在SNCR烟气脱硝工艺中,通常采用氨水或尿素溶液作为脱硝剂,直按喷入高温烟气中与烟气中的NOx反应生成N2而达到脱硝的目的。尿素并不会对锅炉炉管产生腐蚀作用,但尿素溶液的水解物和热分解物却对炉管有很强的腐蚀作用。
尿素的水解反应:
CO(NH2)2→NH4CNO→NH3+HCNO
HCNO→H++CNO-
HCNO是一种弱酸,CNO-是一种在酸性条件下具有很强配位能力的络合剂,能与铁离子形成配合物而加速保护膜的破坏。
尿素的热分解反应:
CO(NH2)2 + H2O →CO2 + 2NH3
热力锅炉炉管通常采用20G碳素钢,高温作用下会在其表面生成FeO、Fe2O3、Fe3O4等保护性氧化物膜。正常情况下,喷入炉膛烟气中的尿素溶液受热分解为氨气和二氧化碳,不会对炉管造成严重的腐蚀,如果尿素喷入管设计不当,就会有尿素溶液直接淋在炉管表面。在温度作用下,尿素生成的酸性HCNO与炉管表面的氧化物直接发生化学反应,CNO-的强配位能力又加速了化学腐蚀的过程。同时,尿素受热分解出的NH3具有多重腐蚀效果。一方面,NH3是一种较强的配位体,可以与20G碳素钢中的铬产生络合反应加速腐蚀;另一方面,NH3会破坏保护膜与基体金属之间的双电荷平衡结构,降低了电极电位,更容易发生腐蚀。
氨的配位反应:
Cr3++6NH3→Cr(NH3)63+
配位反应发生以后,导致晶相组织间铬元素含量的不一致,从而进一步引发贫铬晶间腐蚀。
有氧参与的电化学腐蚀过程:
阳极,金属溶解变成金属离子进入溶液中;
Fe→Fe2++2e
阴极,电子被溶液中的H+和O2结合;
2H++2e→H2
O2+2H2O+4e→4OH-(中性或碱性体系)
O2+4H++4e→2H2O(酸性体系)
炉管表面分解生成的NH3与烟气中的SO2、SO3反应生成亚硫酸铵、硫酸铵及烟气中的灰尘形成污垢覆盖在炉管表面,破坏了炉管与烟气之间的介质平衡状态,造成垢下腐蚀。
低温酸性条件下CO2对炉管也会造成腐蚀作用。炉管表面的水溶液吸收烟气中的CO2形成碳酸了可直接腐蚀炉管。
Fe+2CO2+H2O→Fe(HCO3)2+H2
Fe(HCO3)2→FeCO3+CO2+H2O
Fe+H2CO3→FeCO3+H2
除了上述几种腐蚀机理以外,在炉管表面还会存在水汽腐蚀、湿H2S腐蚀、氯离子等多种电化学腐蚀作用。
为了解决SNCR烟气脱硝工艺中尿素溶液对炉管的腐蚀,一是可以合理设备喷入管的位置,二是加设挡流板,三是炉管表面喷涂高效的防腐涂层。
可以根据实际的工况选用北京志盛威华公司生产的ZS-系列防腐涂料,如烟气防腐涂料、高温封闭涂料、导热防腐涂料、红外辐射节能防腐涂料等,可以咨询志盛威华唐工寻求具体的涂料选型和防腐方案。