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解决脱硝喷枪损坏水冷壁的问题-河北思凯淋-脱硝喷枪厂家
作者:  来源: http://www.hebeisikailin.com/hydt/n776.html   发布时间:2018-11-06

  

由于社会对环保的日益重视,发电厂的环保问题越来越成为人们关注的焦点,故此研究应用了烟气侧控制NOX的SNCR及SCR等技术。SNCR即选择性非催化还原(Selective Non- Catalytic Reduction,以下简写为SNCR)技术,SNCR方法主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。  

水冷壁的腐蚀问题  

某厂SNCR系统于2007年开始进行试验性运行,运行中降低NOX效果明显,(NOx的排放从350mg/Nm3降低到200mg/Nm3左右),氨逃逸率控制在小于5PPm的范围内,其他各项指标参数均没有发现异常。但是在试验性运行约4个月后,发现SNCR脱硝喷枪喷口附近水冷壁的腐蚀问题,引起数次锅炉水冷壁的泄漏,造成被动停炉的紧张局面,严重影响了安全生产。通过观察,数次水冷壁腐蚀泄漏呈现如下特征:金属表面没有腐蚀产物,而是呈或大或小的溃疡状态,腐蚀管段经常出现不规则的腐蚀坑,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生在喷孔的水冷壁弯管位置。  

腐蚀机理的探讨

在SNCR喷射系统中,脱硝喷枪设计采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,能够满足雾化压力需要。喷头采用螺纹连接,在试验过程中,发现喷枪靠近喷头附近有液滴滴落,为雾化过程中靠近喷孔边缘的尿素溶液形成的液滴,同时由于试验过程中需要调节尿素溶液喷入量,在调节过程中也会产生滴落的液滴。  

由于在SNCR投运前,锅炉水冷壁没有发生过类似状态的腐蚀,所以推断喷孔周围水冷壁管的腐蚀跟滴落的尿素溶液有关。根据尿素行业的经验,尿素溶液在一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,产生了一系列化学反应。按照腐蚀过程的机理,可以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产生的腐蚀过程;电化学腐蚀是有电流产生的腐蚀过程。但是,有时很难区分,从SNCR水冷壁的腐蚀情况来看,两种腐蚀都存在,但是以电化学腐蚀为主。  

腐蚀基本原理

腐蚀机理:电化学腐蚀是由于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,而发生金属的破坏。锅炉水冷壁管(20G)与喷枪滴落的尿素溶液相接触(尿素溶液是一种电解质并具有极性),在水的极性分子的吸引下,钢材表面的一部分铁原子,开始移入溶液中而形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。如果铁离子不断地进入滴落的尿素溶液中,水冷壁管就会逐渐出现坑洞,造成腐蚀破坏。然而,正常情况下,在一段时间后钢材表面会出现双电层的现象。由于钢材表面带负电荷,钢材上的负电荷吸引尿素液中带正电荷的铁离子,使钢材表面形成双电层。这时可阻碍铁离子进一步溶解腐蚀,有利于防止腐蚀的进一步发生。但是,由于尿素溶液不断地滴落蒸发(且尿素溶液中溶解了其他可以溶解铁离子的阴离子),不断地从阴极吸引电子,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,腐蚀不断加剧,产生了去极化现象。  

SNCR脱硝喷枪喷孔周围水冷壁腐蚀原因分析  

溶解盐:钢材在水中的腐蚀速度和水  

含盐的浓度有关,在浓度较低的一定范围内,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,它们会破坏金属表面的保护膜。  

氯离子(Cl-):其中氯离子的危害是最严重的。因为氯离子很容易取代金属表面保护膜中的氧离子,四氧化三铁变成可溶性的氯化铁。氧化膜破坏后,金属就会进一步产生电化学腐蚀。SNCR尿素的溶解使用的虽然是锅炉疏水,但是由于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,引起钢材发生腐蚀。  

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形成离子,造成硫酸根腐蚀,破坏水冷壁钢材上的保护膜进一步加剧电化学腐蚀。  

材料承受的应力超过材料的屈服极限  以后,在局部超过屈服极限的部位,容易产生电化学腐蚀。水冷壁弯管部位在弯管制作过程中产生形变,多少总会引起一定的应力集中,容易造成电位差。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,发生腐蚀。在停炉检查中发现,水冷壁泄露部位主要也是发生在弯管处,腐蚀现象也与应力腐蚀现象接近:经常出现不规则的腐蚀坑,有的呈贝壳状、有的呈三角形、有的呈椭圆形等。可见,由于弯管处残存应力的存在,使尿素溶液的腐蚀找到了突破口,加速了水冷壁腐蚀现象的发生。可以判断残余应力腐蚀是我厂SNCR水冷壁腐蚀的主要原因之一。 


温度和热负荷:SNCR脱硝喷枪位置主要位  

于炉膛内烟气温度约为1100~1150℃处,此处水冷壁钢材表面温度高,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降低,因而加速电化学腐蚀。在高热负荷下,由于热应力的影响,以及滴落在水冷壁金属表面蒸汽泡对保护膜的机械作用,使保护膜容易遭到破坏。  

与尿素CO(NH2)2溶液本身有关的腐蚀  

在脱硝喷枪喷入尿素溶液时,由于雾化的不完全性,将有液滴在喷枪上逐渐形成,通过浇注料进而滴落在水冷壁管上,滴落在水冷壁管上的尿素液滴,在高温下与烟气一起形成复杂的物理化学腐蚀过程。  


结论及措施  通过上述分析,不难发现,引起水冷壁腐蚀水冷壁上造成的,其中应力腐蚀、游离CO2腐蚀和尿素溶液本身腐蚀是水冷壁泄漏的重要原因。要想彻底解决水冷壁的腐蚀问题,必须解决脱硝喷枪喷孔周围尿素溶液的泄露问题,为此我公司相关技术人员和设计单位一起,经过多次对脱硝喷枪的结构进行改造,和反复的试验,最终摸索出了一套行之有效的办法,控制了SNCR对水冷壁的腐蚀问题:  

全面改进脱硝喷枪结构,优化尿素溶液的雾化形式,克服脱硝喷枪漏流的缺陷,有效降低三种腐蚀的发生几率,解决脱硝喷枪泄漏的问题。  

改变脱硝喷枪与水冷壁面的夹角,使脱硝喷枪下倾5度角,同时在保证脱硝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,防止起停系统时候的漏流与水冷壁管直接接触。定期对喷枪进行雾化效果检查,发现雾化效果不达标的喷枪及时进行更换,检查周期为每15天检查一次,已经将此项工作列入定期工作标准中。  

进一步开展调查研究,SNCR喷尿素工艺国际上有一些成功的经验,借鉴其他单位的成果对我厂SNCR系统进行持续改进,使SNCR系统的运行更臻完善。

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