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煙氣脫硝劑尿素溶液對鍋爐爐管的腐蝕機理分析

更新時間:2020-08-06      點擊次數:8339

 SNCR煙氣脫硝工藝中,通常采用氨水或尿素溶液作為脫硝劑,直按噴入高溫煙氣中與煙氣中的NOx反應生成N2而達到脫硝的目的。尿素并不會對鍋爐爐管產生腐蝕作用,但尿素溶液的水解物和熱分解物卻對爐管有很強的腐蝕作用。

尿素的水解反應:

CO(NH2)2NH4CNONH3+HCNO

HCNOH++CNO-

HCNO是一種弱酸,CNO-是一種在酸性條件下具有很強配位能力的絡合劑,能與鐵離子形成配合物而加速保護膜的破壞。

尿素的熱分解反應:

CO(NH2)2 + H2O →CO2 + 2NH3

熱力鍋爐爐管通常采用20G碳素鋼,高溫作用下會在其表面生成FeOFe2O3Fe3O4等保護性氧化物膜。正常情況下,噴入爐膛煙氣中的尿素溶液受熱分解為氨氣和二氧化碳,不會對爐管造成嚴重的腐蝕,如果尿素噴入管設計不當,就會有尿素溶液直接淋在爐管表面。在溫度作用下,尿素生成的酸性HCNO與爐管表面的氧化物直接發生化學反應,CNO-的強配位能力又加速了化學腐蝕的過程。同時,尿素受熱分解出的NH3具有多重腐蝕效果。一方面,NH3是一種較強的配位體,可以與20G碳素鋼中的鉻產生絡合反應加速腐蝕;另一方面,NH3會破壞保護膜與基體金屬之間的雙電荷平衡結構,降低了電極電位,更容易發生腐蝕。

氨的配位反應:

Cr3++6NH3Cr(NH3)63+

配位反應發生以后,導致晶相組織間鉻元素含量的不一致,從而進一步引發貧鉻晶間腐蝕。

有氧參與的電化學腐蝕過程:

陽極,金屬溶解變成金屬離子進入溶液中;

FeFe2++2e

陰極,電子被溶液中的H+和O2結合;

2H++2eH

O2+2H2O+4e4OH(中性或堿性體系)

O2+4H++4e2H2O(酸性體系)

爐管表面分解生成的NH3與煙氣中的SO2SO3反應生成亞硫酸銨、硫酸銨及煙氣中的灰塵形成污垢覆蓋在爐管表面,破壞了爐管與煙氣之間的介質平衡狀態,造成垢下腐蝕。

低溫酸性條件下CO2對爐管也會造成腐蝕作用。爐管表面的水溶液吸收煙氣中的CO2形成碳酸了可直接腐蝕爐管。

Fe+2CO2+H2OFe(HCO3)2+H2

Fe(HCO3)2FeCO3+CO2+H2O

Fe+H2CO3FeCO3+H2

除了上述幾種腐蝕機理以外,在爐管表面還會存在水汽腐蝕、濕H2S腐蝕、氯離子等多種電化學腐蝕作用。

為了解決SNCR煙氣脫硝工藝中尿素溶液對爐管的腐蝕,一是可以合理設備噴入管的位置,二是加設擋流板,三是爐管表面噴涂高效的防腐涂層。

可以根據實際的工況選用北京志盛威華公司生產的ZS-系列防腐涂料,如煙氣防腐涂料、高溫封閉涂料、導熱防腐涂料、紅外輻射節能防腐涂料等,可以咨詢志盛威華唐工尋求具體的涂料選型和防腐方案。

 

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