装置长周期安全运行的重点问题之一。

烟气脱硫吸收塔防腐蚀材料的选择必须考虑以下几个方面:

(一)满足复杂化学条件环境下的防腐蚀要求:

脱硫塔内化学环境复杂,烟气含酸量很高,在内衬表面形成的凝结物,对于大多数的建筑材料都具有很强的侵蚀性,所以对内衬材料要求具有抗强酸腐蚀能力;

(二)耐温要求:

烟气温差变化大,脱硫后的烟气温度在40℃~80℃之间,在脱硫系统检修或不运行而机组运行工况下,烟气温度在130℃~150℃之间,那么要求内衬具有抗温差变化能力,在温度变化频繁的环境中不开裂并且耐久;

(三)耐磨性能好:

烟气中含有大量的粉尘,同时在腐蚀性的介质作用下,磨损的实际情况可能会较为明显,所以要求防腐材料具有良好的耐磨性;

(四)具有抗弯曲性能:

由于考虑到一些场景的特性,包括是地球本身的运动、地震和风力作用等情况,脱硫塔、烟囱尤其是高空部位可能会发生摇动等角度偏向或偏离,同时脱硫塔、烟囱等在运行过程中存在一定的不可抗力等导致形变发生,所以要求防腐材料具有一定的抗弯曲性能;

(五)具有良好的粘结力:

防腐材料必须具有较强的粘结强度,不仅指材料自身的粘结强度较高,而且材料与基材之间的粘结强度要高,同时要求材料不易产生龟裂、分层或剥离,附着力和冲击强度较好,从而保证较好的耐蚀性。通常我们要求底涂材料与钢结构基础的粘接力能够至少达到10MPa以上。

(六)无火灾隐患:

防腐材料在施工完毕后,必须无溶剂、稀释剂等易燃物质残留,且涂层具备耐高温性能,保证后期不会产生火灾等安全隐患。


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