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              脫硫工藝的選擇對煙囪防腐的影響
              2017/5/11 閱讀次數:[5929]

              一、煙囪腐蝕原理

              煙氣對煙囪的腐蝕種類有:化學腐蝕、電化學腐蝕、結晶腐蝕、磨損腐蝕。

              (1)化學腐蝕:尾氣中的腐蝕性介質在一定的溫度、濕度下,和金屬材料發生化學反應生成可溶性鹽,逐漸腐蝕設備。

              (2)電化學腐蝕:潮濕環境中,金屬腐蝕主要是電化學腐蝕,在焊縫處特別容易發生。尾氣中的電解質和水在金屬表面形成原電池,逐漸腐蝕設備。

              (3)結晶腐蝕:可溶性硫酸鹽或亞硫酸鹽的液相滲人表面防腐層的毛細孔內,若設備停用時,在自然干燥下生成結晶型鹽,同時體積膨脹,使防腐材料自身產生內應力,而使其脫皮、粉化、疏松或裂縫損壞。特別是頻繁開、停時,帶結晶水的鹽類體積可增加幾倍或幾十倍,腐蝕更加嚴重。因此,閑置的設備更易腐蝕。

              (4)磨損腐蝕:尾氣中的固體顆粒與設備表面湍動摩擦,使其逐漸變薄,加速腐蝕過程。

              二、脫硫工藝對煙囪腐蝕的影響

              不同的脫硫工藝,對于煙囪腐蝕的影響差距較大,下面主要 主流的濕法與干法工藝做下分析比較:

              (一)濕法脫硫工藝分析

              濕法煙氣脫硫,特點是脫硫系統位于煙道的末端、除塵器之后,脫硫過程的反應溫度低于露點,煙氣經過再熱或不加熱直接排入煙囪。

              煙氣經過濕法脫硫后,雖然煙氣中的二氧化硫的含量大大減少,但是,洗滌的方法對除去煙氣中少量的三氧化硫效果并不好,只有20%~~30%左右。即使用 有效的除霧器,飽和煙氣所攜帶的水滴和水霧也會在煙氣出口設備上凝結,吸收煙氣中的腐蝕元素,腐蝕管路和設備。由于經濕法脫硫,煙氣濕度增加、溫度降低,煙氣極易在煙囪的內壁結露,煙氣中殘余的三氧化硫溶解后,形成腐蝕性很強的稀硫酸液。脫硫煙囪內的煙氣有以下特點:

              (1)煙氣濕度大,處于飽和狀態的濕煙氣含有的腐蝕性介質在煙氣壓力和濕度的雙重作用下,煙囪內側結構致密度差的材料內部很易遭到腐蝕,影響結構耐久性。

              (2)煙氣溫度降低,煙囪正壓運行區域增大,煙囪內側結構很易遭到腐蝕,直接影響煙囪的安全運行。

              (3)低濃度稀硫酸液比高濃度的酸液腐蝕性更強。

              (4)酸液的溫度在40℃-80℃時,對結構材料的腐蝕性特別強。以鋼材為例,40℃-80℃時的腐蝕速度比在其它溫度時高出約3-8倍。

              (5)煙氣中殘留的氯離子遇水形成氯酸,其化合溫度約為60℃,當低于其露點溫度時,即使很少的氯化物也會造成嚴重腐蝕。

              (6)濕法脫硫工藝使可吸入顆粒物排放增加。濕法脫硫塔雖脫除了部分粗顆粒,卻提高了細顆粒的濃度,這些細顆粒是除霧器無法除去的濕法脫硫煙氣中的細小液滴在換熱器中干燥后產生的漿渣所形成的,煙氣中粉塵的增加加劇了對煙囪的沖刷,加速了煙囪腐蝕。

              (7)即使濕法脫硫安裝了GGH,也難以避免腐蝕:

              Ø安裝GGH后,煙氣中的飛灰會積聚在GGH換熱元件上,飛灰中的重金屬會起催化劑作用,將煙氣中部分SO2轉化為SO3,盡管數量不多,但對升高煙氣的酸露點是有影響的,測試表明GGH后SO3的含量有所增加。

              Ø測試發現,經過濕法脫硫后的煙氣酸露點在90~120℃溫度范圍內,而煙氣再熱之后的溫度約80℃,因此在濕法脫硫下游設備表面上,仍然會產生新的酸凝結液。

              Ø經GGH加熱后的煙氣溫度高于煙氣水露點,因此可以防止新的凝結水產生,但是80℃的低溫煙氣,無法在很短時間內將已經凝結在煙道或煙囪表面上的水或穿過除霧器的漿液快速蒸干,只能使這些液滴慢慢地濃縮、干燥,而此過程使得原來酸性不強的液滴變成腐蝕性很強的酸液在煙道和煙囪上形成點腐蝕。

              在國內已有眾多的電廠鍋爐爐后配置濕法脫硫出現了嚴重的腐蝕,即使做了相應的防腐措施,仍未能長期解決煙囪腐蝕的難題。

              (二)干法脫硫工藝分析

              干法煙氣脫硫,特點是脫硫系統位于鍋爐主機與除塵器之間,脫硫過程的反應溫度高于露點,煙氣無須再熱直接排入煙囪。

              干法脫硫具有脫除多組份煙氣污染物的能力。在脫除SO2的同時,可同步幾乎100%高效脫除SO3、HCl、HF、重金屬、RSP等。煙氣經過干法脫硫后,酸性氣體幾乎全部脫除,特別是SO3及HCl的脫除對煙囪起到了很好的保護作用。干法脫硫煙囪內的煙氣特點如下:

              (1)煙氣溫度高于露點溫度,系統不會出現結露腐蝕,無需特殊防腐。

              (2)煙氣溫度較高,煙囪正壓運行區域減小,對煙囪內側結構受到的擠壓沖刷小,保證煙囪安全。

              (3)脫硫裝置在鍋爐主機與除塵器之間,經過除塵后的煙氣,粉塵濃度低,煙氣對煙囪的沖刷小,減少煙囪磨損。

              (4)在脫除SO2的同時,可同步幾乎100%高效脫除SO3、HCl、HF、重金屬、RSP(可吸入細微顆粒)等。煙氣經過干法脫硫后,酸性氣體幾乎全部脫除,特別是SO3及HCl的脫除使得煙囪內不會出現低濃度的稀硫酸與氯酸,對煙囪起到了很好的保護作用。

              近年來,憑著脫硫系統工藝簡單,運行成本低,一次性投資成本低,系統無需防腐,脫硫效率高( 脫硫率可達到95%以上)、對煙氣含SO2濃度變化適應性大、脫硫吸收劑的利用率高、技術成熟、運行可靠等特點,干法脫硫在國內脫硫市場所占的比例逐漸增加。干法脫硫因其本身的技術特點,整套系統無需防腐,對于脫硫裝置后的煙囪也無需進行防腐處理也能保證其安全穩定的運行。下文以CFB-FGD干法脫硫為例簡要介紹半干法脫硫工藝。

               

              CFB-FGD干法脫硫除塵一體化工藝:

              該工藝由吸收劑制備、脫硫吸收塔、物料循環、布袋除塵器及控制系統等部分組成。鍋爐排出的煙氣,從底部進入脫硫吸收塔,煙氣經吸收塔底文丘里結構加速后與加入的吸收劑、循環灰及水發生反應,除去煙氣中的SO2等氣體(具體流程見下圖)。煙氣中夾帶的吸收劑和脫硫灰,在通過脫硫吸收塔下部的文丘里管時,受到氣流的加速而懸浮起來,形成激烈的湍動狀態,使顆粒與煙氣之間具有很大的相對滑落速度,顆粒反應界面不斷摩擦、碰撞更新,從而極大地強化了氣固間的傳熱、傳質。

              同時為了達到 的反應溫度,通過向脫硫塔內噴水,使煙氣溫度冷卻到75℃左右。攜帶大量吸收劑和反應產物的煙氣從脫硫吸收塔頂部側向下行進入脫硫除塵器,進行氣固分離,經氣固分離后的煙氣含塵量不超過50mg/Nm3。為了降低吸收劑的耗量,大部分收集到的細灰及反應混合物返回脫硫塔進一步反應,只有一小部分被認為不再具有吸收能力的較粗顆粒被作為脫硫副產物排到電廠脫硫灰庫。末尾經除塵器凈化后的煙氣經引風機排入煙囪。

               

              該脫硫工藝的主要化學反應式為:

              Ca(OH)2+SO2=CaSO3&dot;1/2H2O+1/2H2O

              Ca(OH)2+SO3=CaSO4&dot;1/2H2O+1/2H2O

              CaSO3&dot;1/2H2O+1/2O2=CaSO4&dot;1/2H2O

              Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H2O

              Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O

              2Ca(OH)2+2HCl=CaCl2&dot;Ca(OH)2&dot;2H2O(>120℃)

              CFB-FGD干法脫硫除塵一體化工藝特點主要有:

              1)技術成熟,在國內外電力、燒結等行業有廣泛的應用;

              2)脫硫效率高,從理論上講,CFB-FGD干法脫硫除塵工藝高脫硫效率是可實現的,只要提高Ca/S,增加吸收劑耗量,脫硫率可高達98%以上。

              3)先脫硫后除塵的工藝方案能夠很好的利用循環流化床鍋爐飛灰中殘留的CaO作為吸收劑,可有效降低煙氣脫硫運行成本。

              4)運行環境為干態,排煙溫度高,系統不需要煙氣再熱和特殊防腐。

              5)不受煙氣負荷及含硫量限制,對煤質煤種變化適應性強。CFB-FGD干法脫硫除塵一體化工藝設置清潔煙氣再循環,可以滿足煙氣負荷波動下的正常運行。同時,對煙氣中SO2濃度的波動也有較好的適應性,在SO2濃度增大時,只需適當增加吸收劑的加入(設備無須改造), 可以使脫硫效率得到提高,滿足環保排放要求。

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