摘要:對(duì)濕式旋風(fēng)脫硫除塵器短期內(nèi)出現(xiàn)破損的機(jī)理進(jìn)行了分析,其原因是高速含塵氣流對(duì)除塵器錐體內(nèi)壁的沖刷磨損和不銹鋼應(yīng)力共同作用的結(jié)果;提出防腐耐磨綜合措施。實(shí)踐證明這種措施是可行的。

關(guān)鍵詞:濕式旋風(fēng)脫硫除塵器　磨損　應(yīng)力腐蝕

1　前言

我國(guó)的熱力設(shè)備以燃煤鍋爐為主,在一次能源組成中,燃煤占76.3%,而全國(guó)SO2排放量的90%來(lái)自燃煤。煤燃燒產(chǎn)生大量的煙氣和SO2,SO2可導(dǎo)致酸雨的形成,對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,我國(guó)的大氣污染特征正是由于大量燃煤而形成的煤煙型污染。過(guò)去對(duì)鍋爐煙氣的處理大多采用旋風(fēng)除塵器、靜電除塵器、袋式除塵器,但這僅局限于對(duì)煙氣中粉塵的治理,而沒(méi)有考慮對(duì)SO2的處理,致使SO2排放量大,酸雨污染嚴(yán)重,給我國(guó)經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。脫硫除塵一體化,治理粉塵和控制SO2排放量已成為我國(guó)環(huán)保工作的重要課題。

濕式旋風(fēng)脫硫除塵器是一種高效脫硫除塵裝置,是濕式吸附脫硫和高效除塵相結(jié)合的技術(shù)。但由于該裝置工作環(huán)境差,一方面高速含塵氣流對(duì)除塵器內(nèi)壁的強(qiáng)烈沖刷,導(dǎo)致殼體磨損嚴(yán)重,另一方面脫硫劑和脫硫劑與SO2反應(yīng)的產(chǎn)物對(duì)除塵器體腐蝕嚴(yán)重。防腐耐磨成為該技術(shù)得以推廣使用的關(guān)鍵。因此有必要對(duì)該設(shè)備腐蝕和磨損問(wèn)題進(jìn)行探討,并提出相應(yīng)的措施。

2　濕式脫硫除塵器結(jié)構(gòu)、工作原理及破損情況

2.1　結(jié)構(gòu)

濕式脫硫除塵器(TL)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　濕式脫硫除塵器(TL)結(jié)構(gòu) 1—文丘里管;2—噴嘴;3—排氣管;4—煙囪;5—風(fēng)機(jī);6—除塵器;7—渣滓箱;8—渣水分離器;9—水泵;10—循環(huán)箱;11—加藥箱

2.2　工作原理

采用濕式吸附法脫硫和高效除塵相結(jié)合技術(shù),由文丘里管、旋風(fēng)除塵器、渣水分離器、加藥系統(tǒng)等組成。含塵煙氣進(jìn)入文丘里管中的漸縮管,氣流速度逐漸增加,在喉管中,氣流速度最高,在高氣流的沖擊下,從加藥箱中注入的脫硫劑得到霧化,在喉管中氣液兩相充分混合,實(shí)現(xiàn):

(1)脫硫劑與二氧化硫氣體充分接觸,反應(yīng)加快,更有效地消除煙氣中的二氧化硫;

(2)脫硫劑與水滴不斷碰撞,凝并成更大的顆粒,已經(jīng)凝并的塵粒進(jìn)入旋風(fēng)除塵器中,進(jìn)一步脫硫除塵。

脫水除塵器下端排出塵渣和水的混合物,經(jīng)渣水分離器,將塵渣與水分離,渣從旋風(fēng)分離器下部排出到渣車(chē),由渣車(chē)運(yùn)走,水流入循環(huán)水箱,再由水泵注入脫硫除塵器,利用含剩余脫硫劑的水再注入脫硫除塵器頂端的噴嘴,進(jìn)行第二次脫硫,這樣既不浪費(fèi)水,又使脫硫劑得到充分的利用,減少脫硫劑的費(fèi)用。

2.3　運(yùn)行效果及破損情況

該除塵器應(yīng)用于某高校4t/h鍋爐煙氣處理，運(yùn)行時(shí)不斷注入堿性脫硫劑;考慮到除塵器體的腐蝕問(wèn)題,要求廠家采用不銹鋼。從實(shí)際運(yùn)行來(lái)看性能是穩(wěn)定的。用500目雙飛粉實(shí)測(cè):除塵總效率為95%;經(jīng)兩級(jí)脫硫,脫硫效率達(dá)70%左右;能耗低, 系統(tǒng)總壓力損失為1200～1300Pa;脫水性能好,引風(fēng)機(jī)后部管道不帶水,對(duì)風(fēng)管無(wú)腐蝕。但連續(xù)運(yùn)行8個(gè)月后,出現(xiàn)破損現(xiàn)象:距離除塵器錐體焊縫邊緣

10mm左右處正對(duì)氣流一側(cè)出現(xiàn)5～10mm寬、30～40mm長(zhǎng)的裂縫,粉塵從裂縫處向外噴射。當(dāng)時(shí)采取應(yīng)急處理辦法是補(bǔ)焊。2個(gè)月之后,在補(bǔ)焊下緣距錐體焊縫邊5～7mm處又出現(xiàn)寬3～7mm、長(zhǎng)25～30mm的裂縫。該除塵器不得不停止運(yùn)行。

3　破損原因分析

3.1　外觀檢查與分析

停止運(yùn)行后的除塵器經(jīng)檢查,在圓筒體上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何裂紋,圓筒體內(nèi)壁有磨刷銹蝕痕跡,也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)內(nèi)凹坑蝕現(xiàn)象;錐體焊縫正對(duì)氣流一側(cè)邊緣出現(xiàn)較大的細(xì)長(zhǎng)裂縫,裂縫內(nèi)斷口呈脆性破壞,顯微分析可在斷口附近發(fā)現(xiàn)許多裂紋,裂紋形狀復(fù)雜,呈分叉樹(shù)枝形狀;靠近錐底裂紋處有內(nèi)凹坑蝕現(xiàn)象,錐體其他地方有磨刷銹蝕痕跡,且比圓筒內(nèi)壁明顯,但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有坑蝕現(xiàn)象。錐體中殘液pH=7.5～8.2,呈弱堿性。初步斷定錐體破損原因是:①在高速含塵氣流作用下,粉塵對(duì)除塵器內(nèi)壁的沖刷磨損,越靠近磨損越厲害;②殘液對(duì)除塵器內(nèi)壁的腐蝕。

3.2　分析討論

從錐體焊縫一側(cè)和遠(yuǎn)離錐體焊縫的地方取材,利用顯微硬度儀測(cè)定硬度大小分別為40～41及30～31;而鍋爐飛灰塵粒摩氏硬度為6.57～7.70。

焊縫邊緣鋼材硬度明顯低于遠(yuǎn)離焊縫的其他地方鋼材硬度,這是由于不銹鋼在焊接時(shí)溫度升高導(dǎo)致焊縫邊緣硬度下降。根據(jù)某些學(xué)者研究的結(jié)果:粉塵的硬度Hp 低于被磨損材料的硬度,磨損照樣會(huì)發(fā)生,在沖擊速度很高的情況下,磨損率與Hp2.3成正比。比較塵粒和不銹鋼的硬度,以及從圓筒體和錐體內(nèi)壁磨損情況來(lái)分析,粉塵的硬度不足以在短時(shí)間內(nèi)磨穿不銹鋼表面,如果不存在焊接質(zhì)量方面的問(wèn)題,錐體不會(huì)被磨穿。

3.4　分析討論

(1)從除塵機(jī)理分析:含塵氣流由進(jìn)氣管以較高速度沿切線(xiàn)方向進(jìn)入除塵器內(nèi),在圓筒體、錐體內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),隨著氣流向下旋轉(zhuǎn),進(jìn)入錐體,由于錐體半徑減小,氣流速度越來(lái)越大,氣流中的塵粒對(duì)錐體的沖擊、磨損越來(lái)越大。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明;沖蝕磨損率與飛灰的入射沖刷速度vp成vpb正比關(guān)系,Finnie和Schmitt 等人的實(shí)驗(yàn)得出指數(shù)b在2～4之間,因而破損的地方可能會(huì)出現(xiàn)在錐體的下半部分,但由于運(yùn)行時(shí)間短,還來(lái)不及磨穿內(nèi)壁;另一方面,由于焊縫處有阻礙氣流的作用,局部磨損增大,出現(xiàn)了內(nèi)凹坑蝕現(xiàn)象。至于粉塵特性如粒度分布、塵粒硬度、粉塵濃度等因素,已有學(xué)者研究。由于這種磨損對(duì)筒體、錐體磨損情況相同,可不考慮粉塵特性因素對(duì)除塵器的磨損,而主要考慮氣流沖刷除塵器的磨損。

(2)從不銹鋼的材質(zhì)分析:考慮到除塵器工作環(huán)境差,腐蝕性大,選用1Cr17Ni2不銹鋼,厚度為20mm。這種不銹鋼雖然耐腐蝕,但易局部腐蝕,對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感。

(3)從焊接工藝分析:1Cr17Ni2不銹鋼可焊接性差,焊后在空冷條件下,得到馬氏體組織,具有很強(qiáng)的淬硬傾向,焊后殘余應(yīng)力大,易產(chǎn)生裂紋。尤其是在不銹鋼表面有微小凹坑時(shí),更易產(chǎn)生細(xì)長(zhǎng)裂紋,且裂紋擴(kuò)展很快,在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重破壞。為防止應(yīng)力腐蝕斷裂的產(chǎn)生,需進(jìn)行回火處理,但如果回火溫度控制不當(dāng),也會(huì)影響硬度。

在焊接加工時(shí),焊后沒(méi)有進(jìn)行很好的熱處理,導(dǎo)致焊縫邊緣存在很大的殘余應(yīng)力,使得硬度明顯降低,錐體抗腐蝕、抗磨性下降,導(dǎo)致焊縫邊緣出現(xiàn)破損現(xiàn)象。

綜上所述,濕式旋風(fēng)脫硫除塵器破損的原因是高速含塵氣流對(duì)錐體的沖刷磨損與不銹鋼應(yīng)力腐蝕共同作用的結(jié)果。大量研究表明:在腐蝕和磨損同時(shí)作用的情況下,由于腐蝕加快磨損,磨損促進(jìn)腐蝕,兩者交互作用,使得腐蝕磨損總量并不等于純磨損量和純腐蝕量的簡(jiǎn)單疊加。

4　防腐耐磨措施

根據(jù)以上破損原因分析,提出如下防腐耐磨綜合措施。

4.1　除塵器內(nèi)壁貼襯耐磨襯里和涂刷耐磨涂料

(1)耐磨涂料的選用。耐磨涂料的原材料必須能經(jīng)受長(zhǎng)期的粉塵沖刷,能耐一定的溫度,同時(shí)還要與除塵器內(nèi)壁有較強(qiáng)的結(jié)合力。選用石英砂為骨料,礬土熟料細(xì)粉為摻加料,礬土水泥為膠結(jié)料,配成礬土水泥石英砂耐磨耐腐蝕涂料。

(2)耐磨耐腐蝕涂料在除塵器內(nèi)壁的固定。為了使耐磨耐腐蝕涂料和除塵器內(nèi)壁牢固聯(lián)結(jié),不會(huì)成片地脫落,涂刷前在除塵器內(nèi)壁增設(shè)聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu),采用的方法是筋板穿絲固定方法。

(3)耐磨耐腐蝕涂料的敷設(shè)。耐磨耐腐蝕涂料在除塵器安裝前敷設(shè)在除塵器內(nèi)壁上,厚度為20mm。

4.2　焊接工藝

(1)為確保焊接的耐腐蝕性,不銹鋼表面應(yīng)呈光亮狀,應(yīng)去除殘?jiān)?。去除方法是砂輪打磨、酸洗、刷洗或拋光。表面粗糙度愈?其耐磨性愈高。表面酸洗可用酸洗液或酸洗膏,酸洗后用噴水加以清洗。

(2)焊后固溶處理:焊接后對(duì)1Cr17Ni2奧氏體不銹鋼進(jìn)行回火處理,可將物體加熱到1050～1150℃淬火,保溫1～1.5h后快速空冷。

采用以上防腐耐磨綜合措施,該濕式旋風(fēng)脫硫除塵器運(yùn)行一年半,運(yùn)行狀況良好。

5　結(jié)論

(1)高速含塵氣流對(duì)錐體內(nèi)壁的沖刷磨損,使錐體內(nèi)壁產(chǎn)生內(nèi)凹磨損現(xiàn)象;

(2)除塵器焊后沒(méi)有進(jìn)行回火處理,使不銹鋼表面存在殘余應(yīng)力,導(dǎo)致不銹鋼表面硬度降低,抗腐蝕性下降;

(3)濕式旋風(fēng)脫硫除塵器破損是在腐蝕和磨損同時(shí)作用下發(fā)生的,腐蝕加快磨損,磨損促進(jìn)腐蝕,兩者相互作用的結(jié)果,使得腐蝕磨損總量并不等于純磨損量和純腐蝕量的簡(jiǎn)單疊加。

(4)采用除塵器內(nèi)壁貼耐磨襯里和涂刷耐磨涂料以提高其耐磨性,在焊接工藝方面采用焊后固溶處理措施,即焊接后對(duì)1Cr17Ni2奧氏體不銹鋼進(jìn)行回火處理,將物體加熱到1050～1150℃后淬火,保溫1～1.5h后快速空冷。

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