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脫硫管道損壞的原因分析

發布日期:2015-12-28 16:15 來源:未知 點擊:

濕法煙氣脫硫漿液管道,具有普通流體管道幾乎所有特性,同時由于漿液管道內介質為石灰石粉或石膏粉等細小顆粒同水的混合物,并夾雜著部分氯離子(20000ppm以內)和重金屬離子,使得漿液管道具有易磨損、易腐蝕及易堵塞等特點。
以鄒縣電廠為例,鄒縣發電廠8臺機組脫硫系統均采用德國比曉芙濕法煙氣脫硫技術,其工藝流程示意圖如下:

圖1  濕法空塔吸收煙氣脫硫裝置工藝流程示意圖。
由上圖可知,就其腐蝕環境區域構成而言,主要分為三個部分:一是煙氣輸送及熱交換系統;二是煙氣含SO2的吸收及氧化系統;三是廢水回收、石膏脫水及吸收劑(石灰石漿液)傳輸系統。其中煙氣輸送及熱交換系統中主要包括煙道、換熱器、擋板等設備,管道應用較少,因此脫硫管道主要集中在二、三區域。現從漿液分部分介質屬性及漿液屬性對管道損壞機理兩大方面來分析。
2.1 漿液介質屬性分析
2.1.1吸收劑制備系統內部漿液主要成分為石灰石漿液,PH值在8-9之間,弱堿性的化學性能需要管道內襯具有較強的耐堿性,但石灰石漿液為過飽和漿液,摻雜了部分石灰石的固體顆粒及其他惰性雜質,對管道內襯層有很強的磨損。
2.1.2吸收塔系統內部漿液為石灰石和石膏的混合漿液,為達到較高的脫硫效率及脫硫速度,一般控制PH值在5.3-5.6之間,若PH值偏低,對吸收塔系統的管道腐蝕性極強,另若PH偏高,雖然有利于脫硫速度的提升,但速度過快容易造成亞硫酸產物的增加,因此亞硫酸產物不穩定性后分解的亞硫酸對后續的系統更是一種嚴峻的考驗;另有大顆粒的石膏晶體對管道的磨損也更加嚴重。腐蝕與磨損并重是此系統中管道的普遍要求。
2.1.3石膏排放系統中漿液主要為石膏漿液和少量石灰石漿液,旋流器前的管道存在石灰石漿液,若脫硫效率偏低或偏高,對于管道內襯層的耐磨性要求增強,另石膏漿液的化學性能為酸性,若PH值調節不正常,酸性增強,對于管道的耐酸性要求更高。
2.1.4石膏排放系統旋流站后管道主要介質為高濃度石膏漿液,屬性為酸性,主要的性能要求為耐酸性強。
另有不同部位的設備附近管道有極強的腐蝕和磨損,此部位損壞的主要原因為沖刷和腐蝕并存,而且往往無理論依據可言,針對此種特殊部位,研究人員將對此個別對待,尋找一種性價比更高的產品。
2.2漿液介質屬性對管道的影響
2.2.1腐蝕性
  因漿液具有弱酸性,并且還夾雜著部分氯離子和氟離子,這些物質會與碳鋼管壁發生化學反應而使鋼管腐蝕,直至爛穿,影響脫硫裝置的使用壽命。主要反應式為:
4Fe+SO42-+4H2O = FeS+3Fe(OH)2+2OH-
另外,Cl-比氧更容易吸附在金屬表面,并把氧排擠掉,從而使金屬的鈍化狀態遭到局部破壞而發生孔蝕,某些不銹鋼材料也難以避免。漿液對金屬管的腐蝕形式有:點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕、電化腐蝕等等。
  防止腐蝕的最佳方法是阻止漿液與金屬面接觸。因此選擇具有內襯層的管道成為了必然趨勢,目前市場上存在多種帶內襯層的管道,如襯膠、襯塑、陶瓷內襯復合管道等。如何選擇內襯層成為了各大電廠最大的問題癥結所在。
2.2.2磨損性
  漿液的磨損性是指漿液中固體顆粒(特別是硅酸鹽類)對被磨損材料的撞擊及破壞。濕法煙氣脫硫漿液介質主要由石灰石(CaCO3)顆粒(含有少量SiO2)、石膏(CaSO4•2H2O)顆粒和水組成,漿液的成分:
反應中石灰石漿液:漿液中主要固體成分為石膏晶體和少量石灰石、惰性物質等,質量濃度在15%-20%左右,漿液為酸性混合物,運行PH值在4.5-6.0之間,漿液中氯離子濃度一般在20000-60000個PPM之間。此種漿液一般為脈沖懸浮系統及循環泵系統等在吸收塔漿液內部循環的管道。磨損與腐蝕并重,也是整個脫硫系統關系到脫硫率的重點部位,容易造成脫落堵塞泵、管道及噴嘴。
從表2-1可以看出,漿液的含固量一般為4.0%~50%。石灰石漿液顆粒直徑取決于石灰石粉的目數,按照低標準250目的要求衡量,則石灰石漿液顆粒的直徑一般小于60μm,而石膏顆粒粒徑也大多小于100μm。在較高的流速(3m/s以上)時,這些顆粒會對管道內壁產生嚴重的磨損或沖蝕。

2.2.3易堵塞性
  濕法煙氣脫硫漿液管道為兩相流。兩相流的特點是流速一定要控制在合適的范圍之內。流速高了易產生磨損并大大增加管道阻力,而流速低了則會產生沉積,縮小管道的流通面,直至堵塞整根管道。漿液管道的易堵塞還表現在沉積物長期不清理會導致硬化結塊,最終整根管道報廢。
  對于含有弱堿性(含Ca2-)的管道還有容易結垢的特點,不管流速如何,長期運行均會導致管道結垢堵塞。這也是濕法煙氣脫硫吸收塔漿液PH保持5~6(弱酸性)的重要因素之一。
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