焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)熱管換熱器腐蝕原因分析

摘要：針對(duì)遷安中化公司焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)熱管換熱器腐蝕的問(wèn)題，對(duì)換熱器低溫段爐管及翅片的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了XRD、掃描電鏡、能譜分析，結(jié)果表明，爐管及翅片發(fā)生了嚴(yán)重氧腐蝕、輕微硫腐蝕和氯腐蝕。分析認(rèn)為腐蝕與經(jīng)脫硫脫硝系統(tǒng)后煙氣中含有體積分?jǐn)?shù)6%~10%的O2和15%~20%的水分有關(guān)，建議將熱管換熱器低溫段材質(zhì)更換為耐氧、硫腐蝕的2205 不銹鋼，以滿足脫硫脫硝系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

引言

遷安中化煤化工有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱遷安中化公司）現(xiàn)有6 座6 m 頂裝焦?fàn)t，設(shè)計(jì)焦炭年產(chǎn)能330 萬(wàn)t，焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝采用的是中低溫SCR(選擇性催化原法)脫硝工藝和氨法脫硫工藝，兩座焦?fàn)t共用一座脫硫脫硝系統(tǒng)，單座系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理廢氣量為300 000 m3/h。該脫硫脫硝系統(tǒng)運(yùn)行1 年多后，熱管換熱器的爐管和翅片發(fā)生了不同程度的腐蝕，尤其以冷凝段低溫?zé)煔馊肟谔幐g最為嚴(yán)重，已經(jīng)影響到了換熱器的正常運(yùn)行。遷安中化對(duì)熱管換熱器不同腐蝕部分進(jìn)行了X 射線衍射分析、電鏡掃描及能譜分析，找到了腐蝕原因，可為同類型裝置類似問(wèn)題分析提供參考。

1 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝

遷安中化焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝工藝流程示意圖見圖1。

原焦?fàn)t煙囪的廢氣通過(guò)管道收集匯合，并與煙氣升溫系統(tǒng)燃燒產(chǎn)生的廢氣在混合室混合，使煙氣升溫到250 ℃~260 ℃，以滿足中低溫SCR 反應(yīng)的溫度要求，煙氣中NOx、O2 與還原劑NH3 在催化劑的參與下，反應(yīng)生成N2 和H2O，達(dá)到脫硝的目的。脫硝處理后的高溫?zé)煔馀c脫硫后低溫?zé)煔庠诔崞綗峁軗Q熱器內(nèi)進(jìn)行熱量交換，降溫到140 ℃左右，進(jìn)入后續(xù)脫硫塔進(jìn)行脫硫處理，同時(shí)，將脫硫后低溫?zé)煔膺M(jìn)行再熱升溫至130 ℃以上，最后通過(guò)原有焦?fàn)t煙囪分別排放，達(dá)到原焦?fàn)t煙囪繼續(xù)使用的目的，確保脫硫脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)焦?fàn)t的安全生產(chǎn)。

2 腐蝕情況分析及討論

為增加換熱面積和效率，該熱管換熱器設(shè)計(jì)為翅片管式換熱器，材質(zhì)為ND 鋼。系統(tǒng)運(yùn)行1 年多后，爐管表面存在不同程度的腐蝕，而爐管上翅片腐蝕尤為嚴(yán)重。

2.1 翅片腐蝕分析

2.1.1 X 射線衍射分析（XRD）

分別對(duì)熱管換熱器爐管外側(cè)的翅片腐蝕產(chǎn)物表面和腐蝕產(chǎn)物粉末進(jìn)行了XRD 檢測(cè)，結(jié)果分別見圖2和圖3，由XRD 分析得到的腐蝕產(chǎn)物組成見表1。從表1 可知，腐蝕產(chǎn)物表面主要成分為FeO(OH)，而腐蝕產(chǎn)物粉末主要成分為Fe2O3 和FeO(OH)。

2.1.2 掃描電鏡及能譜分析

對(duì)翅片連接處爐管腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了掃描電鏡及能譜分析，結(jié)果見圖4 和表2。由圖4 和表2 可知，腐蝕產(chǎn)物中O 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，且沿徑向方向由內(nèi)到外大致呈降低趨勢(shì)，由48%降至37%；腐蝕產(chǎn)物中存在一定量的S 元素，且存在硫富集帶，其S 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10%（譜圖2）。以上分析表明，爐管存在嚴(yán)重氧化現(xiàn)象以及不同程度的硫腐蝕。

2.2 爐管腐蝕分析

2.2.1 爐管整體腐蝕分析

對(duì)腐蝕較輕的爐管進(jìn)行了掃描電鏡及能譜分析，結(jié)果見圖5 和表3。由圖5 可知，爐管表面存在腐蝕層，平均在0.2 mm 左右。由表3 可知，腐蝕層（譜圖1、2） 中存在大量的O 元素，此外還發(fā)現(xiàn)少量的S 元素，而爐管內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)O 元素和S 元素，表明爐管外側(cè)發(fā)生了較為嚴(yán)重的氧化腐蝕。

2.2.2 爐管外側(cè)腐蝕分析

對(duì)爐管外側(cè)腐蝕層進(jìn)行了掃描電鏡和能譜分析，結(jié)果見圖6 和表4。由表4 可知，腐蝕層中O 含量從外到內(nèi)逐漸變低；S 元素也大致呈現(xiàn)類似規(guī)律，但其含量較低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.37%~0.79%；此外，腐蝕層外側(cè)還發(fā)現(xiàn)了Cl 元素，但腐蝕層內(nèi)側(cè)未發(fā)現(xiàn)Cl 元素。結(jié)果表明，爐管外側(cè)主要發(fā)生了氧化腐蝕，還存在一定程度的硫腐蝕和氯腐蝕。

3 腐蝕原因分析與建議

熱管換熱器爐管外側(cè)及翅片發(fā)生了嚴(yán)重氧化腐蝕及輕微硫腐蝕、氯腐蝕。由于焦?fàn)t煙氣中含有體積分?jǐn)?shù)6%~10%的氧氣，氨法脫硫后的煙氣中水分可達(dá)到15%~20%，熱管換熱器爐管及翅片具備被氧化的客觀條件，尤其是低溫冷凝段煙氣中水分含量會(huì)更高，因此低溫段腐蝕現(xiàn)象最為嚴(yán)重。由于煙氣脫硫后，煙氣中SO2 含量非常低，其質(zhì)量濃度為0~10 mg/m3，因此熱管換熱器硫腐蝕現(xiàn)象并不明顯。遷安中化公司爐管材質(zhì)是ND 鋼，耐低溫硫腐蝕，不耐氧腐蝕，已不能滿足目前的工藝條件，因此建議將熱管換熱器腐蝕最為嚴(yán)重的低溫段材質(zhì)由ND 鋼更換為更耐氧腐蝕和硫腐蝕的2205 不銹鋼，以滿足脫硫脫硝系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。