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超級奧氏體不銹鋼在濕法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用

時間:2020-06-17    作者:無錫不銹鋼板    瀏覽:82
無錫不銹鋼板廠家無錫漢能不銹鋼2020年6月17日訊  本文簡要介紹了燃煤電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)以及超級奧氏體不銹鋼在濕法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀,研究了254SMo超級奧氏體不銹鋼在煙氣換熱器、煙囪中的耐蝕性能,并與316L和317L不銹鋼做了比較。結(jié)果表明254SMo在煙氣冷凝液中的耐蝕性能遠大于316L和317L,適合應(yīng)用在濕法脫硫煙氣系統(tǒng)中。


1、前言

濕法煙氣脫硫工藝是當前燃煤電廠的主流煙氣脫硫工藝,這一工藝也是當今世界上應(yīng)用最為普遍、技術(shù)最為成熟的脫硫工藝,在眾多的脫硫技術(shù)中,占脫硫總裝機容量的80%以上,始終占據(jù)主導(dǎo)地位,然而石灰石-石膏濕法煙氣脫硫又是濕法煙氣脫硫中最常用的一種脫硫工藝。濕法煙氣脫硫系統(tǒng)內(nèi)的腐蝕環(huán)境惡劣,系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備很容易腐蝕,做好防腐工作是保障電廠安全穩(wěn)定運行和控制電廠污染物排放的重要前提。

超級奧氏體不銹鋼含有大量的Cr、Ni、Mo及適量N和Cu等合金元素,耐稀硫酸性能和耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能與鎳基合金相當,具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐蝕性能。其中Mo能提高超級奧氏體不銹鋼耐全面腐蝕的能力,特別是耐氯離子點蝕的能力,6%Mo超級奧氏體不銹鋼在含氯離子的酸性溶液中耐蝕性能更好,比較適合應(yīng)用在煙氣脫硫系統(tǒng)中。


2、濕法煙氣脫硫工藝流程 

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫的主要基本工藝流程是:鍋爐煙氣經(jīng)電除塵器除塵和增壓風(fēng)機增壓后,再經(jīng)過煙氣換熱器降溫后進入吸收塔。石灰石漿液噴灑在吸收塔內(nèi)和煙氣進行反應(yīng),以除去煙氣中的SO2、SO3、HCl和HF。石灰石漿液通過漿液循環(huán)泵輸送到噴淋層中,再經(jīng)過噴嘴進行霧化,可以使?jié){液和煙氣能夠完全接觸,充分反應(yīng)。經(jīng)脫硫后的煙氣經(jīng)過煙氣換熱器升溫,增加它的擴散度,最后排入煙囪,由煙囪排向大氣。

在吸收塔中,石灰石漿液與煙氣中的二氧化硫發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)生成石膏,這部分石膏漿液經(jīng)過吸收塔排出泵排出,進入石膏脫水系統(tǒng)。脫水系統(tǒng)主要包含石膏旋流器、真空皮帶脫水機和漿液分配器。反應(yīng)后的煙氣流經(jīng)除霧器除霧,除去煙氣中的漿液霧滴。同時要用電廠工藝水按順序不時地沖洗除霧器。沖洗除霧器主要有兩個目的,一是防止除霧器發(fā)生堵塞,二是可以把沖洗水作為補充水,穩(wěn)固吸收塔的液位。


在吸收塔出口,煙氣一般被冷卻到50℃左右,且含有大量的飽和水蒸氣。通過煙氣換熱器后,煙氣被加熱到80℃以上,主要是為了提高煙氣的抬升高度和擴散能力,進而消除石膏雨現(xiàn)象。最后,符合電廠煙氣排放標準的干凈煙氣經(jīng)通過煙囪排向大氣。


3、超級奧氏體不銹鋼在濕煙囪和煙氣加熱器等設(shè)備中的應(yīng)用 

有些電廠燃煤煙氣經(jīng)過吸收塔后不經(jīng)煙氣加熱器(WGGH)直接進入煙囪排放,這類煙囪成為濕煙囪。有些電廠在吸收塔后不加裝煙氣加熱器而是加裝了濕式電除塵器(WESP),煙氣經(jīng)過濕式電除塵器后經(jīng)過煙囪排放??梢钥闯?,濕煙囪,濕式電除塵器和煙氣加熱器所處的腐蝕環(huán)境相當。根據(jù)GB50051-2002煙囪設(shè)計規(guī)范和DL 5022 火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程,規(guī)定濕煙囪的防腐為強腐蝕等級。當煙氣溫度低于其酸露點時,煙氣中的水蒸氣和SO3會結(jié)合成硫酸,凝結(jié)在金屬表面上,嚴重地腐蝕受熱面,這種因蒸汽凝結(jié)而腐蝕的現(xiàn)象稱為低溫腐蝕(或露點腐蝕)。在濕法脫硫煙氣系統(tǒng)中,低溫腐蝕是較為嚴重的一種腐蝕類型,通常發(fā)生在煙氣加熱器和煙囪等尾部設(shè)備中。

濕煙囪內(nèi)襯防腐金屬材料有超級奧氏體不銹鋼、鎳基合金、鈦鋼復(fù)合板等。鎳基合金的耐蝕性能較好,比較典型的有Nicrofer 5923 h Mo-59 合金,Nicrofer3127h Mo-31 合金,Cronifer 1925 h Mo-926 合金等,但是,我國是貧鎳國家,鎳基合金造價昂貴,增加了脫硫的投資,很少有電廠采用其進行煙囪防腐。鈦材雖然耐性性能也很好,但是其焊接性能較差,強度低。超級奧氏體不銹鋼價格遠低于鎳基合金,焊接性能優(yōu)良,可以與碳鋼直接焊接,機械性能和加工成形性能優(yōu)良,是比較符合我國國情的濕煙囪金屬防腐內(nèi)襯。美國濕煙囪多采用鎳基合金C-276,較苛刻的工況下采用C-22,隨著FGD系統(tǒng)設(shè)計和運行參數(shù)的優(yōu)化,美國也開發(fā)和應(yīng)用了超級奧氏體不銹鋼AL-6XN。德國大量應(yīng)用超級奧氏體不銹鋼Alloy-926和Alloy-31進行濕煙囪防腐,條件苛刻的情況下采用鎳基合金Alloy-59。日本開發(fā)了超級奧氏體不銹鋼YUS260和YUS270用于煙囪防腐。可以看出,超級奧氏體不銹鋼是濕煙囪和煙氣加熱器等設(shè)備中很好的選擇并且已經(jīng)投入使用。


254SMo是6Mo鋼中常用的一種,具有非常優(yōu)良的抗點蝕能力,廣泛應(yīng)用于海水等富含鹵離子的工業(yè)處理設(shè)備中,可用來替代鎳基合金或鈦等昂貴的材料,在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中也有了少量的應(yīng)用。本文以254SMo為例,研究了6Mo超級奧氏體不銹鋼在濕煙囪和煙氣加熱器中的耐蝕性能。


3.1 極化曲線試驗

3.1.1 試樣制備

試驗材料為316L、317L和254SMo,其主要成分見表1。

表1 316L、317L和254SMo不銹鋼的主要成分(%)

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將三種材料的不銹鋼管用機械方法切割出20mm×5mm×0.7mm大小試樣,試樣四周打磨到01#砂紙,經(jīng)過超聲波清洗15min,濃硝酸鈍化30min后,背面用銅導(dǎo)線焊接,然后用丙酮清洗掉附著在電極表面的油脂,最后非工作面用環(huán)氧樹脂封裝,工作面為20mm×5mm。封裝好的電極用粗糙度不同的砂紙由粗到細逐級打磨到01#砂紙備用。

3.1.2 試驗方法

試驗采用三電極系統(tǒng),工作電極為自制所測材料的平面電極,參比電極為飽和甘汞電極(SCE),輔助電極為鉑電極。電位掃描速度為1mV/s,掃描頻率為2Hz,試驗儀器為武漢科斯特儀器公司的CS314電化學(xué)工作站以及DK-S22恒溫電加熱水箱。試驗介質(zhì)為上海某電廠煙氣冷凝液(pH=1.84),再向煙氣冷凝液中加入NaCl,配制1000mg/L和40000mg/L兩種不同Cl-濃度的試驗介質(zhì)溶液,其他離子濃度保持不變。試驗溫度選擇50℃,溫度控制精度為0.1℃。用動電位掃描法測試材料的點蝕電位,試驗從相對參比電極-400mV開始掃描,一直到陽極電流到達0.2~1.0mA/cm2時結(jié)束。每種材料在同樣工況條件下各做3次重復(fù)試驗,以確保試驗結(jié)果真實可靠。


3.1.3 試驗結(jié)果

圖1為316L不銹鋼和317L不銹鋼在1000mg/LCl-煙氣冷凝液以及254SMo超級奧氏體不銹鋼在40000mg/LCl-煙氣冷凝液中的極化曲線。

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圖1 三種不銹鋼材料在不同Cl?濃度煙氣冷凝液中的極化曲線


可以看出,在Cl-濃度為1000mg/L煙氣冷凝液重,316L的點蝕電位比317L低。不銹鋼的點蝕電位一般會隨著溶液介質(zhì)中Cl-濃度升高而降低,但是,當煙氣冷凝液中Cl-濃度達到40000時,254SMo的點蝕電位仍然很高,處于過鈍化狀態(tài),可見,254SMo在較高Cl-濃度的煙氣冷凝液中的耐點蝕性能較好。254SMo中Cr和Mo等合金元素的含量較高,其中,Cr是形成鈍化膜的主要元素,提高Cr含量可以使鈍化膜更加穩(wěn)定;而較高的Mo含量,能使鋼的表面在有Cl-存在的介質(zhì)中形成MoOCl2保護膜,從而有效防止Cl-穿透鈍化膜。


極化曲線中維鈍電流的大小可以表征不銹鋼的均勻腐蝕速率,根據(jù)法拉第定律,腐蝕電流指標和重量指標之間存在嚴格的定量關(guān)系,腐蝕電流越大,金屬腐蝕速率越快,代表材料的耐均勻腐蝕性能越差。說明耐均勻腐蝕的性能254SMo>316L>317L。


3.2 現(xiàn)場掛片試驗

為了驗證實驗室的試驗結(jié)果,本文進行了電廠掛片試驗,將3種不銹鋼換熱管材料制成掛片試樣,放在上海某電廠100W機組吸收塔后的煙道內(nèi),試驗326天后取出,查看管材試樣腐蝕形貌并與試驗前比較,測量失重量并計算出各材料的腐蝕速率。


三種不銹鋼材料的腐蝕速率如圖2所示,從圖中可以看出,317L的腐蝕速率比316L稍高,分別為0.081μm/a和0.069μm/a,這和極化曲線試驗的試驗結(jié)果是一致的。254SMo的腐蝕速率要比前面二者小得多,為0.013μm每年,由于稱重誤差的存在,254SMo的腐蝕幾乎可以忽略不計??梢钥闯?54SMo在實際運行條件下,耐均勻腐蝕的性能較好。

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圖2三種不銹鋼在實際煙道的腐蝕速率


4、超級奧氏體不銹鋼在脫硫吸收塔中的應(yīng)用 

煙氣脫硫工藝中吸收塔的腐蝕環(huán)境同樣很惡劣,尤其在吸收塔煙氣入口處的干/濕交界處,一般Cl-濃度約為5000~60000mg/L,F(xiàn)-濃度為2000~6000mg/L,SO42-濃度為4000~50000mg/L,pH值為2.0~3.5。鎳基合金C-22對硫酸溶液和高濃度的氯離子環(huán)境有非常好的耐蝕性,優(yōu)先考慮它作為吸收塔入口的防腐材料。吸收塔底漿液的pH一般為5~6,Cl-濃度一般控制在20000ppm,目前國內(nèi)多以非金屬防腐材料和不同等級的耐腐蝕合金作為防腐材料,其中金屬主要包括316L、317L、904L、AL-6XN等奧氏體不銹鋼,C-276、C-22等鎳基合金以及2205等雙相不銹鋼。


大多數(shù)火電廠的FGD裝置選擇非金屬材料作為主要防腐材料,主要是由于他們的投資成本低,且不受溶液中高Cl-濃度的影響,但是其耐高溫性能差,維修費用高。而近年來美國和德國所建的全合金FGD系統(tǒng)可在電廠的使用中保證零維護(ZM),大提高了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和運行效率,而降低了設(shè)備的生命周期成本(LCC)。在美國北部,超過40%的吸收塔選用不銹鋼材料。因此,用合金材料取代非金屬材料是FGD裝置選材的一個方向。


5、結(jié)論 

1)超級奧氏體不銹鋼在酸性溶液中耐Cl-點蝕的能力好,價格比鎳基合金低,比較適合應(yīng)用在濕法脫硫煙氣系統(tǒng)中;

2)極化曲線實驗和現(xiàn)場掛片實驗表明254SMo在煙氣冷凝液中的耐蝕性能優(yōu)異,能夠滿足濕煙囪和煙氣加熱器等設(shè)備的工況條件;

3)超級奧氏體不銹鋼904L和AL-6XN等能夠很好的應(yīng)用在脫硫吸收塔中,并且吸收塔用合金材料代替非金屬材料是一個很好的選材方向。

參考文獻(略)

(作者:上海電力學(xué)院趙陽等)