复杂脱硫烟气输送管道的研究与应用

2017-10-14邵志超贺少方

硫酸工业 2017年8期

关键词：耐高温钛合金降温

高磊，邵志超，王政，贺少方，杨煦

(金川集团股份有限公司化工厂，甘肃金昌 737100)

复杂脱硫烟气输送管道的研究与应用

高磊，邵志超，王政，贺少方，杨煦

(金川集团股份有限公司化工厂，甘肃金昌 737100)

脱硫烟气管道材质应用

在镍铜冶炼低浓度SO2烟气治理过程中，低浓度SO2烟气成分复杂，烟气浓度、气量、温度等工况条件差异较大。系统在长时间的连续运行过程中，形成的稀酸、亚硫酸钠等物质对设备、管道造成了严重的腐蚀破坏，导致系统运行存在多处隐患，修缮费用及系统运行成本居高不下。

1 原有脱硫烟气输送现状

金川集团股份有限公司(以下简称金川公司)化工厂活性焦脱硫系统主要配套处理镍反射炉低浓度SO2烟气，烟气φ(SO2)在0.5%左右，设计总处理烟气量2×105m3/h，是目前国内活性焦脱硫行业中处理烟气SO2浓度最高的一套装置。由于反射炉自身烟气条件和活性焦脱硫系统自身特点，造成脱硫烟气温度高、水含量大，对系统烟气输送管道腐蚀严重，管道更换次数频繁。

正常脱硫过程中，将活性焦加热至300 ℃以上。此时烟气温度在300 ℃左右，以下为脱硫烟气数据测试表。

表1 脱硫烟气成分

由于烟气温度较高，且水含量高，在烟气输送过程中，烟气温度逐渐降低。当温度低于露点时，会形成大量的稀酸，对不锈钢材质的管道形成严重的腐蚀。

2 耐高温、耐腐蚀材料研究

1) 316L不锈钢。316L不锈钢是含钼的不锈钢品种。由于钢中含钼，性能优于310和304不锈钢，高温条件下，316L不锈钢本身具有很好的抗氧化性，且由于控制了碳的含量，减少了焊后碳化铬的晶界沉淀，在焊后提供了较好的耐蚀性。但316L不锈钢在氯化物环境中，对应力腐蚀开裂最为敏感，不具备耐氯离子腐蚀的功能。

2) 钢衬陶瓷。钢衬陶瓷管道是一种新型的复合材料管道，从内到外分别由陶瓷层、过渡层和钢背三层组成。陶瓷层是2 600 ℃以上的高温下形成的致密刚玉陶瓷，经过过渡层与钢管紧密结合。陶瓷管材质示意见图1。

图1 陶瓷管材质示意

3) 非金属石墨管。石墨为典型的脆性材料，其具有良好的耐腐蚀性和导热性；线性系数小，耐温度急变性好；机械加工性能良好；耐磨损、质量轻，温度升高但强度不降低。压型石墨元件表面不易结垢，能保证产品的纯度。缺点是机械强度低，弹性变形小，性能很脆，抗冲击能力差，抗拉强度小。石墨设备基本为厚壁设备，一般不发生材料抗压强度达到极限前失稳破坏，一般为筒体的强度破坏。石墨设备大多用于常压和低压操作状态，且使用温度也不太高。石墨设备设计压力不大于2.4 MPa,设计温度-60～400 ℃。

4) 钛合金管。钛合金是以钛元素为基础加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体，钛是同素异构体，熔点为1 668 ℃，在低于882 ℃时呈密排六方晶格结构，称为α-钛；在882 ℃以上呈体心立方品格结构，称为β-钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及组分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：① 稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等,其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果;② 稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型2种;前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等;③ 对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。

(5) 耐高温非金属管。玻璃钢管道是一种轻质、强度高、耐腐蚀的非金属管道。其是具有树脂基体重的玻璃纤维按工艺要求逐层缠绕在旋转的芯模上，并在纤维之间远距离均匀地铺上石英砂作为夹砂层。其管壁结构合理先进，能充分发挥材料的作用，在满足使用强度的前提下，提高了钢度，保证了产品的稳定性和可靠性。玻璃钢夹砂管以其优异的耐化学腐蚀、轻质高强，不结垢，抗震性强，与普通钢管比较使用寿命长，综合造价低，安装快捷，安全可靠等优点，普通玻璃钢在温度小于80 ℃的环境下运行。

3 新型组合输送管道的应用

脱硫烟气温度变化统计见表2。

表2 脱硫烟气温度变化统计

当烟气解吸温度达到338 ℃时，脱硫烟气前端可达到312 ℃，末端的最高温度为113 ℃。

脱硫烟气输送可以采用2种主要方式，即高温输送和低温输送。高温输送是高温烟气不进行降温直接进行输送，但对输送管道材质要求较为苛刻；低温输送方式即利用喷淋降温的方式，利用绝热蒸发的原理将高温烟气在管道内进行喷淋降温。但此方法将水份带入后端，同时会产生部分的废酸。结合现场实际情况，最终确定采用高温输送方式。

通过前段对各种耐腐蚀材料的分析和对比，最终确定了多种管道组合的方式。再生塔出口烟气温度较高，最高可达到280 ℃，在此温度范围之内采用316L不锈钢。该材质的不锈钢具有耐腐蚀且耐高温的特性，且前段温度较高，不会因水蒸气冷凝形成稀酸，经过测量高温段烟气管道共计50 m。

原设计脱硫烟气输送风机采用316L材质，运行周期较短，叶轮及机壳都不同程度的受到严重的腐蚀。分析原因主要是在高转速下，含水较高的烟气对316L材质进行长时间冲刷，且温度较高，腐蚀速率较快。因此输送风机不能采用316L材质。经过选型，采用耐高温、耐腐蚀的TC4钛合金材质。

脱硫烟气首先经过耐高温的316L段，温度下降至180～200 ℃。在此温度范围内，最容易形成稀酸，管道材质选型较为关键。非金属材料具有较好的耐腐蚀性，但无法承受高温，因此在此温度段内创新性采用翅片管道降温技术。管道材质选用316L不锈钢，在管道表面焊接环形翅片，用于降温，管道长度约15 m，利用空气进行自然降温。经过翅片换热管后，烟气温度能够降至120 ℃左右，在此温度范围内选取耐高温非金属材质管道，在前段设置导淋管，将降温形成的部分冷凝水及时排出。

因此脱硫烟气输送过程中，高温段采用316L不锈钢材质，高温输送设备采用TC4钛合金材质，中间利用翅片换热管对烟气进行降温，降温后的烟气采用耐高温非金属材质，通过应用3种不同材质管道组合方式，最终解决脱硫烟气腐蚀问题。