關(guān)少奎，崔建恒，徐榮廣，喬樹峰

（1.遷安中化煤化工有限責(zé)任公司，河北 唐山 064400；2.首鋼集團有限公司技術(shù)研究院，北京 100043）

引 言

遷安中化煤化工有限責(zé)任公司（簡稱遷安中化公司）現(xiàn)有6座6 m頂裝焦爐，設(shè)計焦炭年產(chǎn)能330萬t，焦爐煙氣脫硫脫硝工藝采用的是中低溫SCR(選擇性催化還原法)脫硝工藝和氨法脫硫工藝，兩座焦爐共用一座脫硫脫硝系統(tǒng)，單座系統(tǒng)設(shè)計處理廢氣量為300 000 m3/h。該脫硫脫硝系統(tǒng)運行1年多后，熱管換熱器的爐管和翅片發(fā)生了不同程度的腐蝕，尤其以冷凝段低溫?zé)煔馊肟谔幐g最為嚴重，已經(jīng)影響到了換熱器的正常運行。遷安中化對熱管換熱器不同腐蝕部分進行了X射線衍射分析、電鏡掃描及能譜分析，找到了腐蝕原因，可為同類型裝置類似問題分析提供參考。

1 焦爐煙氣脫硫脫硝工藝

遷安中化焦爐煙氣脫硫脫硝工藝流程示意圖見圖1。

圖1 焦爐煙氣脫硫脫硝工藝流程示意圖

原焦爐煙囪的廢氣通過管道收集匯合，并與煙氣升溫系統(tǒng)燃燒產(chǎn)生的廢氣在混合室混合，使煙氣升溫到250℃～260℃，以滿足中低溫SCR反應(yīng)的溫度要求，煙氣中NOx、O2與還原劑NH3在催化劑的參與下，反應(yīng)生成N2和H2O，達到脫硝的目的。脫硝處理后的高溫?zé)煔馀c脫硫后低溫?zé)煔庠诔崞綗峁軗Q熱器內(nèi)進行熱量交換，降溫到140℃左右，進入后續(xù)脫硫塔進行脫硫處理，同時，將脫硫后低溫?zé)煔膺M行再熱升溫至130℃以上，最后通過原有焦爐煙囪分別排放，達到原焦爐煙囪繼續(xù)使用的目的，確保脫硫脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)故障時焦爐的安全生產(chǎn)。

2 腐蝕情況分析及討論

為增加換熱面積和效率，該熱管換熱器設(shè)計為翅片管式換熱器，材質(zhì)為ND鋼。系統(tǒng)運行1年多后，爐管表面存在不同程度的腐蝕，而爐管上翅片腐蝕尤為嚴重。

2.1 翅片腐蝕分析

2.1.1 X射線衍射分析（XRD）

分別對熱管換熱器爐管外側(cè)的翅片腐蝕產(chǎn)物表面和腐蝕產(chǎn)物粉末進行了XRD檢測，結(jié)果分別見圖2和圖3，由XRD分析得到的腐蝕產(chǎn)物組成見表1。從表1可知，腐蝕產(chǎn)物表面主要成分為FeO(OH)，而腐蝕產(chǎn)物粉末主要成分為Fe2O3和FeO(OH)。

圖2 腐蝕產(chǎn)物表面的XRD圖

圖3 腐蝕產(chǎn)物粉末的XRD圖

表1 由XRD分析得到的腐蝕產(chǎn)物組成%

2.1.2 掃描電鏡及能譜分析

對翅片連接處爐管腐蝕產(chǎn)物進行了掃描電鏡及能譜分析，結(jié)果見圖4和表2。由圖4和表2可知，腐蝕產(chǎn)物中O元素質(zhì)量分數(shù)較高，且沿徑向方向由內(nèi)到外大致呈降低趨勢，由48%降至37%；腐蝕產(chǎn)物中存在一定量的S元素，且存在硫富集帶，其S元素質(zhì)量分數(shù)高達10%（譜圖2）。以上分析表明，爐管存在嚴重氧化現(xiàn)象以及不同程度的硫腐蝕。

圖4 翅片連接處爐管腐蝕產(chǎn)物的掃描電鏡圖

表2 圖4中各點能譜分析結(jié)果%

2.2 爐管腐蝕分析

2.2.1 爐管整體腐蝕分析

對腐蝕較輕的爐管進行了掃描電鏡及能譜分析，結(jié)果見圖5和表3。由圖5可知，爐管表面存在腐蝕層，平均在0.2 mm左右。由表3可知，腐蝕層（譜圖1、2）中存在大量的O元素，此外還發(fā)現(xiàn)少量的S元素，而爐管內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)O元素和S元素，表明爐管外側(cè)發(fā)生了較為嚴重的氧化腐蝕。

圖5 爐管整體掃描電鏡圖

表3 圖5中各點能譜分析結(jié)果%

2.2.2 爐管外側(cè)腐蝕分析

對爐管外側(cè)腐蝕層進行了掃描電鏡和能譜分析，結(jié)果見圖6和表4。由表4可知，腐蝕層中O含量從外到內(nèi)逐漸變低；S元素也大致呈現(xiàn)類似規(guī)律，但其含量較低，質(zhì)量分數(shù)在0.37%～0.79%；此外，腐蝕層外側(cè)還發(fā)現(xiàn)了Cl元素，但腐蝕層內(nèi)側(cè)未發(fā)現(xiàn)Cl元素。結(jié)果表明，爐管外側(cè)主要發(fā)生了氧化腐蝕，還存在一定程度的硫腐蝕和氯腐蝕。

圖6 爐管外側(cè)腐蝕層掃描電鏡圖

表4 圖6中各點能譜分析結(jié)果%

3 腐蝕原因分析與建議

熱管換熱器爐管外側(cè)及翅片發(fā)生了嚴重氧化腐蝕及輕微硫腐蝕、氯腐蝕。由于焦爐煙氣中含有體積分數(shù)6%～10%的氧氣，氨法脫硫后的煙氣中水分可達到15%～20%，熱管換熱器爐管及翅片具備被氧化的客觀條件，尤其是低溫冷凝段煙氣中水分含量會更高，因此低溫段腐蝕現(xiàn)象最為嚴重。由于煙氣脫硫后，煙氣中SO2含量非常低，其質(zhì)量濃度為0～10 mg/m3，因此熱管換熱器硫腐蝕現(xiàn)象并不明顯。遷安中化公司爐管材質(zhì)是ND鋼，耐低溫硫腐蝕，不耐氧腐蝕，已不能滿足目前的工藝條件，因此建議將熱管換熱器腐蝕最為嚴重的低溫段材質(zhì)由ND鋼更換為更耐氧腐蝕和硫腐蝕的2205不銹鋼，以滿足脫硫脫硝系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。