Izbira materiala sistema FGD: razžveplanje dimnih plinov

Kaj je razžveplanje dimnih plinov (FGD)?

Razžveplanje dimnih plinov (FGD) je industrijski postopek, ki se uporablja za odstranjevanje žveplovega dioksida (SO2) - in v manjši meri vodikovega klorovodika (HCl) in vodikovega fluorida (HF) - iz izpušnih plinov elektrarn na premog-, topilnic, cementnih peči in sežigalnic odpadkov, preden se izpustijo v ozračje.

SO2 je glavni vzrok za kisli dež, ki škoduje ekosistemom, razjeda infrastrukturo in škoduje zdravju dihal ljudi. Globalni predpisi - vključno z Zakonom o čistem zraku ZDA, Direktivo EU o industrijskih emisijah (IED 2010/75/EU) in kitajskimi emisijskimi standardi GB 13271 - predpisujejo učinkovitost odstranjevanja SO2, ki presega 95 % za večino velikih kurilnih naprav.

Prevladujoča tehnologija FGD po vsem svetu jemokra prisilna oksidacija apnenca (WLFO), ki predstavlja približno 85 % nameščene zmogljivosti FGD po vsem svetu. V sistemu WLFO pride dimni plin v stik z apnenčasto goščo (CaCO3) v veliki absorberski posodi. SO2 reagira z gnojevko, da proizvede kalcijev sulfat (mavec, CaSO4·2H2O) - komercialno prodajni stranski-produkt, ki se uporablja pri proizvodnji stenskih plošč.

Zakaj FGD uniči navadno jeklo

Sistemi FGD so med najbolj korozivnimi industrijskimi okolji na Zemlji. Kombinacija dejavnikov v mokrem pralniku ustvari kemično okolje, ki uniči ogljikovo jeklo v nekaj mesecih in agresivno napade celo standardna nerjavna jekla:

Koncentracija klorida:Kloridni ioni (Cl⁻) -, ki se sproščajo pri zgorevanju premoga in koncentrirajo v postopku čiščenja -, se kopičijo v tekočini za reciklažo absorberja do ravni 20.000–100.000 ppm. Pri teh koncentracijah kloridi prodrejo v pasivno oksidno plast standardnih nerjavnih jekel in sprožijo luknjičasto in razpokano korozijo.

Kisli pH:Absorbcijska gošča deluje pri pH 3–6, pri čemer so vse namočene površine neprekinjeno izpostavljene razredčeni žveplovi in ​​žveplovi kislini.

Kroženje temperature:Površine kanalov so izpostavljene toplotnemu ciklu med 50 stopinjami (izhod iz mokrega pralnika) in 200 stopinj (vhod pred-pralnika), pri čemer so obremenjeni tako osnovni materiali kot vsi sistemi oblog.

Erozija:Apnenčasta gošča, ki kroži s hitrostjo 3–8 m/s skozi črpalke, cevi in ​​razpršilne šobe, povzroča hudo erozivno obrabo, ki v sinergiji s korozijo pospešuje izgubo materiala.

Razpoke zaradi napetostne korozije (SCC):Natezna napetost v zvarih in konstrukcijskih delih v kombinaciji z vročimi tekočinami,-ki vsebujejo klorid, povzroča SCC v avstenitnih nerjavnih jeklih s PREN pod ~40.

Podatki o industriji:Sistem FGD v elektrarni na premog z močjo 600 MW- predela približno 2–3 milijone Nm³/uro dimnih plinov. Absorberjske posode v sistemih WLFO običajno merijo 15–25 m v premeru in 20–30 m v višino -, zaradi česar je izbira materiala za lupino in notranje elemente več-milijonska odločitev s 30-letno pričakovano življenjsko dobo.

Povzetek pogojev območja FGD

Tabela 1: Korozivni pogoji po območju sistema FGD

Priporočene zlitine po komponenti FGD

Nobena posamezna zlitina ni optimalna za vsako cono sistema FGD. Pravilna izbira materiala se ujema z korozijsko odpornostjo zlitine -, kvantitativno izmerjeno z njenim ekvivalentnim številom odpornosti proti luknjanju (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) - s specifično koncentracijo klorida, pH, temperaturo in mehansko obremenitvijo vsakega območja sistema.

Tabela 2: Priporočene zlitine glede na komponento FGD in pogoje delovanja

Referenca ključnih lastnosti zlitine

Tabela 3: Kemijska sestava in PREN zlitin FGD|* PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N

Zlitina C276 - Merilo FGD

Hastelloy C276 (UNS N10276)je najbolj razširjena zlitina za težke FGD. Njegova vsebnost molibdena 15–17 % - je najvišja od vseh komercialno proizvedenih nikljevih zlitin -, kar ji daje PREN približno 65 in izjemno odpornost na oksidacijska in redukcijska kislinska okolja. C-276 je določen za absorberske lupine v visoko-kloridnih WLFO sistemih, mokrih oblogah in kot 2–3 mm obloge tapet na podlagah za kanale iz ogljikovega jekla. Popolnoma je skladen z izdelavo tlačne posode ASME, razdelek VIII, in ga je mogoče orbitalno variti z uporabo ustreznega polnilnega materiala ERNiCrMo-4.

Alloy 625 - Erosion-Strokovnjak za korozijo

Zlitina 625 (N06625)združuje dodatke z visoko vsebnostjo kroma (20–23 %), molibdena (8–10 %) in niobija, ki dajejo izjemno odpornost proti eroziji-koroziji - kombiniranemu napadu abrazivnih delcev in jedkih medijev, ki uničijo pršilne šobe in notranjost črpalke. Zaradi njegovega PREN približno 51 in visoke natezne trdnosti (827–1034 MPa) je najprimernejša izbira za razpršilne glave FGD, odstranjevalce meglice in rotorje obtočnih črpalk, kjer hitrosti gnojevke presegajo 4 m/s.

317LMN - Stroškovno-učinkovita sredina

Stopnja 317LMN (S31726) - izboljšana različica 317L z molibdenom pri 4–5 % in nadzorovanim dodatkom dušika - doseže PREN približno 40 ob znatno nižji ceni kot nikljeve zlitine. Široko se uporablja za ohišja absorberja FGD pri zmernih-nalogah, kjer so koncentracije klorida pod 30.000 ppm in pH ostane nad 4. Predstavlja najbolj stroškovno{13}}učinkovito popolnoma avstenitno nerjavno možnost za novo konstrukcijo FGD, kjer C-276 ni ekonomsko upravičen.

Obloga in podloga: kombinacija trdnosti in odpornosti proti koroziji

Za FGD absorberske posode in kanale velikega-premera je uporaba trdne plošče C-276 stroškovno-previsoka. Industrijska rešitev je kompozitna konstrukcija: lupina iz ogljikovega ali nizkolegiranega jekla zagotavlja strukturno trdnost, medtem ko tanka obloga iz zlitine zagotavlja zaščito pred korozijo:

Tapetna obloga (prekrivni zvar):2–3 mm C-276, ki se nanese z oblogo iz traku ali avtomatiziranim varjenjem na notranjost ogljikovega jekla. Stroškovno-učinkovito za-pokritost velikega območja; prekrivanje mora doseči najmanj dvo-prehodni nanos, da zagotovimo, da sestava, popravljena z redčenjem, izpolnjuje zahteve PREN.

Eksplozivno{0}}obložena plošča:Tovarni-proizvedena plošča C-276/ogljikovega jekla, izdelana v ohišje posod. Zagotavlja natančno, dosledno debelino zlitine (običajno 3–5 mm); prednostno za absorberske posode, ki zahtevajo kodo ASME.

Ohlapne obloge iz zlitine:Tanke (1,5–2 mm) plošče C-276 ali 625, mehansko pritrjene ali z lepilom prilepljene na kanale iz ogljikovega jekla. Možnost-namestitve; uporablja se pri projektih nadgradnje, kjer je delo na vročem zraku omejeno.

Vpogled v stroške:Trdna plošča C-276 stane približno 8–12× cene ogljikovega jekla glede na težo. Tapetna obloga zmanjša vsebnost zlitine na 15–25 % stroškov trdne konstrukcije, hkrati pa zagotavlja enakovredno zaščito pred korozijo na namočeni površini – zaradi česar je standardna rešitev za FGD absorberske posode s premerom več kot 10 m.

Zahteve glede izdelave in kakovosti

Dodatne kovine za varjenje:C276 zahteva polnilo ERNiCrMo-4 (AWS A5.14); Zlitina 625 uporablja ERNiCrMo-3; 317LMN uporablja ER317L ali 309LMo v celoti legiran. Ujemajoča se ali preveč legirana polnila preprečujejo, da bi redčenje zvarne kovine zmanjšalo PREN pod raven osnovne kovine.

Nadzor toplotnega odtenka:Zvare iz nikljeve zlitine je treba -prečistiti z 99,995-odstotnim čistim argonom, da se prepreči nastajanje oksida na korenskih kroglicah. Toplotni odtenek na zvarih C-276 kaže na lokalno pomanjkanje molibdena in ga je treba odstraniti z luženjem ali mehansko končno obdelavo.

Obdelava-po varjenju:Nikljeve zlitine ne potrebujejo post{0}}toplotne obdelave (PWHT) in se zaradi nje razgradijo (obarjanje sigma faze). 317Zvari LMN pri uporabi FGD so običajno raztopina-žarjena, če je preobčutljivost zaskrbljujoča.

Pregled:100-odstotno radiografsko (RT) ali ultrazvočno (UT) testiranje vseh zvarov,-ki vsebujejo pritisk v absorberskih posodah; penetrantno testiranje (PT) vseh prekrivnih zvarov C-276 za potrditev odsotnosti razpok in pomanjkanja fuzije.

Veljavni standardi

ASTM B575 / B622 - C-276 in C-22 plošča, list, trak in cev

Plošča in cev iz zlitine 625 ASTM B443 / B444 -

Ploščati valjani izdelki iz nerjavečega jekla ASTM A240 - 316L, 317L, 317LMN

ASME Oddelek VIII Div. 1 - Izdelava tlačnih posod (absorberske posode)

NACE MR0103 - Materiali, odporni na sulfidne napetostne razpoke v okoljih kisle rafinerije

ISO 9001 / EN 10204 Vrsta 3.1 - Certificiranje materiala in sledljivost za konstrukcijo FGD

Zaključek

Izbira materiala je najbolj pomembna inženirska odločitev pri načrtovanju sistema FGD. Določanje prave zlitine -, ki se ujema s koncentracijo klorida, pH, temperaturo in mehansko obremenitvijo vsakega območja sistema -, je razlika med 30-letno življenjsko dobo in drago prezgodnjo odpovedjo.

Hierarhija je jasna:use 316L/317L where chloride levels are low and pH is moderate; upgrade to 317LMN or 6Mo stainless where chloride concentrations reach 20,000–50,000 ppm; specify Alloy 625 where erosion-corrosion combines with aggressive chemistry; and deploy Alloy C-276 (solid or clad) wherever continuous exposure to >50.000 ppm klorid, pH<4, or wet stack conditions demands maximum corrosion performance.

Ko se okoljski predpisi po vsem svetu zaostrujejo in javna podjetja vlagajo v naknadno opremljanje starajočih se elektrarn s sistemi FGD, bo povpraševanje po -združljivih z uporabo,-skladnih s kodo-visoko zmogljivimi zlitinami še naprej naraščalo. Pravilna specifikacija materiala v fazi projektiranja je stroškovno-najučinkovitejša naložba v zanesljivost sistema FGD.