การกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากก๊าซไอเสีย (FGD) คืออะไร?
การกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากก๊าซไอเสีย (FGD) เป็นกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ใช้ในการกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) - และไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) และไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) - ในระดับที่น้อยกว่า ออกจากก๊าซไอเสียของถ่านหิน- โรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงแล้ว โรงถลุง เตาเผาปูนซีเมนต์ และเตาเผาขยะก่อนที่จะปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ
SO2 เป็นสาเหตุหลักของฝนกรด ซึ่งทำลายระบบนิเวศ กัดกร่อนโครงสร้างพื้นฐาน และเป็นอันตรายต่อสุขภาพระบบทางเดินหายใจของมนุษย์ กฎระเบียบทั่วโลก - รวมถึงกฎหมาย Clean Air Act ของสหรัฐอเมริกา, EU Industrial Emissions Directive (IED 2010/75/EU) และมาตรฐานการปล่อยก๊าซ GB 13271 ของจีน - กำหนดให้ประสิทธิภาพการกำจัด SO2 เกิน 95% สำหรับการติดตั้งการเผาไหม้ขนาดใหญ่ส่วนใหญ่
เทคโนโลยี FGD ที่โดดเด่นทั่วโลกคือหินปูนเปียกบังคับออกซิเดชัน (WLFO)ซึ่งคิดเป็นประมาณ 85% ของกำลังการผลิต FGD ที่ติดตั้งทั่วโลก ในระบบ WLFO ก๊าซไอเสียจะถูกสัมผัสกับสารละลายหินปูน (CaCO3) ในถังดูดซับขนาดใหญ่ SO2 ทำปฏิกิริยากับสารละลายเพื่อผลิตแคลเซียมซัลเฟต (ยิปซั่ม CaSO4·2H2O) - เป็นผลิตภัณฑ์ที่จำหน่ายในเชิงพาณิชย์โดย-ผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในการผลิตแผ่นผนัง
ทำไม FGD ถึงทำลายเหล็กธรรมดา
ระบบ FGD เป็นหนึ่งในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนมากที่สุดในโลก ปัจจัยต่างๆ ภายในเครื่องฟอกแบบเปียกทำให้เกิดสภาพแวดล้อมทางเคมีที่จะทำลายเหล็กกล้าคาร์บอนภายในไม่กี่เดือน และโจมตีอย่างรุนแรงแม้กระทั่งเหล็กกล้าไร้สนิมมาตรฐาน:
ความเข้มข้นของคลอไรด์:คลอไรด์ไอออน (Cl⁻) - ที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้ถ่านหินและทำให้เข้มข้นโดยกระบวนการขัดถู - จะสะสมอยู่ในของเหลวหมุนเวียนของตัวดูดซับจนถึงระดับ 20,000–100,000 ppm ที่ความเข้มข้นเหล่านี้ คลอไรด์จะทะลุชั้นพาสซีฟออกไซด์ของเหล็กกล้าไร้สนิมมาตรฐาน ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก
ค่า pH ของกรด:สารละลายดูดซับทำงานที่ pH 3-6 เผยให้เห็นพื้นผิวที่เปียกทั้งหมดเพื่อเจือจางกรดซัลฟิวริกและกรดซัลฟูรัสอย่างต่อเนื่อง
การหมุนเวียนตามอุณหภูมิ:พื้นผิวท่อจะมีการหมุนเวียนความร้อนระหว่าง 50 องศา (ทางออกของตัวฟอกแบบเปียก) และ 200 องศา (ทางเข้าของตัวฟอกก่อน-) ซึ่งเน้นทั้งวัสดุฐานและระบบซับในใดๆ
การกัดเซาะ:สารละลายหินปูนหมุนเวียนที่ความเร็ว 3–8 ม./วินาทีผ่านปั๊ม ท่อ และหัวฉีดสเปรย์ทำให้เกิดการสึกหรอจากการกัดกร่อนอย่างรุนแรง ซึ่งประสานกับการกัดกร่อนเพื่อเร่งการสูญเสียวัสดุ
การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC):ความเค้นดึงในแนวเชื่อมและชิ้นส่วนโครงสร้าง รวมกับคลอไรด์ร้อน-ที่มีของเหลวเป็นส่วนประกอบ ทำให้เกิด SCC ในสเตนเลสออสเทนนิติกที่มีค่า PREN ต่ำกว่า ~40
ข้อมูลอุตสาหกรรม:ระบบ FGD ของโรงไฟฟ้าถ่านหินขนาด 600 เมกะวัตต์-ประมวลผลก๊าซไอเสียประมาณ 2–3 ล้าน Nm³/ชม. ถังดูดซับในระบบ WLFO โดยทั่วไปจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15–25 ม. และสูง 20–30 ม. - ทำให้การเลือกวัสดุสำหรับเปลือกหุ้มและภายในเป็นการตัดสินใจหลาย-ล้านดอลลาร์พร้อมความคาดหวังอายุการใช้งานการออกแบบ 30 ปี
สรุปเงื่อนไขโซน FGD
|
โซนเอฟจีดี |
อุณหภูมิ พิสัย |
สารกัดกร่อนที่สำคัญ |
ความต้องการวัสดุ |
|
ท่อทางเข้า/เครื่องฟอกก่อน- |
120–200 องศา |
SO2, HCl, HF, เถ้าลอย |
ออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง -+ ต้านทานจุดน้ำค้างของกรด |
|
เรือดูดซับ (เปลือก) |
50–80 องศา |
H2SO4 / H2SO3 (pH 3–6), Cl⁻ สูงถึง 80,000 ppm |
การเจาะบ่อคลอไรด์ขั้นสุดยอด + ความต้านทาน SCC |
|
ตัวดูดซับภายใน (ถาด, หัวฉีด) |
50–80 องศา |
สารละลายหินปูน การเสียดสี ค่า Cl⁻ สูง |
การกัดเซาะ + ความต้านทานการกัดกร่อนของรอยแยก |
|
ท่อทางออก/เครื่องทำความร้อน |
50–120 องศา |
ก๊าซอิ่มตัวเปียก, หมอก SO3, HCl ที่ตกค้าง |
คอนเดนเสทกรดเปียก + ออกซิเดชัน |
|
ปลอกท่อส่งก๊าซไอเสีย |
60–180 องศา |
H2SO4 คอนเดนเสท เถ้าลอย ไอน้ำ |
ความสมบูรณ์ของไลเนอร์ต่อกรด + วงจรความร้อน |
|
ท่อหมุนเวียนของสารละลาย |
สภาพแวดล้อม–60 องศา |
สารละลาย CaCO3/CaSO4, Cl⁻, pH 4–6 |
การเสียดสี + การกัดกร่อนแบบรูพรุนรวมกัน |
|
เครื่องกำจัดหมอก / ระบบไล่ฝ้า |
50–70 องศา |
ก๊าซอิ่มตัว หยดกรด |
ทนต่อกรด + ความแข็งแกร่งของโครงสร้าง |
ตารางที่ 1: สภาพการกัดกร่อนตามโซนระบบ FGD
โลหะผสมที่แนะนำโดยส่วนประกอบ FGD
ไม่มีโลหะผสมชนิดเดียวที่เหมาะสมที่สุดสำหรับทุกโซนของระบบ FGD การเลือกวัสดุที่ถูกต้องตรงกับความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสม - ที่วัดในเชิงปริมาณด้วยจำนวนเทียบเท่าของความต้านทานแบบหลุม (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) - กับความเข้มข้นของคลอไรด์เฉพาะ ค่า pH อุณหภูมิ และการโหลดทางกลของแต่ละโซนของระบบ
|
ส่วนประกอบ FGD |
โลหะผสมที่แนะนำ |
PREN / คุณสมบัติที่สำคัญ |
เหตุใดจึงมีการระบุ |
|
เปลือกตัวดูดซับ (หินปูนเปียก) |
อัลลอยด์ C-276 (N10276) หรือ 317LMN |
C-276: พรีน ~65; 317LMN: ~40 |
Withstands Cl⁻ >50,000 ppm, H2SO3, pH 3–5 อย่างต่อเนื่อง |
|
เปลือกดูดซับ (ขัดน้ำทะเล) |
โลหะผสม C-22 (N06022) หรือ C-276 |
PREN >65 |
น้ำทะเล + SO2: สภาพแวดล้อม FGD ที่ก้าวร้าวที่สุด |
|
หัวฉีดสเปรย์และส่วนหัว |
ล้อแม็ก 625 (N06625) |
เพรน ~51; ทนต่อความเมื่อยล้า- |
การกัดเซาะ + การกัดกร่อนจากไอพ่นสารละลายความเร็วสูง- |
|
ปั๊มหมุนเวียน (ชิ้นส่วนเปียก) |
ดูเพล็กซ์ 2507 (S32750) หรืออัลลอยด์ 20 |
PREN >42 |
การสึกกร่อนของถนนลาดยาง + รูพรุนของคลอไรด์ในปลอกปั๊ม |
|
ท่อทางเข้า/ออก (ไม่มีซับใน) |
316L (S31603) หรือ 317L (S31703) |
พรีน ~25–32 |
โซนคลอไรด์ตอนล่าง ต้นทุน-มีประสิทธิภาพ; สนามเชื่อมได้ |
|
แผงบุผนังท่อส่งก๊าซไอเสีย |
วอลเปเปอร์อัลลอยด์ C-276 (หุ้ม 2–3 มม.) |
PREN ~65 พื้นผิวด้านใน |
หุ้มบางบนเหล็กกล้าคาร์บอน ทนต่อกรด + การขัดถู |
|
เครื่องกำจัดหมอก |
ล้อแม็ก 625 หรือ 317LMN |
PREN >40 |
ละอองลอยกรด + โหลดโครงสร้าง พื้นผิวที่ไม่เปรอะเปื้อน- |
|
ท่อสารละลายและโค้ง |
6Mo SS (S31254) หรือดูเพล็กซ์ 2507 |
PREN >40 |
การกัดเซาะแบบรวม-การกัดกร่อนในสารละลาย CaSO4 ที่มีความเร็วสูง- |
|
ข้อต่อการขยายตัว |
สูบลมอัลลอยด์ C-276 |
พรีน ~65; ความเหนื่อยล้า-จัดอันดับ |
ก๊าซกรด + วงจรความร้อน ไม่มีความเสี่ยง SCC |
|
หน้าจอแยกน้ำยิปซั่ม |
316L หรือ 2205 ดูเพล็กซ์ |
พรีน ~25–35 |
ความก้าวร้าวลดลงเมื่อ SO2 ดูดซับ; Cl⁻ปานกลาง |
|
กองซับ (กองเปียก) |
โลหะผสม C-276 หรือบุด้วยไฟเบอร์กลาส |
เพรน ~65 |
กรดกลั่นตัวที่อุณหภูมิต่ำในการปล่อยอิ่มตัวแบบเปียก |
ตารางที่ 2: โลหะผสมที่แนะนำตามส่วนประกอบ FGD และสภาพการทำงาน
การอ้างอิงคุณสมบัติของโลหะผสมที่สำคัญ
|
โลหะผสม (UNS) |
Cr (%) |
โม (%) |
พรรณี (%) |
เพรน* |
ความเหมาะสมของ FGD |
|
316L (S31603) |
16–18 |
2–3 |
10–14 |
~24 |
โซน Cl⁻ ต่ำถึงปานกลาง; ท่อโครงสร้าง |
|
317LMN (S31726) |
18–20 |
4–5 |
13–17 |
~40 |
ตัวดูดซับที่มีฤทธิ์รุนแรง-ปานกลาง; ต้นทุน-สมดุล |
|
6Mo / 254 สโม (S31254) |
19.5–20.5 |
6–6.5 |
17.5–18.5 |
~43 |
ท่อ Cl⁻ สูง ระบบสารละลาย ตัวปั๊ม |
|
ซูเปอร์ดูเพล็กซ์ 2507 (S32750) |
24–26 |
3–5 |
6–8 |
~42 |
เพลาปั๊ม ท่อ โครงสร้าง - โซนเสี่ยงต่อการพังทลาย- |
|
ล้อแม็ก 625 (N06625) |
20–23 |
8–10 |
มากกว่าหรือเท่ากับ 58 |
~51 |
หัวฉีด,เฮดเดอร์,มิสเตอร์ - การกัดเซาะ+การกัดกร่อน |
|
ล้อแม็ก C-276 (N10276) |
14.5–16.5 |
15–17 |
บาล |
~65 |
เปลือกดูดซับ ซับซ้อน แผงหุ้ม - หน้าที่สูงสุด |
|
ล้อแม็ก C-22 (N06022) |
20–22.5 |
12.5–14.5 |
บาล |
~67 |
FGD น้ำทะเล สภาพแวดล้อม-Cl⁻ สูงสุด |
|
ล้อแม็ก 20 (N08020) |
19–21 |
2–3 |
32–38 |
~30 |
บริการกรดซัลฟิวริก การจัดการยิปซั่ม Cl⁻ ต่ำกว่า |
ตารางที่ 3: องค์ประกอบทางเคมีและ PREN ของโลหะผสม FGD|* เพรน=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N
อัลลอย C276 - เกณฑ์มาตรฐาน FGD
ฮาสเตลลอย C276 (UNS N10276)เป็นโลหะผสมที่ได้รับการระบุอย่างกว้างขวางที่สุดสำหรับงาน FGD ที่รุนแรง ปริมาณโมลิบดีนัมอยู่ที่ 15–17% - ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาโลหะผสมนิกเกิลที่ผลิตในเชิงพาณิชย์ - ให้ค่า PREN ประมาณ 65 และมีความต้านทานที่โดดเด่นต่อสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดทั้งออกซิไดซ์และรีดิวซ์ C-276 ได้รับการระบุไว้สำหรับเปลือกตัวดูดซับในระบบ-คลอไรด์ WLFO สูง แผ่นบุซ้อนแบบเปียก และการหุ้มวอลเปเปอร์ขนาด 2–3 มม. บนพื้นผิวท่อเหล็กกล้าคาร์บอน เป็นไปตามมาตรฐานการผลิตภาชนะรับความดัน ASME Section VIII อย่างสมบูรณ์ และสามารถเชื่อมแบบวงโคจรได้โดยใช้โลหะตัวเติม ERNiCrMo-4 ที่เข้ากัน
โลหะผสม 625 - การกัดกร่อน-ผู้เชี่ยวชาญด้านการกัดกร่อน
ล้อแม็ก 625 (N06625)ผสมผสานโครเมียมสูง (20–23%) โมลิบดีนัม (8–10%) และการเติมไนโอเบียมที่ให้ความทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษ-การกัดกร่อน - การโจมตีรวมกันของอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่ทำลายหัวฉีดสเปรย์และภายในปั๊ม ค่า PREN ประมาณ 51 และความต้านทานแรงดึงสูง (827–1034 MPa) ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับส่วนหัวสเปรย์ FGD เครื่องกำจัดหมอก และใบพัดปั๊มหมุนเวียนที่มีความเร็วของสารละลายเกิน 4 m/s
317LMN - ต้นทุน-จุดกลางที่มีประสิทธิภาพ
เกรด 317LMN (S31726) - เวอร์ชันปรับปรุงของ 317L ที่มีโมลิบดีนัมที่ 4–5% และการเติมไนโตรเจนแบบควบคุม - ได้รับ PREN ประมาณ 40 โดยมีต้นทุนที่ต่ำกว่าโลหะผสมนิกเกิลอย่างมาก มีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับเปลือกตัวดูดซับ FGD ในการใช้งานระดับปานกลาง-ซึ่งมีความเข้มข้นของคลอไรด์ต่ำกว่า 30,000 ppm และ pH ยังคงอยู่มากกว่า 4 ซึ่งแสดงถึงตัวเลือกสเตนเลสออสเทนนิติกเต็มรูปแบบ-ที่มีประสิทธิผลคุ้มค่าที่สุดสำหรับโครงสร้าง FGD ใหม่ที่ C-276 ไม่สามารถพิสูจน์ได้ในเชิงเศรษฐกิจ
การหุ้มและซับใน: การผสมผสานความแข็งแกร่งเข้ากับความต้านทานการกัดกร่อน
สำหรับภาชนะและท่อดูดซับ FGD ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่- การใช้เพลต C-276 ที่เป็นของแข็งถือเป็นเรื่องต้องห้าม- วิธีแก้ปัญหาทางอุตสาหกรรมคือการก่อสร้างแบบคอมโพสิต: เหล็กกล้าคาร์บอนหรือเปลือกเหล็กโลหะผสมต่ำให้ความแข็งแรงของโครงสร้าง ในขณะที่ซับในโลหะผสมบาง ๆ ให้การป้องกันการกัดกร่อน:
การหุ้มวอลเปเปอร์ (การซ้อนทับแบบเชื่อม):2–3 มม. C-276 ใช้โดยการหุ้มแถบหรือการเชื่อมอัตโนมัติกับการตกแต่งภายในของเหล็กกล้าคาร์บอน ต้นทุน-มีประสิทธิภาพสำหรับการครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่- การซ้อนทับต้องมีเงินฝากขั้นต่ำสอง-เพื่อให้แน่ใจว่าองค์ประกอบที่แก้ไขการเจือจางนั้นตรงตามข้อกำหนด PREN
แผ่นหุ้มด้วยระเบิด-:โรงงาน-ผลิตแผ่นหุ้มเหล็กคาร์บอน C-276/ประดิษฐ์เป็นเปลือกภาชนะ ให้ความหนาของโลหะผสมที่แม่นยำและสม่ำเสมอ (โดยทั่วไปคือ 3–5 มม.) เหมาะสำหรับเรือดูดซับที่ต้องการประทับตรารหัส ASME
ไลเนอร์โลหะผสมหลวม:แผ่นบาง (1.5–2 มม.) C- 276 หรือ 625 แผ่นยึดติดด้วยเครื่องจักรหรือติดด้วยกาวกับท่อเหล็กกล้าคาร์บอน ฟิลด์-สามารถติดตั้งได้; ใช้ในโครงการปรับปรุงที่มีการจำกัดงานร้อน
ข้อมูลเชิงลึกด้านต้นทุน:แผ่นโซลิด C-276 มีราคาประมาณ 8–12× ของราคาเหล็กกล้าคาร์บอนโดยน้ำหนัก การหุ้มวอลเปเปอร์ช่วยลดปริมาณโลหะผสมลงเหลือ 15–25% ของต้นทุนการก่อสร้างที่มั่นคง ในขณะเดียวกันก็ให้การป้องกันการกัดกร่อนที่เทียบเท่ากับพื้นผิวที่เปียก ทำให้เป็นโซลูชันมาตรฐานสำหรับถังดูดซับ FGD ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเกิน 10 ม.
ข้อกำหนดด้านการผลิตและคุณภาพ
การเชื่อมโลหะฟิลเลอร์:C276 ต้องใช้ ERNiCrMo-4 ตัวเติม (AWS A5.14) ล้อแม็ก 625 ใช้ ERNiCrMo-3; 317LMN ใช้ ER317L หรือ 309LMo โดยรวม การจับคู่หรือตัวเติมอัลลอยด์มากเกินไปจะป้องกันการเจือจางของโลหะเชื่อมจากการลด PREN ให้ต่ำกว่าระดับโลหะฐาน
การควบคุมโทนสีความร้อน:รอยเชื่อมโลหะผสมนิกเกิลจะต้องถูกไล่กลับ-ด้วยอาร์กอนบริสุทธิ์ 99.995% เพื่อป้องกันการเกิดออกไซด์บนเม็ดบีด โทนสีความร้อนบนรอยเชื่อม C-276 บ่งบอกถึงการสูญเสียโมลิบดีนัมเฉพาะที่ และต้องกำจัดออกโดยการดองหรือการตกแต่งเชิงกล
การรักษาหลังการเชื่อม:โลหะผสมนิกเกิลไม่ต้องการการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT)- และจะถูกสลายด้วย (การตกตะกอนของเฟสซิกมา). 317โดยทั่วไปแล้ว การเชื่อม LMN ในบริการ FGD มักจะได้รับการอบอ่อน-หากต้องคำนึงถึงภาวะภูมิไวเกิน
การตรวจสอบ:การทดสอบด้วยภาพรังสี (RT) หรืออัลตราโซนิก (UT) 100% ของแรงกดทั้งหมด-ที่มีรอยเชื่อมในภาชนะดูดซับ การทดสอบการแทรกซึมของสีย้อม (PT) ของรอยเชื่อม C-276 ทั้งหมดเพื่อยืนยันความเป็นอิสระจากรอยแตกร้าวและการขาดฟิวชัน
มาตรฐานที่ใช้บังคับ
ASTM B575 / B622 - แผ่น แผ่น แถบ และท่อ C-276 และ C-22
ASTM B443 / B444 - แผ่นและท่อโลหะผสม 625
ASTM A240 - 316L, 317L, 317LMN สแตนเลสทรงแบน-ผลิตภัณฑ์รีด
ASME Section VIII Div. 1 - การผลิตภาชนะรับความดัน (ภาชนะดูดซับ)
NACE MR0103 - วัสดุที่ทนต่อการแตกร้าวจากความเครียดซัลไฟด์ในสภาพแวดล้อมโรงกลั่นที่มีรสเปรี้ยว
ISO 9001 / EN 10204 ประเภท 3.1 - การรับรองวัสดุและการตรวจสอบย้อนกลับสำหรับการก่อสร้าง FGD
บทสรุป
การเลือกวัสดุถือเป็นการตัดสินใจทางวิศวกรรมที่เป็นผลสืบเนื่องมากที่สุดในการออกแบบระบบ FGD การระบุโลหะผสมที่เหมาะสม - ที่จับคู่กับความเข้มข้นของคลอไรด์, pH, อุณหภูมิ และการโหลดทางกลของแต่ละโซนของระบบ - คือความแตกต่างระหว่างอายุการใช้งาน 30 ปีและความล้มเหลวก่อนกำหนดซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูง
ลำดับชั้นมีความชัดเจน: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 >คลอไรด์ 50,000 ppm, pH<4, or wet stack conditions demands maximum corrosion performance.
เนื่องจากกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมเข้มงวดทั่วโลก และสาธารณูปโภคลงทุนในการปรับปรุงโรงไฟฟ้าเก่าด้วยระบบ FGD ความต้องการโลหะผสมประสิทธิภาพสูง-ที่ตรงกัน รหัส-ที่สอดคล้องกับ-จะยังคงเพิ่มขึ้นต่อไป การได้รับข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุที่ถูกต้องในขั้นตอนการออกแบบถือเป็นการลงทุน-ที่คุ้มค่าที่สุดในด้านความน่าเชื่อถือของระบบ FGD
