1 前言
近年來(lái)，鋼鐵企業(yè)都想方設(shè)法降低廢氣溫度，并在燃煤發(fā)電設(shè)備前面安裝脫硫和脫硝設(shè)備，以節(jié)約能源。JFE鋼鐵公司東日本千葉廠燒結(jié)設(shè)備布局如圖1所示，在環(huán)保方面安裝了脫硫和脫硝設(shè)備，以控制廢氣排放。最近幾年，燒結(jié)廢氣處理系統(tǒng)腐蝕加劇，為了抑制腐蝕加劇必須改變操作條件，從而使酸露點(diǎn)發(fā)生了變化。為此，JFE鋼鐵公司對(duì)原有的燒結(jié)廢氣處理系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并提出了改進(jìn)方案。根據(jù)該方案，選定管路耐酸腐蝕標(biāo)準(zhǔn)，降低改造成本。
2 討論
酸露點(diǎn)腐蝕機(jī)理，見(jiàn) 圖2。首先原料中的硫與燃料發(fā)生燃燒反應(yīng)生成SO3，然后SO3與H2O發(fā)生反應(yīng)生成H2SO4酸霧，最后當(dāng)廢氣溫度降至酸露點(diǎn)以下時(shí)，H2SO4酸霧濃縮于廢氣處理系統(tǒng)管路內(nèi)的鋼體上，使H SO42-對(duì)管路內(nèi)的鋼體產(chǎn)生腐蝕。為了抑制腐蝕，必須要知道酸露點(diǎn)區(qū)，可根據(jù)測(cè)得的廢氣中水分和SOx濃度由公式(1)來(lái)計(jì)算酸露點(diǎn)。酸露點(diǎn)條件：Ta>Tg。
Ta=20l og[SO3(vol%)] 35.4l og[H2O(mass%)] 160
(1)Ta為酸露點(diǎn);Tg為廢氣溫度。
主廢氣處理系統(tǒng)改進(jìn)前后酸露點(diǎn)對(duì)比情況，如圖3所示。
由圖3可見(jiàn)，酸露點(diǎn)區(qū)得到了擴(kuò)大，這是由于改變了燒結(jié)原料條件及使用了脫硝催化劑所致，現(xiàn)在使用大量含結(jié)晶水及硫含量高的劣質(zhì)原料燒結(jié)，導(dǎo)致酸露點(diǎn)溫度比過(guò)去低，這意味著在脫硫前酸露點(diǎn)區(qū)已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生改變。另外，增強(qiáng)脫硝催化劑的使用效果有利于降低燃料消耗，但這種做法會(huì)造成煙囪內(nèi)酸露點(diǎn)區(qū)擴(kuò)大。現(xiàn)在知道酸露點(diǎn)區(qū)得到了擴(kuò)大，但只有知道新的酸露點(diǎn)區(qū)是多少，才能找到抑制燒結(jié)機(jī)出口和煙囪部位出現(xiàn)腐蝕的辦法。
3 燒結(jié)機(jī)出口管路
燒結(jié)機(jī)出口管路，如圖4所示。由于在氣體主管路上配備了風(fēng)箱，為測(cè)量廢氣中水分和SOx濃度增添了麻煩。
各個(gè)風(fēng)箱的酸露點(diǎn)，如圖5所示。圖5示出了4-12號(hào)風(fēng)箱的酸露點(diǎn)區(qū)，這一結(jié)果證實(shí)了將該區(qū)域風(fēng)箱材質(zhì)由碳鋼改為不銹鋼的正確性，以應(yīng)對(duì)腐蝕加重情形。氣體主管路的酸露點(diǎn)及腐蝕損耗速度如圖6所示。由圖6可見(jiàn)，1號(hào)氣體主管路后面是酸露點(diǎn)區(qū)，因此將2-15號(hào)氣體主管路自2011年起更換為碳鋼材質(zhì)，采用該方案可節(jié)省管路更換費(fèi)用。當(dāng)然，可通過(guò)改變操作來(lái)調(diào)節(jié)酸露點(diǎn)區(qū)，因此最好每年都繪制一次酸露點(diǎn)圖，并對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)。
4 煙囪
近年來(lái)，由于煙囪所有部位都處于酸露點(diǎn)區(qū)，造成煙囪鋼體腐蝕加重(見(jiàn)圖3)。因此，在更換煙囪時(shí)用高合金不銹鋼制成的復(fù)合鋼板替換耐火澆注料。這兩種材料的性能比較如下：耐火澆注料的使用壽命為10-15年，且需要非常長(zhǎng)的維修時(shí)間(3個(gè)月)，而高合金不銹鋼的使用壽命超過(guò)40年，且基本不用維修。
從許多材料中選用高合金不銹鋼的理由是其耐蝕性能最優(yōu)。對(duì)SS400、SUS316、NAS254NM材料進(jìn)行了電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明NAS254NM材料的耐蝕性能最優(yōu)，其焊縫區(qū)的腐蝕損耗速度為0.05mm/a，基板的腐蝕損耗速度為0.02mm/a;而SUS316材料的腐蝕損耗速度為2mm/a;SS400的腐蝕損耗速度為30mm/a。煙囪使用NAS254NM材料(C:0.03%，N:0.15%-0.25%，Cr:19.0%-21.0%，Ni:24.0%-26.0%，Mo:6.0%-7.0%，Cu:0.50%-1.50%)可實(shí)現(xiàn)耐酸露點(diǎn)腐蝕超過(guò)40年。
5 結(jié)論
1)由于燒結(jié)來(lái)料波動(dòng)及操作不穩(wěn)定，導(dǎo)致酸露點(diǎn)區(qū)擴(kuò)大。
2)根據(jù)繪制的酸露點(diǎn)分布圖，正確選擇風(fēng)箱材質(zhì)。
3)由于不用樹(shù)脂內(nèi)襯，使氣體主管路更換費(fèi)用降低。
4)可用酸露點(diǎn)區(qū)擴(kuò)大理論解釋煙囪腐蝕加重的原因。使用高合金不銹鋼制成的復(fù)合鋼板，作為燒結(jié)廠煙囪的耐蝕材料，使用壽命超過(guò)40年。
