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选择性非催化还原系统对垃圾焚烧发电厂锅炉腐蚀的影响

2018-02-13信息来源 :
  选择性非催化还原(SNCR)系统能有效减少垃圾焚烧发电厂烟气中NOx排放浓度。但SNCR系统以尿素为还原剂,会对锅炉水冷壁产生腐蚀,大大降低了水冷壁的使用寿命。因此,对SNCR系统腐蚀锅炉水冷壁的问题进行了综述,并提出了短期和长期治理的方法。
 
 
  随着我国经济的快速发展,国民生活质量的日益提高,垃圾收集转运体系的更加完善,城市生活垃圾收集量越来越多,并且每年还在以一定的速度快速增长。城市生活垃圾不仅量多,而且所含组分构成复杂,如不合理处置,随意放置,严重影响城市市容,甚至出现垃圾围城现象,并且会造成环境污染问题。
 
  目前,我国城市生活垃圾的处理方式主要以填埋、焚烧、堆肥等方式进行处理。过去,比较常见的是垃圾填埋方式。然而,传统的垃圾填埋处理不仅占用大量土地,还存在二次污染、病毒传播、高浓度垃圾渗滤液等问题。
 
  垃圾焚烧发电技术虽然出现较晚,但近年发展十分迅速。垃圾焚烧发电具有减量化、无害化、资源化等优势,是目前国际上垃圾处置最流行的方式之一。
 
  1选择性非催化还原系统
 
  城市生活垃圾中含有大量含氮化合物,焚烧过程中会产生大量含有NOx的烟气,会造成大气污染。目前常用的降低锅炉NOx的排放主要为烟气脱硝技术和低NOx燃烧控制技术。垃圾焚烧发电厂所常用的烟气脱硝技术包括选择性非催化还原SNCR技术以及选择性催化还原SCR技术,两者可以有效降低NOx的排放浓度。
 
  SNCR技术与SCR技术都可达到我国现有垃圾焚烧发电厂氮氧化物的排放控制标准。
 
  但两者对比,SNCR技术系统简单,不需要催化剂,占地面积小,投资较少,能量消耗小,运行成本低,并且对现有垃圾焚烧电厂锅炉的改造也较简单,是目前采用较多的烟气脱硝技术。但如果未来对NOx的排放限制进一步降低,SNCR则不再能满足需求,需要采用成本更高的SCR技术或SNCR/SCR技术。
 
  SNCR技术主要方法是将尿素或氨水等作为还原剂,以水溶液作为载体,在炉膛适当的位置喷入尿素或氨水溶液,使过热烟气(900——1100℃之间)中的NOx与溶液中的还原剂发生反应,生成氮气、水和二氧化碳。反应过程如下:
 
  NH2CONH2+2NO+1/2O2→2N2+CO2+2H2O(1)
 
  4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(2)
 
  尿素因为其运输、存储以及使用都较氨水更加简单安全,并且尿素不易燃烧和爆炸,在SNCR脱硝技术中被更为频繁的选中和使用。此外,喷射尿素溶液作为还原剂,在锅炉炉膛中穿透性更好,能与烟气有较好的混合效果,脱硝效率更高,所以更适用于大中型锅炉的脱硝。
 
  2锅炉腐蚀问题
 
  城市生活垃圾焚烧炉与常规的燃煤锅炉相对,燃料含有大量的塑料、橡胶、化工制品等,成分复杂多变,焚烧炉内的燃烧工况也十分复杂。垃圾焚烧锅炉内高温烟气中不仅含有各种酸性气体和盐类蒸汽,伴随着烟气的还有大量成分复杂的飞灰颗粒。这种情况下锅炉腐蚀情况凸显了出来,解决腐蚀问题成了垃圾焚烧发电厂能够有效稳定运行的关键问题之一。
 
  锅炉腐蚀一般可分为低温腐蚀、高温腐蚀和SNCR腐蚀。低温腐蚀多出现在温度为135℃的区域,是由凝结的硫酸和含氯气体引起,这类腐蚀对温度变化很敏感,因此在设计锅炉时要尽量避免出现低温区域。高温腐蚀相对复杂,只出现在蒸汽锅炉的被加热的表面。如蒸发加热表面和过热器的管壁,高温腐蚀可以通过使用高合金材料得到缓解。SNCR腐蚀随着SNCR脱硝技术的普遍应用而成为垃圾焚烧发电厂锅炉腐蚀的又一个重要原因。
 
  3SNCR系统对锅炉水冷壁的腐蚀影响
 
  3.1SNCR腐蚀
 
  在发电厂SNCR系统实际运行过程中,发现使用SNCR系统的锅炉水冷壁出现了严重的腐蚀问题,其腐蚀特征是:(1)水冷壁金属表面没有腐蚀产物;(2)腐蚀部位出现不规则坑洞。SNCR腐蚀会引起锅炉水冷壁泄漏,甚至造成被动停炉,影响了发电厂的正常运行。
 
  3.2腐蚀机制分析
 
  由于垃圾焚烧发电厂锅炉内烟气成分复杂,SNCR系统对水冷壁的腐蚀机制也十分复杂。一般可以把这类金属腐蚀分为两类,化学腐蚀和电化学腐蚀。金属腐蚀是金属表面与周围介质有直接接触,在接触面上发生化学反应引起腐蚀。而电化学腐蚀需要电解质溶液,金属表面存在阴极与阳极,在腐蚀过程中产生电流。化学腐蚀与电化学腐蚀两者之间的界限并非很严格,常常并存发生。
 
  3.2.1尿素的溶盐腐蚀
 
  溶盐腐蚀主要是指卤素盐如氯盐溴盐等溶解后,与铁发生化学反应,对锅炉产生腐蚀作用,属于化学腐蚀的一种。对于配备尿素作为还原剂的SNCR系统的锅炉,溶解在水中的尿素被喷射器喷射进入锅炉,当包裹尿素的水滴全部被蒸发后,尿素才进一步分解为NH3,并与NOx反应达到脱硝的作用。
 
  但当水滴过大、水滴分布不均匀或未在最适的反应温度区间内时,则需要较长时间蒸发完水分甚至无法将包裹尿素的水分蒸干,使得多余的NH3即没有和NOx反应,也没有被氧化,而是遗留在锅炉中生成铵盐。所生成的铵盐具有很强的吸水性,吸收烟气中的水蒸气,溶解后吸附于锅炉水冷壁上并对锅炉水冷壁产生腐蚀。
 
  3.2.2二氧化碳腐蚀
 
  当喷射器对尿素溶液雾化效果不好时,尿素溶液会形成液滴,并沿着喷射器喷口滴落到水冷壁上。尿素在高温环境下分解出的NH3会与烟气中的CO2异构生成氰酸铵(NH4CNO)。氰酸铵在溶液中会分解出游离状态的氰酸根(CNO-)。氰酸根是一种还原性酸根,对金属表面的钝化膜会产生活化腐蚀。
 
  3.2.3应力腐蚀
 
  根据电化学腐蚀的理论,当材料所受应力超过了材料屈服强度的部位,极容易发生电化学腐蚀。锅炉的水冷壁的水冷管在制作和安装过程中都会产生一定的变形,并引起应力集中,容易造成电位差。在变形大、内应力大的部位其电极电位小于变形小、内应力小的部位,成为阳极。水冷壁上的尿素溶液提供了电介质,对锅炉水冷壁产生了电化学腐蚀。
 
  3.3SNCR系统对锅炉水冷壁的腐蚀影响
 
  通过上述分析可以发现,SNCR系统对锅炉水冷壁的腐蚀影响主要来源于尿素溶液喷射水滴太大,未能反应完全,产生了溶盐腐蚀;并且喷射器雾化效果不理想,产生了二氧化碳腐蚀;在尿素溶液作用下,由于水冷壁材料原因产生了应力腐蚀。
 
  4应对措施
 
  SNCR脱硝系统对锅炉水冷壁的腐蚀使得水冷管出现泄漏失效,水冷壁的使用寿命大大减少,造成垃圾焚烧发电厂锅炉的吸热效率下降,影响了发电效益;腐蚀严重时,甚至会造成被动停炉,影响整个发电厂的正常运行。因此,解决SNCR系统对水冷壁的腐蚀,必须解决尿素泄漏的问题。
 
  4.1短期治理方法
 
  (1)控制尿素的喷射量,尽量减少尿素溶液对水冷壁的直接冲击,并尽量分散喷射尿素溶液。
 
  (2)提高尿素溶液喷射器所用的雾化压力,如调整为蒸汽或压缩空气雾化等。
 
  (3)用铬镍铁合金图层覆盖易腐蚀区域,隔断尿素溶液直接对水冷壁的腐蚀。
 
  4.2长期治理方法
 
  (1)改进和完善喷射器的结构,对喷射器的雾化形式、雾化压力进行合理优化。解决喷射器雾化效果不佳问题。
 
  (2)对锅炉炉膛内烟气温度分布进行统计分析,选出最适宜尿素与NOx反应的喷射器安装高度和位置。降低尿素溶液的溶盐腐蚀。
 
  (3)分层分位置设置多个喷射器,使尿素溶液喷射进锅炉炉膛更加均匀。即可提高尿素溶液与NOx反应效果,也可减少尿素溶液对水冷壁的腐蚀。
 
  (4)调整喷射器与水冷壁的角度,使喷射器向下倾斜5°,并且在保证喷射器不被炉膛高温烧坏的前提下,尽量增加喷射器伸入锅炉炉膛的深度。
 
  (5)提高尿素溶液的稀释水的水质,如使用除盐水。
 
     (6)每周对喷射器进行检查,观察喷射器的雾化效果。对雾化效果不好的喷射器进行及时更换。更多环保技术,请关注第一环保网(www.d1ep.com)。 


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