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火电厂湿法脱硫烟囱防腐现状探析

北极星环保网来源:《绿色科技》作者:毛俊轩等2017/4/21 11:47:16我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硫技术 湿法脱硫 脱硫工艺

北极星环保网讯:摘要:指出了在国家环保政策的推动下,石灰石-石湿法脱硫技术得到了普遍应用,随之而来的烟气腐蚀问题给整个脱硫工序带来了新的挑战。针对国内防腐现状,分析了脱硫工序中烟气的特点及腐蚀机理,并详细阐述了4种主要的防腐技术。

脱硫技术

关键词:湿法脱硫;烟气;烟囱防腐;防腐材料

1引言

随着社会环保意识的逐渐增强,火电厂燃煤烟气中存在的大量二氧化硫等污染物的脱除显得尤为重要[1]。“十一五”期间,国内原有电厂和新建电厂均在相关部门出台的新政策推动下,进行了技术改造,加设了烟气脱硫工序。

石灰石-石湿法脱硫(WFGD)技术是目前国内火电厂普遍采用的烟气脱硫工艺,该工艺具有脱硫效率高、烟气处理量大、煤质适用面宽、工艺技术成熟、稳定运转周期长、负荷变动影响小等特点,因此,也是各个国家应用最多和相对最为成熟的脱硫工艺。

但是,该工艺也存在一些较难克服的缺点,特别是经烟气脱硫系统排放的烟气对烟囱的腐蚀相当严重。据调查,很多火电厂经技术改造后1~2年内,就出现了严重的烟囱腐蚀现象,有些烟囱甚至穿孔渗漏[2]。

国内在加设烟气脱硫系统后,对烟囱腐蚀问题的研究很少,目前也正处于研究起步阶段[3],而且实地考察和调研也不多,参考资料有限,经验尚浅。在我国电力行业烟囱的现行设计标准中,也仅仅从烟气腐蚀等级方面对烟囱的防腐设计提出了要求,并没有对脱硫系统中烟囱的防腐设计作出具体的规定。因此,进行烟囱防腐的相关研究和设计显得尤为重要。

2腐蚀机理

2.1烟气特点

在加设烟气脱硫工序后,进入烟囱内的烟气温度较低,且烟气湿度大。不设烟气热交换器(GGH)系统的烟气温度在50℃左右,某些电厂加设GGH系统后,烟气温度在80℃左右,均低于酸露点温度,烟囱内有严重的结露,结露生成的稀酸性液滴主要是硫酸和亚硫酸,同时还包括微量的氢氟酸、盐酸和硝酸,该混合酸液的pH值为1.0~2.0,湿烟囱的内壁长期暴露于这种强混合酸环境中,使烟囱处于腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀工况中。研究表明,在40~80℃时,低浓度的酸液对结构材料有更强的腐蚀性,例如,40~80℃条件下,稀酸液对钢材的腐蚀速度是其他温度下的3~8倍,因此,该低温高湿稀酸型腐蚀工况的腐蚀程度与未脱硫时的干烟囱相比更为严重[4]。

2.2烟囱腐蚀环境

经湿法脱硫后的烟囱,内部运行工况非常复杂。一是酸液的组成比较复杂,其中不仅含有硫酸,还含有微量的硝酸、盐酸和氢氟酸,虽然其中的氢氟酸浓度并不大,但其对绝大多数材料的腐蚀性都非常强,能够抵抗该混合酸腐蚀的材料很少。

二是烟囱在正常运行时,内壁几乎处于全正压状态,尽管烟囱正压的压力并不大,但其对烟囱的腐蚀作用影响非常大,可以使烟气和酸液穿过内衬砖或混凝土层,从而对烟囱内壁造成腐蚀。

另外,在正常脱硫情况下,烟囱内湿烟气温度约50℃,而烟气脱硫系统在事故状态时,烟气温度马上升高至110℃,烟囱内的高湿度状态逐渐转变为高温干燥状态,烟囱内壁附着的混合酸液浓度也随着水分的蒸发逐渐增大,当硫酸浓度达到70%以上后,就变为具有强氧化性和脱水性的浓硫酸[5]。

加热条件下,除金和铂外,浓硫酸的强氧化性能使浓硫酸与其他所有金属发生反应,生成金属硫酸盐。钛合金板是一种在烟囱防腐中应用相对较多的高档耐腐蚀材料,表面易生成化学性质稳定的钝化膜,且对于局部损坏具有瞬间修复的特性,在硫酸浓度小于10%时,防腐性能优异,而且耐高温及耐磨性也很好,使用年限长。

但当硫酸浓度大于10%时,可与钛发生反应,尤其是在硫酸浓度接近80%时的腐蚀速度最快,其反应见式为:

2Ti+6H2SO4→Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O(1)

有机体系防腐层也是目前烟囱防腐的一大方向,但浓硫酸具有脱水性,可以夺取含氢、氧元素有机物中的氢原子和氧原子,从而使有机物防腐层从内往外逐渐碳化,进而丧失耐腐蚀性能,其反应见式为:

C12H22O11→12C+11H2O(2)

由此可见,工作在干湿、冷热交替工况下的烟囱,对防腐材料的性能要求是非常苛刻的。湿法脱硫以后,不同温度和湿度条件下的烟气会对烟囱产生不同程度、不同类型的腐蚀,对湿法脱硫工序的安全稳定运行有很大的影响。

延伸阅读:

火电湿法烟气脱硫塔模拟及优化操作分析

脱硫吸收塔除雾层增加事故喷淋管道的设想与分析

循环流化床干法/半干法烟气脱硫除尘及多污染物协同净化技术

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