Corror. Sci.：脫硫煙氣與加熱鍋爐中的沉積物之間的相互作用對燃煤鍋爐的影響

【引言】

二氧化硫作為化石燃料燃燒的主要污染物，必須控制其排放量，煙氣脫硫裝置（FGD）是燃煤鍋爐煙氣凈化系統的重要組成部分。對于一些供熱鍋爐，FGD出口的煙氣中的液滴質量濃度較高，留在熱交換表面上的沉積物可能相當大，并且在腐蝕過程方面有所不同。

【成果簡介】

近日，西安交通大學趙欽新教授(通訊作者)在Corror.Sci.上發表了題為“Desulfurized flue gas corrosion coupled with deposits in a heating boiler”的文章。通過測試五種不同牌號的燃煤供熱鍋爐，即09CrCuSb，UNS S31603，S30403，S32205和S32507，在不同的表面溫度下經過長時間的腐蝕試驗，再用XRD，XRF，SEM和EDS分析腐蝕后的樣品，研究了脫硫煙氣與沉積物共同腐蝕的機理，以及表面溫度的影響。

【圖文導讀】

圖1 測試裝置示意圖

（a）測試儀器。五種測試鋼材組成外管。其表面溫度可以通過循環水來控制

（b）分析樣本。從每個鋼的中間部分被切斷。直接面向煙氣流的區域作為迎風面，相反面積作為背風面

（c）測試位置。位于煙氣脫硫后的垂直煙道，位于90兆瓦燃煤鍋爐的煙囪之前

圖2 將漿料蒸發后剩余的固體的XRD圖片

泥漿中主要有CaSO₄，CaCl₂和MgCl₂； CaSO₄·0.5H₂O峰最強

圖3 在不同的表面溫度下進行72小時腐蝕試驗后測試鋼的外觀圖片

迎風面比背風面的沉積、腐蝕水平更高，而且表面溫度也有很大的差別

圖4 09CrCuSb在50℃的表面溫度下72小時腐蝕試驗迎風面外表面的XRD 結果

鋼的腐蝕產物有：FeO(OH)、Fe₂(SO₄)₃和Fe(OH)SO₄；煙氣中的 CaSO₄沉積在鋼上；FeO(OH)峰最強.

圖5 低合金鋼09CrCuSb和奧氏體不銹鋼S30403在表面溫度為50°C時的橫截面SEM顯微照片

（a）09CrCuSb位于迎風面

（b）09CrCuSb位于背風面

（c）S30403位于上風側

（d）S30403位于下風側

圖6 在不同表面溫度下72小時腐蝕測試之后的橫截面SEM顯微照片

（a-c）表面溫度為60℃的09CrCuSb，S30403和S31603的橫截面SEM顯微照片

（d-e）表面溫度為70℃的09CrCuSb和S30403的橫截面SEM顯微照片

（f-g）表面溫度為80℃的09CrCuSb和S31603的橫截面SEM顯微照片

圖7 不同表面溫度72小時腐蝕測試后的外管上的測試鋼的沉積層和腐蝕層的平均厚度

?沉積層厚度隨著表面溫度的升高而降低。 腐蝕層的厚度最初增加并在下降前在約60℃達到峰值。80℃和90℃沒有形成相干腐蝕或沉積層，因此未在圖中表示。

圖8 脫硫煙氣中液滴的變化

?當接近高溫表面時，會相繼發生水分蒸發、液相濃縮和可溶性鹽沉淀。 如果表面溫度足夠高，液滴可以在到達鋼表面之前蒸發至干燥。

圖9 鋼表面的沉積物成分示意圖

（a）當表面溫度接近煙氣初始溫度時，以CaSO₄為主

（b）當表面溫度遠高于煙氣溫度時，出現氯化物

（c）當表面溫度進一步升高時，沉積物變得干燥且不連續

【小結】

（1）脫硫煙氣夾帶的水滴導致鋼表面附著沉積物并發生腐蝕。這些沉積物主要沉積于鋼管迎風面，導致其腐蝕程度比背風面高。

（2）鋼的表面溫度是決定沉積和腐蝕過程的關鍵因素。當表面溫度接近煙氣初始溫度時，沉積物是CaSO₄。09CrCuSb的腐蝕較為均勻，而不銹鋼則因為鈍化而被保護起來。

（3）隨著表面溫度的升高，鋼表面的沉積量減少，而沉積物中的氯離子濃度顯著增加，逐漸沉淀出氯化物，被沉積物覆蓋的地方腐蝕大大加劇，不銹鋼上的鈍化膜被破壞。

（4）轉折點大概在60?70℃之間，鋼的腐蝕層厚度不再隨表面溫度升高。沉積物變得更干燥，更難以粘附，腐蝕過程由于缺乏電解質而開始受到抑制。

（5）受試鋼中，低合金鋼09CrCuSb在脫硫煙氣下腐蝕性能較差，而奧氏體不銹鋼S30403和S31603性能更好。在高于80℃的表面溫度下，可以觀察到很少的均勻腐蝕。雙相不銹鋼S32205和超級雙相S32750對脫硫煙氣具有良好的耐腐蝕性，僅發生局部腐蝕。

文獻鏈接：Desulfurized flue gas corrosion coupled with deposits in a heating boiler（Corror.Sci.,2017,DOI:10.1016/j.corsci.2017.11.009）

本文由材料人編輯部新人組歐儀編輯，陳炳旭審核，點我加入材料人編輯部。

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