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湿法脱硫后燃煤电站尾部装置腐蚀研究

唐志永

   燃煤电站烟气中的SO3与水蒸汽形成的硫酸蒸汽,在低于酸露点温度时会冷凝于尾部装置的低温面,造成尾部装置的低温腐蚀。湿法脱硫装置(WFGD)的安装会影响电站尾部装置的腐蚀,随着湿法脱硫机组在我国的大量应用,湿法脱硫对燃煤电站尾部装置的腐蚀的研究显得越来越迫切。本文基于CFD平台,系统的研究了WFGD对燃煤电站尾部装置的腐蚀影响,并在人工加速腐蚀试验台上对电站尾部装置材料的腐蚀特性进行试验研究,并结合试验数据建立预测模型对尾部装置材料的寿命进行预测,指导工程的设计和设备的运行。 本文首先回顾了国内外主要的烟气酸露点计算公式,基于典型燃料烟气成分对脱硫前后不同公式酸露点温度进行计算,同时通过与国外酸露点统计数据和实验数据的比较,分析了湿法脱硫前后酸露点的变化,对不同酸露点公式进行了比较和评估。分析认为:湿法脱硫后烟气酸露点未必一定升高或降低,取决于脱硫后烟气含量的变化。在以烟气成分为基础的露点计算经验公式中,对燃煤锅炉可考虑Haase & Borgmann估算公式来确定下限值,按Verhoff & Banchero估算公式取上限值,酸露点的唯一取值推荐采用含实验常数的幂函数经验式版本B来计算。 在得出适合湿法脱硫后酸露点计算的经验公式的基础上,基于相平衡理论和逸度方程搭建理论模型对尾部装置的冷凝酸液浓度进行预测,冷凝酸液浓度预测值与FLUENT平台相结合,采用Species传质模型对尾部装置的冷凝酸液的沉积速度进行预测,定量的分析了湿法脱硫装置对烟囱、GGH换热器尾部装置腐蚀环境的影响。研究表明:湿法脱硫后烟气中含湿量的增加和尾部装置壁温的降低使得冷凝酸液浓度减小。烟气中硫酸蒸汽浓度成为控制冷凝硫酸沉积速度的决定因素,虽然脱硫后壁面上冷凝酸液浓度减小,增加了烟气硫酸蒸汽与壁面硫酸蒸汽之间的传质动力,但脱硫后烟气硫酸蒸汽的降低仍使得硫酸沉积速度降低,同时发现沿烟气流动方向冷凝沉积速度降低,烟气流速对冷凝沉积速度的影响不大。模拟结果与已有文献的试验结果吻合良好,证明了采用CFD平台预测尾部装置腐蚀环境的可行性。 首次采用人工加速腐蚀实验方法,研究了燃煤电站尾部烟气中SO2对烟囱混凝土气相腐蚀的影响。主要考察了烟气中腐蚀介质SO2浓度、相对湿度、温度等环境因素对腐蚀速度的影响,基于SO2对烟囱混凝土气相腐蚀的特征曲线,建立多因素腐蚀经验模型对SO2的腐蚀进行预测。经模型预测可知烟囱混凝土腐蚀主要为硫酸冷凝引起的,SO2对烟囱混凝土的气相腐蚀影响很小。 基于CFD平台预测的腐蚀环境,搭建人工加速腐蚀实验台和采用模拟现场工况的试验方法对烟囱混凝土的硫酸腐蚀特性进行研究。试验结果表明,混凝土在硫酸腐蚀下腐蚀量随时间的延续而接近线性增加,腐蚀速度逐渐减慢,而腐蚀量增大。同时发现水灰比和pH值越小,腐蚀速度越大。腐蚀消耗的硫酸量随时间的延续而减小,与腐蚀深度成正比。结合试验数据,根据Fick扩散方程和反应速率方程,提出简化移动边界腐蚀模型,采用定时间步长、变坐标步长的差分求解方法,对模型进行求解,并与实验数据进行验证。计算结果与实验数据有较好的吻合性,该模型可以用于混凝土在硫酸腐蚀下腐蚀速度的预测,指导实际的工程设计。 此外还在预测的腐蚀环境的基础上对热管式烟气换热器(GGH)常用不同材料Q235A碳钢、316L不锈钢、20#钢和ND钢的腐蚀规律进行研究,采用金属全浸泡法、电化学测试法进行定量的研究,研究发现:抗腐性能ND>20#钢>Q235A碳钢>316L不锈钢,从防腐的角度来说,ND钢在更适合于作为火电厂脱硫后的GGH选材。除了试验研究以外,还利用灰色系统理论结合金属腐蚀试验的实测数据,并结合金属腐蚀试验的实测数据,对热管式GGH常用金属材料在其腐蚀环境下的寿命进行了预测和评估。……   
[关键词]:湿法脱硫;腐蚀;硫酸蒸汽;混凝土;尾部装置;数值模拟
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:东南大学2006年