Izbor materijala FGD sistema: Odsumporavanje dimnih gasova

Šta je odsumporavanje dimnih gasova (FGD)?

Odsumporavanje dimnih plinova (FGD) je industrijski proces koji se koristi za uklanjanje sumpor-dioksida (SO2) - i u manjoj mjeri hlorovodonika (HCl) i fluorovodonika (HF) - iz izduvnih gasova elektrana na ugalj-elektrana, topionica, topionica, cementnih peći i puštanja u atmosferu u peći i peći.

SO2 je primarni uzrok kiselih kiša, koje oštećuju ekosisteme, nagrizaju infrastrukturu i šteti zdravlju ljudskih disajnih puteva. Globalni propisi - uključujući Zakon o čistom zraku SAD-a, Direktivu o industrijskim emisijama EU (IED 2010/75/EU) i kineske standarde o emisiji GB 13271 - nalažu efikasnost uklanjanja SO2 koja prelazi 95% za većinu velikih instalacija za sagorijevanje.

Dominantna FGD tehnologija u svijetu jevlažna prisilna oksidacija krečnjaka (WLFO), što čini oko 85% instaliranih FGD kapaciteta na globalnom nivou. U WLFO sistemu, dimni gas dolazi u kontakt sa kašom krečnjaka (CaCO3) u velikoj posudi za apsorpciju. SO2 reaguje sa suspenzijom da bi se proizveo kalcijum sulfat (gips, CaSO4·2H2O) - komercijalno prodajni nusproizvod-koji se koristi u proizvodnji zidnih ploča.

Zašto FGD uništava običan čelik

FGD sistemi su među najkorozivnijim industrijskim okruženjima na Zemlji. Kombinacija faktora unutar mokrog perača stvara hemijsko okruženje koje uništava ugljični čelik u roku od nekoliko mjeseci i agresivno napada čak i standardne nehrđajuće čelike:

Koncentracija hlorida:Joni hlorida (Cl⁻) - koji se oslobađaju sagorijevanjem uglja i koncentriraju postupkom pročišćavanja - akumuliraju se u apsorberu koji cirkulira tečnost do nivoa od 20.000–100.000 ppm. Pri ovim koncentracijama, hloridi prodiru u pasivni oksidni sloj standardnih nehrđajućih čelika, pokrećući koroziju u obliku rupica i pukotina.

pH kiseline:Upijajući rastvor radi na pH 3-6, izlažući sve vlažne površine neprekidnom razblaženju sumporne i sumporne kiseline.

Ciklus temperature:Površine kanala doživljavaju termički ciklus između 50 stepeni (izlaz mokrog perača) i 200 stepeni (pre-ulaz za pranje), opterećujući i osnovne materijale i sve sisteme obloge.

erozija:Krečnjak koji cirkulira brzinom od 3-8 m/s kroz pumpe, cjevovode i mlaznice za raspršivanje uzrokuje jako erozivno habanje, koje sinergizira s korozijom kako bi se ubrzao gubitak materijala.

Pucanje od korozije pod naprezanjem (SCC):Vlačni napon u zavarenim spojevima i strukturnim elementima, u kombinaciji sa vrućim tečnostima{0}}koje sadrže hlorid, uzrokuje SCC u austenitnim nerđajućim čelicima sa PREN ispod ~40.

Podaci o industriji:FGD sistem elektrane na ugalj od 600 MW{1}} obrađuje približno 2-3 miliona Nm³/h dimnih gasova. Posude za upijanje u WLFO sistemima obično imaju prečnik od 15-25 m i visinu od 20-30 m -, čineći odabir materijala za oblogu i unutrašnje dijelove školjke odlukom od više-miliona dolara sa očekivanim životnim vijekom od 30 godina.

Sažetak stanja FGD zone

Tabela 1: Korozivni uslovi po zonama FGD sistema

Preporučene legure po FGD komponenti

Nijedna legura nije optimalna za svaku zonu FGD sistema. Ispravan odabir materijala odgovara otpornosti legure na koroziju - kvantitativno mjerenoj njenim ekvivalentnim brojem otpornosti na pitting (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) - prema specifičnoj koncentraciji klorida, pH, temperaturi i mehaničkom opterećenju svake zone sistema.

Tabela 2: Preporučene legure prema FGD komponenti i radnim uvjetima

Referenca o ključnim svojstvima legure

Tabela 3: Kemijski sastav i PREN FGD legura|* PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N

Legura C276 - FGD Benchmark

Hastelloy C276 (UNS N10276)je najšire specificirana legura za teške FGD uslove. Njegov sadržaj molibdena od 15-17% - najveći od svih komercijalno proizvedenih legura nikla - daje mu PREN od približno 65 i izvanrednu otpornost na oksidirajuću i redukujuću kiselu sredinu. C-276 je specificiran za omote apsorbera u sistemima sa visokim-hloridnim WLFO, mokrim slojevima slojeva i kao obloge tapeta od 2-3 mm na podlogama kanala od ugljeničnog čelika. Potpuno je u skladu sa ASME Section VIII proizvodnje posude pod pritiskom i može se orbitalno zavariti koristeći odgovarajući ERNiCrMo-4 dodatni metal.

Legura 625 - erozija-Specijalist za koroziju

legura 625 (N06625)kombinuje dodatke sa visokim sadržajem hroma (20–23%), molibdena (8–10%) i niobija koji mu daju izuzetnu otpornost na eroziju-koroziju - kombinovani napad abrazivnih čestica i korozivnih medija koji uništavaju mlaznice za prskanje i unutrašnjost pumpe. Njegov PREN od približno 51 i visoka vlačna čvrstoća (827–1034 MPa) čine ga poželjnim izborom za FGD raspršivače, eliminatore magle i impelera recirkulacijske pumpe gdje brzine suspenzije prelaze 4 m/s.

317LMN - Troškovno-efikasna sredina

Grade 317LMN (S31726) - poboljšana verzija 317L sa molibdenom od 4-5% i kontroliranim dodatkom dušika - postiže PREN od približno 40 uz znatno nižu cijenu od legura nikla. Široko se koristi za ljuske FGD apsorbera u aplikacijama umjerenog{9}}primena gdje su koncentracije klorida ispod 30.000 ppm i pH ostaje iznad 4. Predstavlja najisplativiju opciju potpuno austenitnog nerđajućeg čelika za novu FGD konstrukciju gdje C-276 ne može biti ekonomski opravdan.

Obloga i obloga: Kombinacija čvrstoće i otpornosti na koroziju

Za FGD apsorberske posude-prečnika i kanale, upotreba čvrste ploče C-276 je skupa-. Industrijsko rješenje je kompozitna konstrukcija: školjka od ugljičnog čelika ili niskolegiranog čelika pruža strukturnu čvrstoću, dok tanka legirana obloga pruža zaštitu od korozije:

Oblaganje tapeta (zavareni sloj):2–3 mm C-276 nanosi se oblaganjem trakom ili automatskim zavarenim preklopom na unutrašnjost od ugljeničnog čelika. Isplativo-isplativo za -pokrivenost velikih površina; prekrivanje mora postići depozit od najmanje dva-prolaska kako bi se osiguralo da sastav korigovan razblaženjem ispunjava PREN zahtjeve.

Eksplozivno{0}}povezana ploča:Fabrički{0}}proizvedena ploča od C-276/ugljičnog čelika, izrađena u školjke posuda. Pruža preciznu, konzistentnu debljinu legure (obično 3-5 mm); preferirano za apsorberske posude koje zahtijevaju pečat ASME koda.

Labavi ulošci od legure:Tankih (1,5–2 mm) C-276 ili 625 listova mehanički fiksiranih ili ljepljivo zalijepljenih na kanale od ugljičnog čelika. Polje-ugradljivo; koristi se u projektima za naknadnu ugradnju gdje je rad na vrući način ograničen.

Uvid u troškove:Čvrsta ploča C-276 košta otprilike 8–12× cijene ugljeničnog čelika po težini. Oblaganje tapetama smanjuje sadržaj legure na 15–25% troškova čvrste konstrukcije, dok istovremeno pruža ekvivalentnu zaštitu od korozije na vlažnoj površini – što ga čini standardnim rješenjem za FGD apsorberske posude prečnika preko 10 m.

Zahtjevi za izradu i kvalitet

Dodatni metali za zavarivanje:C276 zahtijeva ERNiCrMo-4 punilo (AWS A5.14); Legura 625 koristi ERNiCrMo-3; 317LMN koristi ER317L ili kombinezon 309LMo. Odgovarajuća ili prekomerno legirana punila sprečavaju razblaživanje metala šava da smanji PREN ispod nivoa osnovnog metala.

Kontrola toplinske nijanse:Zavareni spojevi od legure nikla moraju se nazad-očistiti sa 99,995% čistog argona kako bi se spriječilo stvaranje oksida na zrncima korijena. Toplotna nijansa na C-276 zavarenim spojevima ukazuje na lokalno trošenje molibdena i mora se ukloniti dekarenjem ili mehaničkom završnom obradom.

Obrada nakon{0}}varenja:Legure nikla ne zahtijevaju naknadnu-toplinsku obradu (PWHT) i degradiraju se zbog toga (taloženje sigma faze). 317LMN zavari u FGD servisu su tipično rješenje-žareni ako postoji zabrinutost zbog osjetljivosti.

inspekcija:100% radiografsko (RT) ili ultrazvučno (UT) ispitivanje svih zavarenih-zavara u posudama apsorbera; Ispitivanje penetrantima boje (PT) svih C-276 slojeva zavarivanja kako bi se potvrdilo da nema pukotina i nedostatka fuzije.

Primjenjivi standardi

ASTM B575 / B622 - C-276 i C-22 ploča, lim, traka i cijev

ASTM B443 / B444 - ploča i cijev od legure 625

ASTM A240 - 316L, 317L, 317LMN ravno-valjani proizvodi od nerđajućeg čelika

ASME Odjeljak VIII Div. 1 - Proizvodnja posuda pod pritiskom (posude za upijanje)

NACE MR0103 - Materijali otporni na pucanje sulfidnim stresom u okruženjima kiselih rafinerija

ISO 9001 / EN 10204 Tip 3.1 - Certifikacija materijala i sljedivost za FGD konstrukciju

Zaključak

Odabir materijala je najvažnija inženjerska odluka u dizajnu FGD sistema. Određivanje prave legure - u skladu s koncentracijom klorida, pH, temperaturom i mehaničkim opterećenjem svake sistemske zone - je razlika između 30-godišnjeg vijeka trajanja i skupog prijevremenog kvara.

Hijerarhija 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 hlorida, pH<4, or wet stack conditions demands maximum corrosion performance.

Kako se ekološki propisi pooštravaju na globalnom nivou i komunalna preduzeća ulažu u naknadno opremanje zastarjelih elektrana sa FGD sistemima, potražnja za primjenom{0}}usklađenim,-usklađenim s kodom-legurama visokih performansi nastavit će rasti. Dobijanje specifikacije materijala tačno u fazi projektovanja je najisplativija-investicija u pouzdanost FGD sistema.