Избор материјала ФГД система: одсумпоравање димних гасова

Одсумпоравање димних гасова (ФГД) је индустријски процес који се користи за уклањање сумпор-диоксида (СО2) - и у мањој мери хлороводоника (ХЦл) и водоник-флуорида (ХФ) - из издувних гасова термоелектрана на угаљ-, топионица, цементних пећи пре него што се цементаре испуштају у пећи и пуштају у атмосферу.

СО2 је примарни узрок киселих киша, које оштећују екосистеме, кородирају инфраструктуру и штети здрављу људских дисајних путева. Глобални прописи - укључујући Закон о чистом ваздуху САД, Директиву о индустријским емисијама ЕУ (ИЕД 2010/75/ЕУ) и кинеске стандарде о емисији ГБ 13271 - налажу да ефикасност уклањања СО2 прелази 95% за већину великих инсталација за сагоревање.

FGD System Material Selection Flue Gas Desulfurization

Доминантна ФГД технологија широм света јевлажна присилна оксидација кречњака (ВЛФО), што чини око 85% инсталираних ФГД капацитета на глобалном нивоу. У ВЛФО систему, димни гас долази у контакт са кашом кречњака (ЦаЦО3) у великој посуди за апсорпцију. СО2 реагује са суспензијом да би се добио калцијум сулфат (гипс, ЦаСО4·2Х2О) - комерцијално продајни нуспроизвод-који се користи у производњи зидних плоча.

ФГД системи су међу најкорозивнијим индустријским окружењима на Земљи. Комбинација фактора унутар мокрог перача ствара хемијско окружење које уништава угљенични челик у року од неколико месеци и агресивно напада чак и стандардне нерђајуће челике:

Концентрација хлорида:Јони хлорида (Цл⁻) - ослобођени сагоревањем угља и концентрисани процесом прочишћавања - акумулирају се у апсорберу који циркулише течност до нивоа од 20.000–100.000 ппм. При овим концентрацијама, хлориди продиру у слој пасивног оксида стандардних нерђајућих челика, иницирајући корозију у облику рупица и пукотина.

пХ киселине:Упијајући раствор ради на пХ 3–6, излажући све влажне површине непрекидном разблажењу сумпорне и сумпорне киселине.

Циклус температуре:Површине канала доживљавају термички циклус између 50 степени (излаз влажног перача) и 200 степени (улаз пре-пречистача), оптерећујући и основне материјале и све системе облоге.

ерозија:Кречњак који циркулише брзином од 3-8 м/с кроз пумпе, цевоводе и млазнице за распршивање изазива озбиљно ерозивно хабање, које синергује са корозијом да би се убрзао губитак материјала.

Пуцање од корозије под напоном (СЦЦ):Затезни напон у завареним спојевима и елементима конструкције, у комбинацији са течностима које садрже врели хлорид-, изазива СЦЦ у аустенитним нерђајућим челицима са ПРЕН испод ~40.

Подаци о индустрији:ФГД систем електране на угаљ од 600 МВ{1}}прерађује приближно 2–3 милиона Нм³/х димних гасова. Посуде за упијање у ВЛФО системима обично имају пречник од 15–25 м и висину од 20–30 м -, што чини избор материјала за облогу и унутрашње делове омотача више-одлуком вредном више-милиона долара са очекиваним животним веком од 30 година.

Why FGD Destroys Ordinary Steel

ФГД зона	Темп. Домет	Кључни корозиви	Потражња материјала
Улазни канал / пре-пречистач	120-200 степени	СО2, ХЦл, ХФ, летећи пепео	Висока{0}}отпорност на оксидацију и киселу тачку росе
Посуда за упијање (љуска)	50-80 степени	Х2СО4 / Х2СО3 (пХ 3–6), Цл⁻ до 80.000 ппм	Екстремна отпорност на хлоридну талог + СЦЦ отпорност
Унутрашњост апсорбера (тацне, млазнице)	50-80 степени	Кречњак, абразија, висок Цл⁻	Отпорност на ерозију + корозију у пукотинама
Излазни канал / грејач	50-120 степени	Влажни засићени гас, СО3 магла, резидуални ХЦл	Влажни кисели кондензат + оксидација
Облоге канала за димне гасове	60–180 степени	Х2СО4 кондензат, летећи пепео, пара	Интегритет кошуљице против киселог + термалног циклуса
Цевоводи за рециркулацију стајњака	Амбијент – 60 степени	ЦаЦО3/ЦаСО4 суспензија, Цл⁻, пХ 4–6	Комбинована абразија + питтинг корозија
Елиминатор магле / одмагљивање	50-70 степени	Засићени гас, киселе капљице	Отпорност на киселину + структурна крутост

Табела 1: Корозивни услови по зонама система ФГД

Ниједна легура није оптимална за сваку зону ФГД система. Тачан избор материјала одговара отпорности легуре на корозију - квантитативно мереној њеним еквивалентним бројем отпорности на питтинг (ПРЕН=%Цр + 3.3×%Мо + 16×%Н) - према специфичној концентрацији хлорида, пХ, температури и механичком оптерећењу сваке зоне система.

ФГД Цомпонент	Препоручене легуре	ПРЕН / Кључна својства	Зашто је наведено
Упијајући омотач (влажни кречњак)	Легура Ц-276 (Н10276) или 317ЛМН	Ц-276: ПРЕН ~65; 317ЛМН: ~40	Withstands Cl⁻ >50.000 ппм, Х2СО3, пХ 3–5 континуирано
Упијајући омотач (прочишћавање морском водом)	Легура Ц-22 (Н06022) или Ц-276	PREN >65	Морска вода + СО2: најагресивније ФГД окружење
Млазнице и главе за прскање	Легура 625 (Н06625)	ПРЕН ~51; отпоран на замор-	Ерозија + корозија од-млазница велике брзине
Рециркулационе пумпе (мокри делови)	Дуплек 2507 (С32750) или Аллои 20	PREN >42	Абразија стајњака + хлоридна удубљења у кућиштима пумпе
Улазни/излазни канали (необложени)	316Л (С31603) или 317Л (С31703)	ПРЕН ~25–32	Ниже хлоридне зоне; исплативо;{0}} заварљив на терену
Плоче облоге канала за димне гасове	Тапете од легуре Ц-276 (прекривене 2–3 мм)	ПРЕН ~65 унутрашња површина	Танка обложена преко угљеничног челика; отпоран на киселине + абразију
Елиминатори магле	Легура 625 или 317ЛМН	PREN >40	Кисели аеросол + структурно оптерећење; не-површину која не загађује
Цевоводи и кривине	6Мо СС (С31254) или Дуплек 2507	PREN >40	Комбинована ерозиона{0}}корозија у ЦаСО4 каши велике брзине-
Дилатациони спојеви	Мехови од легуре Ц-276	ПРЕН ~65; умор-оцена	Кисели гас + термални циклус; нема СЦЦ ризика
Сита за одводњавање гипса	316Л или 2205 Дуплек	ПРЕН ~25–35	Мања агресивност када се СО2 апсорбује; умерен Цл⁻
Уложак за стог (мокри стог)	Легура Ц-276 или обложена фибергласом	ПРЕН ~65	Кондензујућа киселина при ниским температурама у влажном засићеном пражњењу

Табела 2: Препоручене легуре према ФГД компоненти и радним условима

легура (УНС)	Цр (%)	Мо (%)	Ни (%)	ПРЕН*	ФГД Прикладност
316L (S31603)	16–18	2–3	10–14	~24	Зоне ниске-умерене Цл⁻; канали, структурни
317ЛМН (С31726)	18–20	4–5	13–17	~40	Умерено-агресивни апсорбери; трошкови-избалансирани
6 месеци / 254 СМО (С31254)	19.5–20.5	6–6.5	17.5–18.5	~43	Цевоводи са високим садржајем Цл⁻, системи за суспензију, тела пумпи
Супер Дуплек 2507 (С32750)	24–26	3–5	6–8	~42	Осовине пумпе, цевовод, структуралне - зоне{1}}склоне ерозији
Легура 625 (Н06625)	20–23	8–10	Веће или једнако 58	~51	Млазнице, главе, мистери - ерозија + корозија
Легура Ц-276 (Н10276)	14.5–16.5	15–17	Бал.	~65	Упијајуће шкољке, облоге за наслага, обложене плоче - максимални рад
легура Ц-22 (Н06022)	20–22.5	12.5–14.5	Бал.	~67	ФГД морске воде, највише-Цл⁻ окружења
легура 20 (Н08020)	19–21	2–3	32–38	~30	Сервис сумпорне киселине; руковање гипсом; нижи Цл⁻

Табела 3: Хемијски састав и ПРЕН ФГД легура|* ПРЕН=%Цр + 3.3×%Мо + 16×%Н

Легура Ц276 - Репер ФГД

Хастеллои Ц276 (УНС Н10276)је најшире специфицирана легура за тешке ФГД услове. Његов садржај молибдена од 15–17% - највећи од било које комерцијално произведене легуре никла - даје му ПРЕН од приближно 65 и изузетну отпорност на оксидирајућу и редукујућу киселину. Ц-276 је специфициран за омоте апсорбера у системима са високим -хлоридним ВЛФО, мокрим слојевима и као облоге тапета од 2–3 мм на подлогама канала од угљеничног челика. Потпуно је усаглашен са производњом посуда под притиском одељка ВИИИ АСМЕ и може се орбитално заварити коришћењем одговарајућег метала за пуњење ЕРНиЦрМо-4.

Легура 625 - ерозија-Специјалист за корозију

Легура 625 (Н06625)комбинује додатке са високим садржајем хрома (20–23%), молибдена (8–10%) и ниобијума који му дају изузетну отпорност на ерозију-корозију - комбиновани напад абразивних честица и корозивних медија који уништавају млазнице за прскање и унутрашњост пумпе. Његов ПРЕН од приближно 51 и висока затезна чврстоћа (827–1034 МПа) чине га пожељним избором за ФГД распршиваче, елиминаторе магле и импелера рециркулацијске пумпе где брзине суспензије прелазе 4 м/с.

317ЛМН - Трошковно-ефикасна средина

Граде 317ЛМН (С31726) - побољшана верзија 317Л са молибденом од 4–5% и контролисаним додатком азота - постиже ПРЕН од приближно 40 по знатно нижој цени од легура никла. Широко се користи за кућишта ФГД апсорбера у апликацијама умереног{9}}примена где су концентрације хлорида испод 30.000 ппм и пХ остаје изнад 4. Представља најисплативију опцију-у потпуности аустенитног нерђајућег челика за нову ФГД конструкцију где Ц-276 не може бити економски оправдан.

За ФГД апсорберске посуде-пречника и канале, коришћење чврсте плоче Ц-276 је скупо-. Индустријско решење је композитна конструкција: шкољка од угљеничног челика или нисколегираног челика обезбеђује структурну чврстоћу, док танка легирана облога обезбеђује заштиту од корозије:

Облагање тапета (преклоп заваривања):2–3 мм Ц-276 нанети облагањем траком или аутоматским завареним слојем на унутрашњост угљеничног челика. Исплативо-за покривање великих{6}}области; прекривач мора да постигне депозит од најмање два-проласка да би се осигурало да састав коригован разблажењем испуњава захтеве ПРЕН.

Експлозивно{0}}обложена плоча:Фабрички{0}}произведена плоча обложена Ц-276/карбонским челиком, направљена у шкољке посуда. Обезбеђује прецизну, конзистентну дебљину легуре (обично 3–5 мм); пожељно за апсорберске посуде које захтевају печат АСМЕ кода.

Лабаве облоге од легуре:Танких (1,5–2 мм) Ц-276 или 625 листова механички фиксираних или лепљиво везаних за канале од угљеничног челика. Поље-који се може инсталирати; користи се у пројектима реконструкције где је рад на топлом ограничен.

Увид у цену:Чврста плоча Ц-276 кошта приближно 8–12× цена угљеничног челика по тежини. Облога тапета смањује садржај легуре на 15–25% трошкова чврсте конструкције док истовремено пружа еквивалентну заштиту од корозије на влажној површини – што га чини стандардним решењем за ФГД апсорберске посуде пречника преко 10 м.

Fabrication and Quality Requirements

Заваривање додатних метала:Ц276 захтева ЕРНиЦрМо-4 пунило (АВС А5.14); Легура 625 користи ЕРНиЦрМо-3; 317ЛМН користи ЕР317Л или комбинезон 309ЛМо. Одговарајући или прекомерно легирани пуниоци спречавају разблаживање метала шава да смањи ПРЕН испод нивоа основног метала.

Контрола топлотне нијансе:Заварени спојеви легуре никла морају да се поново-очистите са 99,995% чистог аргона да би се спречило стварање оксида на зрнцима корена. Топлотна нијанса на Ц-276 завареним спојевима указује на локално осиромашење молибдена и мора се уклонити кисељењем или механичком завршном обрадом.

Обрада након{0}заваривања:Легуре никла не захтевају термичку обраду након-заваривања (ПВХТ) и деградирају се због тога (таложење сигма фазе). 317ЛМН завари у ФГД сервису су обично растворени-жарени ако постоји забринутост због осетљивости.

инспекција:100% радиографско (РТ) или ултразвучно (УТ) испитивање свих заварених-завара у посудама апсорбера; Испитивање пенетранта боје (ПТ) свих Ц-276 преклопних спојева да би се потврдило да нема пукотина и недостатка фузије.

АСТМ Б575 / Б622 - Ц-276 и Ц-22 плоча, лим, трака и цев

АСТМ Б443 / Б444 - плоча и цев од легуре 625

АСТМ А240 - 316Л, 317Л, 317ЛМН равни-ваљани производи од нерђајућег челика

АСМЕ Одељак ВИИИ Див. 1 - Производња посуда под притиском (посуда за упијање)

НАЦЕ МР0103 - Материјали отпорни на пуцање сулфидним стресом у киселим рафинеријским окружењима

ИСО 9001 / ЕН 10204 Тип 3.1 - Сертификација материјала и следљивост за ФГД конструкцију

Избор материјала је најважнија инжењерска одлука у дизајну ФГД система. Одређивање праве легуре - у складу са концентрацијом хлорида, пХ, температуром и механичким оптерећењем сваке системске зоне - представља разлику између 30-годишњег радног века и скупог превременог квара.

Хијерархија је јасна:use 316L/317L where chloride levels are low and pH is moderate; upgrade to 317LMN or 6Mo stainless where chloride concentrations reach 20,000–50,000 ppm; specify Alloy 625 where erosion-corrosion combines with aggressive chemistry; and deploy Alloy C-276 (solid or clad) wherever continuous exposure to >50,000 ппм хлорида, пХ<4, or wet stack conditions demands maximum corrosion performance.

Како се еколошки прописи пооштравају на глобалном нивоу и комунална предузећа улажу у накнадно опремање старих електрана са ФГД системима, потражња за легурама високих перформанси-усклађених са кодом-усаглашеним са кодом-ће наставити да расте. Добијање спецификације материјала тачно у фази пројектовања је најисплативија-инвестиција у поузданост ФГД система.