Corror. Sci.:脱硫烟气与加热锅炉中的沉积物之间的相互作用对燃煤锅炉的影响


【引言】

二氧化硫作为化石燃料燃烧的主要污染物,必须控制其排放量,烟气脱硫装置(FGD)是燃煤锅炉烟气净化系统的重要组成部分。对于一些供热锅炉,FGD出口的烟气中的液滴质量浓度较高,留在热交换表面上的沉积物可能相当大,并且在腐蚀过程方面有所不同。

【成果简介】

近日,西安交通大学赵钦新教授(通讯作者)Corror.Sci.上发表了题为“Desulfurized flue gas corrosion coupled with deposits in a heating boiler”的文章。通过测试五种不同牌号的燃煤供热锅炉,即09CrCuSb,UNS S31603,S30403,S32205和S32507,在不同的表面温度下经过长时间的腐蚀试验,再用XRD,XRF,SEM和EDS分析腐蚀后的样品,研究了脱硫烟气与沉积物共同腐蚀的机理,以及表面温度的影响。

【图文导读】

图1 测试装置示意图

a)测试仪器。五种测试钢材组成外管。其表面温度可以通过循环水来控制

b)分析样本。从每个钢的中间部分被切断。直接面向烟气流的区域作为迎风面,相反面积作为背风面

c)测试位置。位于烟气脱硫后的垂直烟道,位于90兆瓦燃煤锅炉的烟囱之前

图2 将浆料蒸发后剩余的固体的XRD图片

泥浆中主要有CaSO4,CaCl2和MgCl2; CaSO4·0.5H2O峰最强

图3 在不同的表面温度下进行72小时腐蚀试验后测试钢的外观图片

迎风面比背风面的沉积、腐蚀水平更高,而且表面温度也有很大的差别

图4 09CrCuSb在50℃的表面温度下72小时腐蚀试验迎风面外表面的XRD 结果

钢的腐蚀产物有:FeO(OH)、Fe2(SO4)3和Fe(OH)SO4;烟气中的 CaSO4沉积在钢上;FeO(OH)峰最强.

图5 低合金钢09CrCuSb和奥氏体不锈钢S30403在表面温度为50°C时的横截面SEM显微照片

a)09CrCuSb位于迎风面

b)09CrCuSb位于背风面

c)S30403位于上风侧

d)S30403位于下风侧

图6 在不同表面温度下72小时腐蚀测试之后的横截面SEM显微照片

a-c)表面温度为60℃的09CrCuSb,S30403和S31603的横截面SEM显微照片

d-e)表面温度为70℃的09CrCuSb和S30403的横截面SEM显微照片

f-g)表面温度为80℃的09CrCuSb和S31603的横截面SEM显微照片

图7 不同表面温度72小时腐蚀测试后的外管上的测试钢的沉积层和腐蚀层的平均厚度

 沉积层厚度随着表面温度的升高而降低。 腐蚀层的厚度最初增加并在下降前在约60℃达到峰值。80℃和90℃没有形成相干腐蚀或沉积层,因此未在图中表示。

图8 脱硫烟气中液滴的变化

 当接近高温表面时,会相继发生水分蒸发、液相浓缩和可溶性盐沉淀。 如果表面温度足够高,液滴可以在到达钢表面之前蒸发至干燥。

图9 钢表面的沉积物成分示意图

a)当表面温度接近烟气初始温度时,以CaSO4为主

b)当表面温度远高于烟气温度时,出现氯化物

c)当表面温度进一步升高时,沉积物变得干燥且不连续

【小结】

(1)脱硫烟气夹带的水滴导致钢表面附着沉积物并发生腐蚀。这些沉积物主要沉积于钢管迎风面,导致其腐蚀程度比背风面高。

(2)钢的表面温度是决定沉积和腐蚀过程的关键因素。当表面温度接近烟气初始温度时,沉积物是CaSO4。09CrCuSb的腐蚀较为均匀,而不锈钢则因为钝化而被保护起来。

(3)随着表面温度的升高,钢表面的沉积量减少,而沉积物中的氯离子浓度显着增加,逐渐沉淀出氯化物,被沉积物覆盖的地方腐蚀大大加剧,不锈钢上的钝化膜被破坏。

(4)转折点大概在60〜70℃之间,钢的腐蚀层厚度不再随表面温度升高。沉积物变得更干燥,更难以粘附,腐蚀过程由于缺乏电解质而开始受到抑制。

(5)受试钢中,低合金钢09CrCuSb在脱硫烟气下腐蚀性能较差,而奥氏体不锈钢S30403和S31603性能更好。在高于80℃的表面温度下,可以观察到很少的均匀腐蚀。双相不锈钢S32205和超级双相S32750对脱硫烟气具有良好的耐腐蚀性,仅发生局部腐蚀。

文献链接:Desulfurized flue gas corrosion coupled with deposits in a heating boiler(Corror.Sci.,2017,DOI:10.1016/j.corsci.2017.11.009)

本文由材料人编辑部新人组欧仪编辑,陈炳旭审核,点我加入材料人编辑部

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