煙氣在露點(diǎn)溫度以下引起的腐蝕通常稱為低溫腐蝕,腐蝕機(jī)理主要包括酸水形成的化學(xué)腐蝕、氯離子點(diǎn)蝕、硫化物腐蝕、晶間腐蝕、垢下腐蝕、滲氫腐蝕等等。加速設(shè)備腐蝕破壞的主要是電化學(xué)腐蝕,其中最為關(guān)鍵的就是“小陽極大陰極”現(xiàn)象引起的腐蝕現(xiàn)象。
低溫受熱面腐蝕的主要原因是含SO2、SO3、NOx、HCl、HF、CO2等腐蝕介質(zhì)的煙氣結(jié)露形成酸溶液。煙氣中水汽本身的結(jié)露溫度(水露點(diǎn))是很低的一般約在30℃~60℃,但煙氣中只要有0.005%的三氧化硫,煙氣結(jié)露溫度(酸露點(diǎn))即可高達(dá)150℃以上。
1、蝕核的形成
鈍化膜破壞理論認(rèn)為,當(dāng)電極陽極極化時(shí),鈍化膜中的電場(chǎng)強(qiáng)度增加,吸附在鈍化膜表面上的腐蝕陰離子(Cl-)因其半徑小,在電場(chǎng)作用下進(jìn)入鈍化膜,使鈍化膜局部成為強(qiáng)烈的感應(yīng)離子導(dǎo)體,鈍化膜在該點(diǎn)出現(xiàn)高的電流密度并使陽離子雜亂移動(dòng)成活躍起來。當(dāng)鈍化膜-溶液界面的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到某一臨界值Eb時(shí),就會(huì)導(dǎo)致蝕孔成核。
而吸附膜理論認(rèn)為,蝕孔的形成是陰離子與氧原子競(jìng)爭(zhēng)吸附的結(jié)果。氧原子在表面吸附導(dǎo)致金屬表面鈍化,當(dāng)E>Eb時(shí),CL-在某些點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)吸附強(qiáng)烈而取代氧原子,該處鈍化膜破壞,蝕孔在該處成核。
2、閉塞電池
由于蝕孔口腐蝕產(chǎn)物的塞積、縫隙及裂紋等情況產(chǎn)生了局部不同于整體的化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)環(huán)境,在蝕孔內(nèi)形成閉塞電池。
2.1蝕孔外表面電極反應(yīng)
陽極反應(yīng):M→Mn+ +ne 逐漸減弱
陰極反應(yīng):1/2O2+H2O+2e→2OH- 逐漸加強(qiáng)
總極化:陰極反應(yīng)電流大于陽極,蝕孔外表面發(fā)生陰極極化。
2.2蝕孔內(nèi)表面電極反應(yīng)
陽極反應(yīng):M→Mn+ +ne 逐漸加強(qiáng)
陰極反應(yīng):1/2O2+H2O+2e→2OH- 逐漸減弱
2H++2e→ H2 逐漸加強(qiáng)
總極化:陽極反應(yīng)電流大于陰極,蝕孔內(nèi)表面發(fā)生陽極極化。
2.3孔內(nèi)形成的金屬鹽水解
Mn++nH2O→M(OH)n+nH+
孔內(nèi)溶液[H+]增加,PH值降低,使蝕孔內(nèi)金屬處于HCl介質(zhì)中,即處于活化溶液狀態(tài)??變?nèi)外形成了活化-鈍化腐蝕電池,蝕坑發(fā)展并且以自催化的形式加速發(fā)展。
形成點(diǎn)蝕以后,由于陽極面積很小,也蝕孔外的陰極面積相對(duì)很大,這樣就產(chǎn)生了典型的“小陽極大陰極”現(xiàn)象,陽極電流密度加大,造成腐蝕加速。
3、低溫腐蝕的設(shè)備
低溫腐蝕是發(fā)生在鍋爐尾部受熱面(省煤器、空預(yù)器)的硫酸腐蝕,因?yàn)槲膊渴軣崦鎱^(qū)段的煙氣和管壁溫度較低,所以稱為低溫腐蝕。低溫腐蝕常發(fā)生在空預(yù)器上,但是省煤器管也有可能發(fā)生低溫腐蝕。鍋爐尾部受熱面(省煤器、空氣預(yù)熱器)的硫酸腐蝕,因?yàn)槲膊渴軣崦鎱^(qū)域的煙氣和管壁溫度較低。
另外,煙氣處理系統(tǒng)中的煙道煙囪、除塵器、引風(fēng)機(jī)、再熱器等設(shè)備主要也是低溫腐蝕破壞。主要是考慮硫腐蝕,而垃圾焚燒發(fā)電煙氣成分復(fù)雜、腐蝕機(jī)理也更復(fù)雜,通常都是多種腐蝕介質(zhì)相互引發(fā)、相互促進(jìn),加速腐蝕進(jìn)程。
相關(guān)研究表明:電廠脫硫氣后的煙氣濕度大,含有的腐蝕性介質(zhì)在煙氣壓力和濕度的雙重作用下,煙囪內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)致密度差的材料內(nèi)部很易遭到腐蝕,影響結(jié)構(gòu)耐久性;低濃度稀硫酸液比高濃度的酸液腐蝕性更強(qiáng);酸液的溫度在40-80℃時(shí),對(duì)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性特別強(qiáng)。以鋼材為例,40-80℃時(shí)的腐蝕速度比在其它溫度時(shí)高出約3-8倍。
4、低溫腐蝕設(shè)備防腐選型
對(duì)于除塵器、脫硫塔、脫硫后煙道、煙囪、煙道風(fēng)機(jī)、GGH等設(shè)備因低溫腐蝕造成的破壞現(xiàn)象,可以采用1041煙氣防腐涂料,1034耐酸堿防腐涂料、1033耐氫氟酸防腐涂料以及高固含聚合無機(jī)防腐涂料等等。