湿法脱硫装置对钢烟囱的腐蚀影响

湿法脱硫装置对钢烟囱的腐蚀影响

E ffects of Wet Desulfurization Device on Steel Stacks

杨佳珊,黄　涛

(广东省电力设计研究院,广东　广州　510600)

摘要:电厂在添加湿法脱硫装置后导致烟气温度降低,温度低于酸露点温度,而烟气湿度加大,S O3溶于水形成硫酸,对钢烟囱的腐蚀极大。文中对此进行了分析,并提出了解决方法。

关键词:湿法脱硫;酸露点;腐蚀;钢烟囱

[中图分类号]TK22419　[文献标识码]B　[文章编号]1004-7913(2004)02-0028-03

随着我国环保要求越来越高,湿法脱硫技术特别是石灰石—石膏湿法脱硫在电厂也得到越来越广泛的应用。湿法脱硫装置为减少二氧化硫的排放,防止酸雨的形成都发挥了良好的作用,但是尾部烟道、烟囱的腐蚀也成为湿法脱硫装置运行中一个很严重的问题。

1　湿法脱硫技术原理

首先将石灰石粉加水制成浆液作为脱硫吸收剂,然后经泵打入吸收塔,吸收剂与烟气充分接触,使烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙进行反应生成亚硫酸钙,从吸收塔下部浆池鼓入氧化空气使亚硫酸钙氧化成硫酸钙,硫酸钙达到一定饱和度后,结晶形成二水石膏。从吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水,使其含水量小于10%,然后用输送机送至石膏贮仓堆放。脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴,再经过加热器升温高于80℃后,由烟囱排入大气。

2　产生腐蚀的因素

2.1　金属的腐蚀原理

一般来说,对烟囱腐蚀可分为4类:化学腐蚀、电化学腐蚀、结晶腐蚀、磨损腐蚀。在潮湿的条件下,金属腐蚀主要是电化学腐蚀。

化学腐蚀:尾气中的腐蚀性介质在一定的温度、湿度下和金属材料发生化学反应生成可溶性盐,使设备逐渐被腐蚀。部分反应方程式如下: Fe+S O2+H2O=FeS O3+H2

Fe+S O2+O2=FeS O4

2HCl+Fe=FeCl2+H2

电化学腐蚀:尾气中的电解质及水在金属表面形成原电池,使设备逐渐被腐蚀,在焊缝处特别容易发生。电化学方程式如下:

Fe=Fe2++2e

Fe2++8FeO+8OH-+2e=3Fe3O4+4H2O

结晶腐蚀:用碱性液体吸收S O x后生成可溶性硫酸盐或亚硫酸盐,液相渗入表面防腐层的毛细孔内,若设备停用时,在自然干燥下生成结晶型盐,同时体积膨胀,使防腐材料自身产生内应力,而使其脱皮、粉化、疏松或裂缝损坏。特别是开停频繁时,带结晶水的盐类体积可增加几倍或几十倍,腐蚀更加严重。因此,闲置的设备更易腐蚀。

磨损腐蚀:尾气中的固体颗粒与设备表面湍动摩擦,不断更新表面,加速腐蚀过程,使其逐渐变薄。

2.2　烟囱的腐蚀过程

从脱硫塔出来的净烟气中含有大量的水蒸气和微量的三氧化硫气体,经除雾器后仍含有少量的液滴(一般为75～100mg/m3(标准状态下))。低温

栓紧固应力应控制在250MPa左右,旧螺栓紧固应力一般控制在200MPa。

c.每次大修对3号机汽缸螺栓进行100%的无损探伤和硬度检查,抽检金相组织,对不合格的螺栓及罩帽及时进行恢复热处理。

d.对同批螺栓进行恢复韧性热处理。

参考文献:[1]D L439—91《火力发电厂高温紧固件技术导则》[S].1991

[2]编写组.金相图谱[M].北京:水利电力出版社,1980

[3]姜求志,王金端.火力发电厂金属材料手册[M].北京:中

国电力出版社,2000

作者简介:

李宏强(1973-),男,工程师,学士,现从事金属失效分析及检测工作。

(收稿日期　2003-11-11)

82东北电力技术 2004年第2期

烟气进入烟囱后,随着烟温的降低,水蒸气会结露成液滴,与烟气中的三氧化硫化合,形成硫酸液膜,对烟道及烟囱筒体产生腐蚀,烟道及烟囱设计应考虑相应的防腐措施。

在《火力发电厂土建结构设计技术规定》D L5022—93中规定了腐蚀性指数K c的计算公式

K c=100w(S ar)w(A ar)6R x O(1)式中　w(S ar)———燃煤中应用基含硫量,%;

w(A ar)———燃煤中应用基含灰量,%;

6R x O———粉煤灰中4种碱性氧化物(CaO、

MgO、K2O、Na2O)的总含量,%。

腐蚀性指数越大,表明对物体的腐蚀性越强。根据某电厂数据,计算出脱硫前后烟气的腐蚀性指数。脱硫前K c=1132,脱硫后K c=0125(85%脱硫率时)。未投运FG D装置时,烟气为弱腐蚀性;脱硫后,烟气应无腐蚀性。但事实并非如此。

3　湿法脱硫装置对酸露点温度的影响

露点是衡量低温腐蚀的重要参数。由于影响锅炉的因素很多,难以用一个计算公式表达各种情况。目前,世界各国的研究机构和工厂按照各自的具体情况得出一些经验计算公式,但是他们都有一定的局限性。

以某电厂600MW燃煤机组为例,介绍脱硫前后露点温度的变化情况。

目前,我国的电力设计行业大多用以下公式计算烟气露点温度:

t ld=t sl+1253S ar,zs1105a fh×A ar,zs(2)式中:t ld为烟气露点温度,℃;t sl为烟气中水蒸气露点温度,℃;可由饱和水蒸气表查得;a fh为飞灰占燃料灰分的比例,对于煤粉炉,取a fh=0185。

S ar,zs、A ar,zs为燃料的收到基折算硫分和折算灰分,%,其值按下式计算:

S ar,zs=w(S ar)Q dw,ar×4186

A ar,zs=w(A ar)Q dw,ar×4186

式中:w(S ar),w(A ar)分别为燃料收到基硫分和灰分,%;Q dw,ar为燃料收到基低位发热量,k J/kg。

但是,式(2)只适用于计算原烟气露点温度,不适用于脱硫后净烟气露点温度的计算。日本电力工业中心研究所提供的烟气露点温度计算式为t ld=201gΦ(S O3)+a(3)式中:t ld为烟气露点温度,℃;Φ(S O3)为烟气中S O3体积分数,%;a为水分常数,当烟气中水分为5%时,a=184;水分为10%时,a=194。

美国“CE”公司的标准按以下方法进行计算。该计算方法给予下列条件:燃料中的硫分燃烧后都生成S O2;烟气中的S O2的2%含量(体积百分率)转化成S O3。

计算顺序如下:

a.根据给定的燃料组分和过量空气系数,计算烟气组成;

b.根据烟气的总物质的量和S O2的量,求出S O2的体积百分数;

c.按2%的转化率,计算S O3的体积含量;

d.按计算求得的烟气的S O3和水蒸气体积含量,据图中曲线查出露点温度。

一般来说,式(2)计算标准严重偏低,而且根本就没有考虑脱硫的影响,按此进行设计,会导致低温腐蚀严重,因此一般采用公式(3)的计算结果。

3.1　脱硫前露点温度的影响

脱硫前S O2含量为1323mg/m3,S O3为S O2含量的2%,水分的含量为6117%,按照式(2)计算得出的露点为60℃左右,按照式(3)计算得出的露点为108℃,按照CE标准计算得到的露点温度为105℃左右,原有排烟温度为128℃,高于任何一种方法计算得到的露点温度,因此不会发生低温腐蚀。

3.2　脱硫后露点温度的影响

湿法脱硫对S O3的去除率很低,一般以50%计,而水分含量可以达到该温度下的饱和含量,计算可以得到露点温度约为132℃。可见,烟气脱硫后,一方面S O3浓度降低使烟气露点温度下降,另一方面烟气中的水蒸气含量增加使露点温度升高,最终结果是烟气露点温度略有升高。我国脱硫工程一般要求将脱硫后的净烟气加热到80℃以上。此温度仍然低于露点温度,所以多数工程要求脱硫后的净烟气烟道采取防腐措施。烟道中、下部的烟气温度低于70℃,比酸露点低许多,这样,腐蚀不可避免。

脱硫前烟气温度和烟囱内壁温度高于酸露点温度,故烟气不会在净烟气烟道和烟囱内壁结露,且烟囱内为负压区,不会出现酸腐蚀问题。而脱硫后,烟气温度低于酸露点温度,S O3将全溶于水中,烟气会在净烟气烟道和烟囱内壁结露。尽管烟气中S O2等酸性气体减少了,但烟气的腐蚀性反而更强。

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2004年第2期 东北电力技术