在SNCR煙氣脫硝工藝中,通常采用氨水或尿素溶液作為脫硝劑,直按噴入高溫煙氣中與煙氣中的NOx反應生成N2而達到脫硝的目的。尿素并不會對鍋爐爐管產生腐蝕作用,但尿素溶液的水解物和熱分解物卻對爐管有很強的腐蝕作用。
尿素的水解反應:
CO(NH2)2→NH4CNO→NH3+HCNO
HCNO→H++CNO-
HCNO是一種弱酸,CNO-是一種在酸性條件下具有很強配位能力的絡合劑,能與鐵離子形成配合物而加速保護膜的破壞。
尿素的熱分解反應:
CO(NH2)2 + H2O →CO2 + 2NH3
熱力鍋爐爐管通常采用20G碳素鋼,高溫作用下會在其表面生成FeO、Fe2O3、Fe3O4等保護性氧化物膜。正常情況下,噴入爐膛煙氣中的尿素溶液受熱分解為氨氣和二氧化碳,不會對爐管造成嚴重的腐蝕,如果尿素噴入管設計不當,就會有尿素溶液直接淋在爐管表面。在溫度作用下,尿素生成的酸性HCNO與爐管表面的氧化物直接發生化學反應,CNO-的強配位能力又加速了化學腐蝕的過程。同時,尿素受熱分解出的NH3具有多重腐蝕效果。一方面,NH3是一種較強的配位體,可以與20G碳素鋼中的鉻產生絡合反應加速腐蝕;另一方面,NH3會破壞保護膜與基體金屬之間的雙電荷平衡結構,降低了電極電位,更容易發生腐蝕。
氨的配位反應:
Cr3++6NH3→Cr(NH3)63+
配位反應發生以后,導致晶相組織間鉻元素含量的不一致,從而進一步引發貧鉻晶間腐蝕。
有氧參與的電化學腐蝕過程:
陽極,金屬溶解變成金屬離子進入溶液中;
Fe→Fe2++2e
陰極,電子被溶液中的H+和O2結合;
2H++2e→H2
O2+2H2O+4e→4OH-(中性或堿性體系)
O2+4H++4e→2H2O(酸性體系)
爐管表面分解生成的NH3與煙氣中的SO2、SO3反應生成亞硫酸銨、硫酸銨及煙氣中的灰塵形成污垢覆蓋在爐管表面,破壞了爐管與煙氣之間的介質平衡狀態,造成垢下腐蝕。
低溫酸性條件下CO2對爐管也會造成腐蝕作用。爐管表面的水溶液吸收煙氣中的CO2形成碳酸了可直接腐蝕爐管。
Fe+2CO2+H2O→Fe(HCO3)2+H2
Fe(HCO3)2→FeCO3+CO2+H2O
Fe+H2CO3→FeCO3+H2
除了上述幾種腐蝕機理以外,在爐管表面還會存在水汽腐蝕、濕H2S腐蝕、氯離子等多種電化學腐蝕作用。
為了解決SNCR煙氣脫硝工藝中尿素溶液對爐管的腐蝕,一是可以合理設備噴入管的位置,二是加設擋流板,三是爐管表面噴涂高效的防腐涂層。
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