焦爐煙氣脫硫脫硝系統熱管換熱器腐蝕原因分析

摘要：針對遷安中化公司焦爐煙氣脫硫脫硝系統熱管換熱器腐蝕的問題，對換熱器低溫段爐管及翅片的腐蝕產物進行了XRD、掃描電鏡、能譜分析，結果表明，爐管及翅片發生了嚴重氧腐蝕、輕微硫腐蝕和氯腐蝕。分析認為腐蝕與經脫硫脫硝系統后煙氣中含有體積分數6%~10%的O2和15%~20%的水分有關，建議將熱管換熱器低溫段材質更換為耐氧、硫腐蝕的2205 不銹鋼，以滿足脫硫脫硝系統的長期穩定運行。

引言

遷安中化煤化工有限責任公司（簡稱遷安中化公司）現有6 座6 m 頂裝焦爐，設計焦炭年產能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，單座系統設計處理廢氣量為300 000 m3/h。該脫硫脫硝系統運行1 年多后，熱管換熱器的爐管和翅片發生了不同程度的腐蝕，尤其以冷凝段低溫煙氣入口處腐蝕最為嚴重，已經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。

原焦爐煙囪的廢氣通過管道收集匯合，并與煙氣升溫系統燃燒產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，反應生成N2 和H2O，達到脫硝的目的。脫硝處理后的高溫煙氣與脫硫后低溫煙氣在翅片式熱管換熱器內進行熱量交換，降溫到140 ℃左右，進入后續脫硫塔進行脫硫處理，同時，將脫硫后低溫煙氣進行再熱升溫至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使用的目的，確保脫硫脫硝系統出現故障時焦爐的安全生產。

2 腐蝕情況分析及討論

為增加換熱面積和效率，該熱管換熱器設計為翅片管式換熱器，材質為ND 鋼。系統運行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的翅片腐蝕產物表面和腐蝕產物粉末進行了XRD 檢測，結果分別見圖2和圖3，由XRD 分析得到的腐蝕產物組成見表1。從表1 可知，腐蝕產物表面主要成分為FeO(OH)，而腐蝕產物粉末主要成分為Fe2O3 和FeO(OH)。

2.1.2 掃描電鏡及能譜分析

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

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，此外還發現少量的S 元素，而爐管內部未發現O 元素和S 元素，表明爐管外側發生了較為嚴重的氧化腐蝕。

2.2.2 爐管外側腐蝕分析

對爐管外側腐蝕層進行了掃描電鏡和能譜分析，結果見圖6 和表4。由表4 可知，腐蝕層中O 含量從外到內逐漸變低；S 元素也大致呈現類似規律，但其含量較低，質量分數在0.37%~0.79%；此外，腐蝕層外側還發現了Cl 元素，但腐蝕層內側未發現Cl 元素。結果表明，爐管外側主要發生了氧化腐蝕，還存在一定程度的硫腐蝕和氯腐蝕。

3 腐蝕原因分析與建議

熱管換熱器爐管外側及翅片發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，因此低溫段腐蝕現象最為嚴重。由于煙氣脫硫后，煙氣中SO2 含量非常低，其質量濃度為0~10 mg/m3，因此熱管換熱器硫腐蝕現象并不明顯。遷安中化公司爐管材質是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的長期穩定運行。