Corror. Sci.：脱硫烟气与加热锅炉中的沉积物之间的相互作用对燃煤锅炉的影响

【引言】

二氧化硫作为化石燃料燃烧的主要污染物，必须控制其排放量，烟气脱硫装置（FGD）是燃煤锅炉烟气净化系统的重要组成部分。对于一些供热锅炉，FGD出口的烟气中的液滴质量浓度较高，留在热交换表面上的沉积物可能相当大，并且在腐蚀过程方面有所不同。

【成果简介】

近日，西安交通大学赵钦新教授(通讯作者)在Corror.Sci.上发表了题为“Desulfurized flue gas corrosion coupled with deposits in a heating boiler”的文章。通过测试五种不同牌号的燃煤供热锅炉，即09CrCuSb，UNS S31603，S30403，S32205和S32507，在不同的表面温度下经过长时间的腐蚀试验，再用XRD，XRF，SEM和EDS分析腐蚀后的样品，研究了脱硫烟气与沉积物共同腐蚀的机理，以及表面温度的影响。

【图文导读】

图1 测试装置示意图

（a）测试仪器。五种测试钢材组成外管。其表面温度可以通过循环水来控制

（b）分析样本。从每个钢的中间部分被切断。直接面向烟气流的区域作为迎风面，相反面积作为背风面

（c）测试位置。位于烟气脱硫后的垂直烟道，位于90兆瓦燃煤锅炉的烟囱之前

图2 将浆料蒸发后剩余的固体的XRD图片

泥浆中主要有CaSO₄，CaCl₂和MgCl₂； CaSO₄·0.5H₂O峰最强

图3 在不同的表面温度下进行72小时腐蚀试验后测试钢的外观图片

迎风面比背风面的沉积、腐蚀水平更高，而且表面温度也有很大的差别

图4 09CrCuSb在50℃的表面温度下72小时腐蚀试验迎风面外表面的XRD 结果

钢的腐蚀产物有：FeO(OH)、Fe₂(SO₄)₃和Fe(OH)SO₄；烟气中的 CaSO₄沉积在钢上；FeO(OH)峰最强.

图5 低合金钢09CrCuSb和奥氏体不锈钢S30403在表面温度为50°C时的横截面SEM显微照片

（a）09CrCuSb位于迎风面

（b）09CrCuSb位于背风面

（c）S30403位于上风侧

（d）S30403位于下风侧

图6 在不同表面温度下72小时腐蚀测试之后的横截面SEM显微照片

（a-c）表面温度为60℃的09CrCuSb，S30403和S31603的横截面SEM显微照片

（d-e）表面温度为70℃的09CrCuSb和S30403的横截面SEM显微照片

（f-g）表面温度为80℃的09CrCuSb和S31603的横截面SEM显微照片

图7 不同表面温度72小时腐蚀测试后的外管上的测试钢的沉积层和腐蚀层的平均厚度

沉积层厚度随着表面温度的升高而降低。 腐蚀层的厚度最初增加并在下降前在约60℃达到峰值。80℃和90℃没有形成相干腐蚀或沉积层，因此未在图中表示。

图8 脱硫烟气中液滴的变化

当接近高温表面时，会相继发生水分蒸发、液相浓缩和可溶性盐沉淀。 如果表面温度足够高，液滴可以在到达钢表面之前蒸发至干燥。

图9 钢表面的沉积物成分示意图

（a）当表面温度接近烟气初始温度时，以CaSO₄为主

（b）当表面温度远高于烟气温度时，出现氯化物

（c）当表面温度进一步升高时，沉积物变得干燥且不连续

【小结】

（1）脱硫烟气夹带的水滴导致钢表面附着沉积物并发生腐蚀。这些沉积物主要沉积于钢管迎风面，导致其腐蚀程度比背风面高。

（2）钢的表面温度是决定沉积和腐蚀过程的关键因素。当表面温度接近烟气初始温度时，沉积物是CaSO₄。09CrCuSb的腐蚀较为均匀，而不锈钢则因为钝化而被保护起来。

（3）随着表面温度的升高，钢表面的沉积量减少，而沉积物中的氯离子浓度显着增加，逐渐沉淀出氯化物，被沉积物覆盖的地方腐蚀大大加剧，不锈钢上的钝化膜被破坏。

（4）转折点大概在60〜70℃之间，钢的腐蚀层厚度不再随表面温度升高。沉积物变得更干燥，更难以粘附，腐蚀过程由于缺乏电解质而开始受到抑制。

（5）受试钢中，低合金钢09CrCuSb在脱硫烟气下腐蚀性能较差，而奥氏体不锈钢S30403和S31603性能更好。在高于80℃的表面温度下，可以观察到很少的均匀腐蚀。双相不锈钢S32205和超级双相S32750对脱硫烟气具有良好的耐腐蚀性，仅发生局部腐蚀。

文献链接：Desulfurized flue gas corrosion coupled with deposits in a heating boiler（Corror.Sci.,2017,DOI:10.1016/j.corsci.2017.11.009）

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