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SNCR烟气除尘设备运转中构成水冷壁腐蚀的原因

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SNCR烟气除尘设备运转中构成水冷壁腐蚀的原因

2019-07-09

  某电厂新装SNCR脱硝体系运转中,水冷壁腐蚀的问题比较严重,构成屡次锅炉非停事故,sncr脱硝厂家通过对SNCR设备运转的特色进行研讨,剖析了SNCR运转中构成水冷壁腐蚀的原因,并提出了有用的操控方法。


  SNCR状况简介


  因为社会对环保的日益注重,发电厂的环保问题越来越成为人们重视的焦点,故此研讨应用了烟气侧操控NOX的SNCR及SCR等技能。SNCR即选择性非催化还原(Selective Non- Catalytic Reduction,以下简写为SNCR)技能,SNCR方法首要是通过向烟气中喷氨或尿素溶液等含有NH3基的还原剂,在高温(900~1100℃)(没有催化剂)的条件下,通过化学反应,把NOx还原成氮气和水。

sncr脱硝厂家

  水冷壁的腐蚀问题


  某厂SNCR体系于2007年开端进行实验性运转,运转中下降NOX作用明显,(NOx的排放从350mg/Nm3下降到200mg/Nm3左右),氨逃逸率操控在小于5PPm的范围内,其他各项指标参数均没有发现异常。可是在实验性运转约4个月后,发现SNCR喷口附近水冷壁的腐蚀问题,引起数次锅炉水冷壁的走漏,构成被动停炉的严重局势,严重影响了安全出产。通过观察,数次水冷壁腐蚀走漏呈现如下特征:金属外表没有腐蚀产物,而是呈或大或小的溃疡状况,腐蚀管段经常呈现不规则的腐蚀坑,有的呈贝壳状、有的呈椭圆形等。另外一个显著的特征是腐蚀多发作在喷孔的水冷壁弯管方位。


  腐蚀机理的探讨


  在SNCR喷射体系中,喷枪设计选用的是炉侧高压厂用蒸气作为雾化介质,雾化蒸汽压力为0.6-0.9Mpa,能够满意雾化压力需求。喷头选用螺纹衔接,在实验进程中,发现喷枪接近喷头附近有液滴滴落,为雾化进程中接近喷孔边际的尿素溶液构成的液滴,一同因为实验进程中需求调节尿素溶液喷入量,在调节进程中也会发作滴落的液滴。


  因为在SNCR投运前,锅炉水冷壁没有发作过相似状况的腐蚀,所以揣度喷孔周围水冷壁管的腐蚀跟滴落的尿素溶液有关。根据尿素行业的经历,尿素溶液在必定条件下具有较强的腐蚀性。SNCR喷孔周围的炉灰、烟气、空气以及水蒸汽、渗漏的水滴等与尿素作用,发作了一系列化学反应。按照腐蚀进程的机理,能够把这种腐蚀分成两类:化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是没有电流发作的腐蚀进程;电化学腐蚀是有电流发作的腐蚀进程。可是,有时很难区别,从SNCR水冷壁的腐蚀状况来看,两种腐蚀都存在,可是以电化学腐蚀为主。


  腐蚀基本原理


  腐蚀机理:电化学腐蚀是因为金属与作为导电体的电解质互相作用,引起电流自金属的一部分流向另一部分,而发作金属的损坏。锅炉水冷壁管(20G)与喷枪滴落的尿素溶液相触摸(尿素溶液是一种电解质并具有极性),在水的极性分子的招引下,钢材外表的一部分铁原子,开端移入溶液中而构成带正电荷的铁离子,而钢材上保留多余的电子,并带有负电荷。假如铁离子不断地进入滴落的尿素溶液中,水冷壁管就会逐渐呈现坑洞,构成腐蚀损坏。可是,正常状况下,在一段时间后钢材外表会呈现双电层的现象。因为钢材外表带负电荷,钢材上的负电荷招引尿素液中带正电荷的铁离子,使钢材外表构成双电层。这时可阻碍铁离子进一步溶解腐蚀,有利于避免腐蚀的进一步发作。可是,因为尿素溶液不断地滴落蒸发(且尿素溶液中溶解了其他能够溶解铁离子的阴离子),不断地从阴极招引电子,从而使阳极不断有电子向阴极移动,而阳极上的铁离子也就不断移入液滴中,腐蚀不断加重,发作了去极化现象。


  SNCR喷孔周围水冷壁腐蚀原因剖析


  溶解盐:钢材在水中的腐蚀速度和水


  含盐的浓度有关,在浓度较低的必定范围内,腐蚀速度随浓度的增高而增高。因为水的含盐量越高,水的电阻就越小,导电度增高,腐蚀也就加快。水中若有某些阴离子,如氯离子和硫酸根离子,它们会损坏金属外表的保护膜。


  氯离子(Cl-):其间氯离子的危害是严重的。因为氯离子很简单替代金属外表保护膜中的氧离子,四氧化三铁变成可溶性的氯化铁。氧化膜损坏后,金属就会进一步发作电化学腐蚀。SNCR尿素的溶解运用的虽然是锅炉疏水,可是因为尿素本身存在含有氯离子的杂质,再加上烟气及飞灰中氯化物的溶解,使滴落在水冷壁上的尿素溶液中氯离子含量升高,引起钢材发作腐蚀。


  硫酸根和亚硫酸根离子(SO4 2+、SO3 2+):虽然尿素溶液本身不含有硫酸根和亚硫酸根离子,但尿素液滴在炉膛内还是会吸收烟气中的SO2、SO3构成离子,构成硫酸根腐蚀,损坏水冷壁钢材上的保护膜进一步加重电化学腐蚀。


  材料接受的应力超过材料的屈从极限


  今后,在部分超过屈从极限的部位,简单发作电化学腐蚀。水冷壁弯管部位在弯管制作进程中发作形变,多少总会引起必定的应力集中,简单构成电位差。钢材变形程度大、内应力大的部位,其电极电位低于变形小、内应力小的部位,成为阳极,发作腐蚀。在停炉检查中发现,水冷壁走漏部位首要也是发作在弯管处,腐蚀现象也与应力腐蚀现象接近:经常呈现不规则的腐蚀坑,有的呈贝壳状、有的呈三角形、有的呈椭圆形等。可见,因为弯管处残存应力的存在,使尿素溶液的腐蚀找到了突破口,加快了水冷壁腐蚀现象的发作。能够判别残余应力腐蚀是我厂SNCR水冷壁腐蚀的首要原因之一。(见图1)


  游离二氧化碳腐蚀:尿素溶液高温时


  分化发作二氧化碳气体,当水中有游离CO2存在时,会使水呈酸性反应:


  CO2+H2O→H++HCO3-


  这样,因为水中H+的数量增多,就会发作氢的去极化腐蚀:2H++2e→H2↑若给水中一同存在O2和CO2,则腐蚀作用就会加重。腐蚀的初步产物氢氧化亚铁先与二氧化碳作用,生成溶解于水的重碳酸亚铁:


  Fe(OH)2+2CO2→Fe(HCO3)2


  当有氧存在时,再氧化成氢氧化铁:


  4Fe(HCO3)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3↓+8CO2↑


  这种腐蚀特征往往是金属外表没有腐蚀产物,而是呈或大或小的溃疡状况。(见图2)游离出来的CO2可再循环投入腐蚀反应,直到氧彻底耗费完为止。而我厂的SNCR喷口在微负压条件下,空气中的氧将源源不断地补充到液滴周围,引起腐蚀的继续进行。除此,锅炉烟气中富集的CO2也会溶解于液滴中构成源源不断的游离CO2。在CO2和O2足够的条件下,腐蚀继续加重进行。


  温度和热负荷:SNCR喷枪方位首要位


  于炉膛内烟气温度约为1100~1150℃处,此处水冷壁钢材外表温度高,使铁离子在水溶液中的扩散速度加快,电解质水溶液的电阻下降,因此加快电化学腐蚀。在高热负荷下,因为热应力的影响,以及滴落在水冷壁金属外表蒸汽泡对保护膜的机械作用,使保护膜简单遭到损坏。


  与尿素CO(NH2)2溶液本身有关的腐蚀


  在喷枪喷入尿素溶液时,因为雾化的不彻底性,将有液滴在喷枪上逐渐构成,通过浇注料从而滴落在水冷壁管上,滴落在水冷壁管上的尿素液滴,在高温下与烟气一同构成复杂的物理化学腐蚀进程。


  腐蚀机理


  尿素液滴分化发作的NH3和烟气中的CO2(包含尿素本身分化发作的CO2)在高温下因异构化而生成氰酸铵,后者分化成游离氰酸:


  CO(NH2)2=NH4CNO=HCNO+NH3


  氰酸根(CNO-)是一种还原性酸根,对金属外表的钝化膜能发作活化腐蚀。


  腐蚀的首要方式及原因


  晶间腐蚀:外表看不出腐蚀迹象,这种腐蚀能损坏晶粒之间的结合力,构成晶界断裂,使金属机械强度彻底损失,在应力作用下,金属会发作突然的脆性损坏。这种晶间腐蚀,属电化学腐蚀,危害性大。


  应力腐蚀:因为尿素溶液中含有氯离子和蒸汽中所含的氯离子,引起水冷壁发作应力腐蚀决裂。其原因首要是因为水冷壁管运转中接受较大的应力引起。


  通过查找的材料观察,尿素水溶液在必定压力和温度条件下有十分强的腐蚀性。尿素出产进程中在尿素组成时,其不锈钢容器都会发作腐蚀,而SNCR分化尿素发作氨气与组成法制尿素的进程相反,基本上有相似组成法制尿素的腐蚀进程,所以尿素液滴落在水冷壁上引起的腐蚀也是引起水冷壁走漏的首要原因之一,不行小视。


  结论及方法


  通过上述剖析,不难发现,引起水冷壁腐蚀水冷壁上构成的,其间应力腐蚀、游离CO2腐蚀和尿素溶液本身腐蚀是水冷壁走漏的重要原因。要想彻底处理水冷壁的腐蚀问题,有必要处理喷孔周围尿素溶液的走漏问题,为此我公司相关技能人员和设计单位一同,通过屡次对喷枪的结构进行改造,和重复的实验,摸索出了一套卓有成效的方法,操控了SNCR对水冷壁的腐蚀问题:


  全面改善喷枪结构,优化尿素溶液的雾化方式,战胜喷枪漏流的缺点,有用下降三种腐蚀的发作几率,处理喷枪走漏的问题。


  改动喷枪与水冷壁面的夹角,使喷枪下倾5度角,一同在确保喷枪不被烧损的条件下增加喷枪伸进炉膛的深度。


  在喷孔下部水冷壁弯管部位加装不锈钢护板,外部敷耐火所料,避免起停体系时分的漏流与水冷壁管直触摸摸。定期对喷枪进行雾化作用检查,发现雾化作用不达标的喷枪及时进行更换,检查周期为每15天检查一次,现已将此项工作列入定期工作标准中。


  5进一步展开调查研讨,SNCR喷尿素工艺国际上有一些成功的经历,学习其他单位的效果对我厂SNCR体系进行继续改善,使SNCR体系的运转更臻完善。

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