Co je odsiřování spalin (FGD)?
Odsiřování spalin (FGD) je průmyslový proces používaný k odstranění oxidu siřičitého (SO2) - a v menší míře chlorovodíku (HCl) a fluorovodíku (HF) - z výfukových plynů uhelných-elektráren, hutí, cementářských pecí a spaloven odpadu před jejich vypuštěním do atmosféry.
SO2 je hlavní příčinou kyselých dešťů, které poškozují ekosystémy, korodují infrastrukturu a poškozují lidské dýchací zdraví. Globální předpisy - včetně amerického zákona o čistém ovzduší, směrnice EU o průmyslových emisích (IED 2010/75/EU) a čínských emisních norem GB 13271 - nařizují u většiny velkých spalovacích zařízení účinnost odstraňování SO2 přesahující 95 %.
Celosvětově je dominantní technologie FGDmokrá oxidace vápence (WLFO), což představuje přibližně 85 % instalované kapacity FGD na celém světě. V systému WLFO jsou spaliny kontaktovány s vápencovou (CaCO3) suspenzí ve velké nádobě absorbéru. SO2 reaguje s kaší za vzniku síranu vápenatého (sádra, CaSO4·2H2O) - komerčně prodejného vedlejšího- produktu používaného při výrobě stěnových desek.
Proč FGD ničí obyčejnou ocel
Systémy FGD patří mezi nejkorozivnější průmyslová prostředí na Zemi. Kombinace faktorů uvnitř mokré pračky vytváří chemické prostředí, které během měsíců ničí uhlíkovou ocel a agresivně napadá i standardní nerezové oceli:
Koncentrace chloridů:Chloridové ionty (Cl⁻) - uvolněné ze spalování uhlí a koncentrované pracím procesem - se hromadí v recirkulační kapalině absorbéru na úroveň 20 000–100 000 ppm. Při těchto koncentracích chloridy pronikají vrstvou pasivních oxidů standardních nerezových ocelí a iniciují důlkovou a štěrbinovou korozi.
pH kyseliny:Suspenze absorbéru pracuje při pH 3–6 a vystavuje všechny smáčené povrchy kontinuálnímu ředění kyseliny sírové a siřičité.
Cyklování teploty:Povrchy kanálů procházejí tepelnými cykly mezi 50 stupni (výstup mokré pračky) a 200 stupni (před-vstup do pračky), což namáhá jak základní materiály, tak veškeré obložení.
Eroze:Vápencová kaše recirkulovaná rychlostí 3–8 m/s čerpadly, potrubím a rozstřikovacími tryskami způsobuje silné erozivní opotřebení, které se synergicky s korozí urychluje ztrátou materiálu.
Praskání vlivem koroze (SCC):Tahové napětí ve svarech a konstrukčních prvcích v kombinaci s horkými kapalinami-obsahujícími chloridy způsobuje SCC v austenitických nerezových ocelích s PREN pod ~40.
Údaje o odvětví:Systém FGD uhelné elektrárny o výkonu 600 MW-zpracuje přibližně 2–3 miliony Nm³/h spalin. Absorpční nádoby v systémech WLFO obvykle měří 15–25 m v průměru a 20–30 m na výšku -, takže výběr materiálu pro skořepinovou vložku a vnitřní části je rozhodnutím za mnoho-milionů dolarů s předpokládanou životností 30 let.
Shrnutí podmínek zóny FGD
|
Zóna FGD |
Temp. Rozsah |
Klíčové žíraviny |
Poptávka po materiálu |
|
Vstupní kanál / před{0}}myčka |
120-200 stupňů |
SO2, HCl, HF, popílek |
Vysokoteplotní -oxidace + odolnost vůči kyselému rosnému bodu |
|
Absorpční nádoba (plášť) |
50-80 stupňů |
H2SO4 / H2SO3 (pH 3–6), Cl⁻ až 80 000 ppm |
Extrémní chloridová důlková koroze + odolnost proti SCC |
|
Vnitřní části absorbéru (podnosy, trysky) |
50-80 stupňů |
Vápencová kaše, otěr, vysoký Cl⁻ |
Odolnost proti erozi + štěrbinové korozi |
|
Výstupní potrubí / dohřívač |
50-120 stupňů |
Mokrý nasycený plyn, mlha SO3, zbytková HCl |
Mokrý kyselý kondenzát + oxidace |
|
Vložky kouřovodu |
60-180 stupňů |
Kondenzát H2SO4, popílek, pára |
Integrita vložky proti kyselinám + tepelným cyklům |
|
Potrubí recirkulace kejdy |
Okolní – 60 stupňů |
Suspenze CaCO3/CaSO4, Cl⁻, pH 4–6 |
Kombinace oděru + důlkové koroze |
|
Odmlžovač / odmlžovač |
50-70 stupňů |
Nasycený plyn, kapky kyseliny |
Odolnost vůči kyselinám + strukturální tuhost |
Tabulka 1: Korozivní podmínky podle zóny systému FGD
Doporučené slitiny podle komponenty FGD
Žádná jednotlivá slitina není optimální pro každou zónu systému FGD. Správný výběr materiálu odpovídá odolnosti slitiny proti korozi - kvantitativně měřené jejím ekvivalentním číslem odolnosti proti důlkové korozi (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) - specifické koncentraci chloridů, pH, teplotě a mechanickému zatížení každé zóny systému.
|
Komponenta FGD |
Doporučené slitiny |
PREN / Klíčová vlastnost |
Proč je to specifikováno |
|
Plášť absorbéru (mokrý vápenec) |
Slitina C-276 (N10276) nebo 317LMN |
C-276: PREN~65; 317LMN: ~40 |
Withstands Cl⁻ >50 000 ppm, H2SO3, pH 3–5 nepřetržitě |
|
Plášť absorbéru (čištění mořské vody) |
Slitina C-22 (N06022) nebo C-276 |
PREN >65 |
Mořská voda + SO2: nejagresivnější prostředí FGD |
|
Rozprašovací trysky a hlavice |
Slitina 625 (N06625) |
PREN ~51; odolné proti únavě- |
Eroze + koroze z vysokorychlostních trysek kalu- |
|
Recirkulační čerpadla (smáčené části) |
Duplex 2507 (S32750) nebo Alloy 20 |
PREN >42 |
Oděr kalu + chloridové důlky v tělesech čerpadel |
|
Vstupní / výstupní potrubí (neobložené) |
316L (S31603) nebo 317L (S31703) |
PREN ~25–32 |
Nižší chloridové zóny; nákladově-efektivní; pole svařitelné |
|
Panely vložek kouřovodu |
Tapeta Alloy C-276 (2–3 mm plátovaná) |
Vnitřní povrch PREN ~65 |
Tenké plátované přes uhlíkovou ocel; odolný proti kyselinám + oděru |
|
Odstraňovače mlhy |
Slitina 625 nebo 317LMN |
PREN >40 |
Kyselý aerosol + strukturální zatížení; neznečišťující -povrch |
|
Kalové potrubí a ohyby |
6Mo SS (S31254) nebo Duplex 2507 |
PREN >40 |
Kombinovaná eroze-koroze v kalu CaSO4 o vysoké rychlosti- |
|
Dilatační spáry |
Měch ze slitiny C-276 |
PREN ~65; únava-hodnocená |
Kyselý plyn + tepelné cyklování; žádné riziko SCC |
|
Sádrové odvodňovací síta |
316L nebo 2205 Duplex |
PREN ~25–35 |
Nižší agresivita po absorpci SO2; střední Cl⁻ |
|
Stack liner (mokrý stoh) |
Slitina C-276 nebo s podšívkou ze skelných vláken |
PREN ~65 |
Kondenzující kyselina při nízkých teplotách ve vlhkém nasyceném výboji |
Tabulka 2: Doporučené slitiny podle součásti FGD a provozních podmínek
Reference vlastností klíčové slitiny
|
Slitina (UNS) |
Cr (%) |
Po (%) |
Ni (%) |
PREN* |
Vhodnost FGD |
|
316L (S31603) |
16–18 |
2–3 |
10–14 |
~24 |
Nízko-střední Cl⁻ zóny; potrubí, konstrukční |
|
317LMN (S31726) |
18–20 |
4–5 |
13–17 |
~40 |
Středně-agresivní absorbéry; náklady-vyvážené |
|
6Mo / 254 SMO (S31254) |
19.5–20.5 |
6–6.5 |
17.5–18.5 |
~43 |
Potrubí s vysokým Cl⁻, kalové systémy, tělesa čerpadel |
|
Super Duplex 2507 (S32750) |
24–26 |
3–5 |
6–8 |
~42 |
Hřídele čerpadel, potrubí, konstrukční oblasti náchylné k -erozi- |
|
Slitina 625 (N06625) |
20–23 |
8–10 |
Větší nebo rovno 58 |
~51 |
Trysky, hlavice, mlhy - eroze + koroze |
|
Slitina C-276 (N10276) |
14.5–16.5 |
15–17 |
Bal. |
~65 |
Plášť absorbéru, vložky zásobníku, plátované panely max. - |
|
Slitina C-22 (N06022) |
20–22.5 |
12.5–14.5 |
Bal. |
~67 |
Mořská voda FGD, prostředí s nejvyšším-Cl⁻ |
|
Slitina 20 (N08020) |
19–21 |
2–3 |
32–38 |
~30 |
Servis kyseliny sírové; manipulace se sádrou; nižší Cl⁻ |
Tabulka 3: Chemické složení a PREN slitin FGD|* PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N
Alloy C276 - Referenční hodnota FGD
Hastelloy C276 (UNS N10276)je nejrozšířenější slitina pro náročné FGD zatížení. Jeho obsah molybdenu 15–17 % -, nejvyšší ze všech komerčně vyráběných slitin niklu -, mu dává PREN přibližně 65 a vynikající odolnost vůči oxidačnímu i redukčnímu kyselému prostředí. C-276 je určen pro skořepiny absorbérů v systémech WLFO s vysokým{12}}chloridem, mokrou vrstvenou vložkou a jako 2–3 mm tapetový obklad na substrátech z uhlíkové oceli. Je plně v souladu s výrobou tlakové nádoby ASME Section VIII a lze ji orbitálně svařovat pomocí vhodného přídavného kovu ERNiCrMo-4.
Slitina 625 - Eroze-Specialista na korozi
Slitina 625 (N06625)kombinuje vysoký obsah chrómu (20–23 %), molybdenu (8–10 %) a niobu, které mu dodávají výjimečnou odolnost proti erozi-korozi- kombinovanému působení abrazivních částic a korozivních médií, které ničí rozprašovací trysky a vnitřky čerpadel. Jeho PREN přibližně 51 a vysoká pevnost v tahu (827–1034 MPa) z něj činí preferovanou volbu pro rozprašovací hlavice FGD, odlučovače mlhy a oběžná kola recirkulačních čerpadel, kde rychlosti kalu přesahují 4 m/s.
317LMN - Cost-Efektivní střední úroveň
Třída 317LMN (S31726) - vylepšená verze 317L s molybdenem 4–5 % a řízeným přídavkem dusíku - dosahuje PREN přibližně 40 za výrazně nižší cenu než slitiny niklu. Široce se používá pro pláště absorbérů FGD ve středně náročných aplikacích, kde jsou koncentrace chloridů nižší než 30 000 ppm a pH zůstává nad 4. Představuje cenově nejvýhodnější variantu plně austenitické nerezové oceli pro novou konstrukci FGD, kde C-276 nelze ekonomicky ospravedlnit.
Opláštění a podšívka: Kombinace pevnosti s odolností proti korozi
U absorpčních nádob a kanálů FGD s velkým{0}}průměrem je použití pevné desky C-276 cenově-nepříznivé. Průmyslovým řešením je kompozitní konstrukce: plášť z uhlíkové oceli nebo nízkolegované oceli poskytuje strukturální pevnost, zatímco tenké slitinové obložení poskytuje ochranu proti korozi:
Tapetový obklad (překrytí svarem):2–3 mm C-276 aplikované pásovým plátováním nebo automatickým překrytím svarem na vnitřek uhlíkové oceli. Nákladově-efektivní pro pokrytí velkých-oblastí; překryvná vrstva musí dosáhnout minimálně dvou-průchodového vkladu, aby bylo zajištěno, že složení upravené naředěním splňuje požadavky PREN.
Výbuch-lepená plátovaná deska:Továrně-vyrobený plát C-276/uhlíková ocel, zpracovaný do plášťů plavidel. Poskytuje přesnou, konzistentní tloušťku slitiny (obvykle 3–5 mm); preferováno pro absorbční nádoby vyžadující razítko ASME kódu.
Volné slitinové vložky:Tenké (1,5–2 mm) plechy C-276 nebo 625 mechanicky připevněné nebo přilepené k potrubí z uhlíkové oceli. Pole-lze nainstalovat; používá se v projektech modernizace, kde je omezená práce za tepla.
Přehled nákladů:Pevná deska C-276 stojí podle hmotnosti přibližně 8–12krát více než cena uhlíkové oceli. Tapetové opláštění snižuje obsah slitiny na 15–25 % nákladů na pevnou konstrukci a zároveň poskytuje ekvivalentní ochranu proti korozi na smáčeném povrchu – což z něj činí standardní řešení pro nádoby absorbéru FGD o průměru větším než 10 m.
Výroba a požadavky na kvalitu
Svařovací přídavné kovy:C276 vyžaduje výplň ERNiCrMo-4 (AWS A5.14); Alloy 625 používá ERNiCrMo-3; 317LMN používá ER317L nebo overaloyed 309LMo. Odpovídající nebo přelegovaná plniva zabraňují snížení ředění svarového kovu pod úroveň základního kovu.
Ovládání tepelného odstínu:Svary slitiny niklu musí být zpět-pročištěny argonem o čistotě 99,995 %, aby se zabránilo tvorbě oxidů na kořenových kuličkách. Teplotní nádech na svarech C-276 ukazuje na místní vyčerpání molybdenu a musí být odstraněn mořením nebo mechanickou úpravou.
Po zpracování-svaru:Slitiny niklu nevyžadují po-tepelné zpracování po svařování (PWHT) a jsou jím degradovány (precipitace fáze sigma).. 317Svary LMN v provozu FGD jsou obvykle žíhány v roztoku-, pokud je problémem senzibilizace.
Inspekce:100% radiografické (RT) nebo ultrazvukové (UT) testování všech tlakových-svarů v nádobách absorbéru; testování penetrantu barvivem (PT) u všech překryvných svarů C-276, aby se potvrdilo, že nejsou praskliny a nedochází k tavení.
Platné normy
ASTM B575 / B622 - C-276 a C-22 desky, plechy, pásy a trubky
ASTM B443 / B444 - Deska a potrubí ze slitiny 625
ASTM A240 - 316L, 317L, 317LMN z nerezové oceli ploché-válcované výrobky
ASME Section VIII Div{0}} Výroba tlakových nádob (nádoby absorbéru)
NACE MR0103 - Materiály odolné vůči praskání sulfidovým namáháním v prostředí kyselých rafinérií
ISO 9001 / EN 10204 Typ 3.1 - Certifikace materiálu a sledovatelnost pro konstrukci FGD
Závěr
Výběr materiálu je nejdůležitějším technickým rozhodnutím při návrhu systému FGD. Specifikace správné slitiny - odpovídající koncentraci chloridů, pH, teplotě a mechanickému zatížení každé systémové zóny - představuje rozdíl mezi 30letou životností a nákladným předčasným selháním.
Hierarchie je jasná: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 chloridu, pH<4, or wet stack conditions demands maximum corrosion performance.
S tím, jak se celosvětově zpřísňují environmentální předpisy a utilitní společnosti investují do dovybavení stárnoucích elektráren systémy FGD, bude poptávka po vysoce výkonných slitinách-vyhovujících s kódem-kompatibilním s kódem- nadále růst. Získání specifikace materiálu přímo ve fázi návrhu je nákladově-nejefektivnější investicí do spolehlivosti systému FGD.
