SNCR炉内脱硝对锅炉管系腐蚀机理及其防护措施

 

在SNCR烟气脱硝工艺中，通常采用氨水或尿素溶液作为脱硝剂，直接喷入高温烟气中与烟气中的NOx反应生成N2而达到脱硝的目的。尿素并不会对锅炉炉管产生腐蚀作用，但尿素溶液的水解物和热分解物却对炉管有很强的腐蚀作用。

一、腐蚀机理

尿素的水解反应：

CO(NH₂)₂→NH₄CNO→NH₃+HCNO

HCNO→H⁺+CNO^-

HCNO是一种弱酸，CNO-是一种在酸性条件下具有很强配位能力的络合剂，能与铁离子形成配合物而加速保护膜的破坏。

尿素的热分解反应:

CO(NH₂)₂ + H₂O→CO₂ + 2NH₃

热力锅炉炉管通常采用20G碳素钢，高温作用下会在其表面生成FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄等保护性氧化物膜。正常情况下，喷入炉膛烟气中的尿素溶液受热分解为氨气和二氧化碳，不会对炉管造成严重的腐蚀，如果尿素喷入管设计不当，就会有尿素溶液直接淋在炉管表面。在温度作用下，尿素生成的酸性HCNO与炉管表面的氧化物直接发生化学反应，CNO-的强配位能力又加速了化学腐蚀的过程。同时，尿素受热分解出的NH3具有多重腐蚀效果。一方面，NH3是一种较强的配位体，可以与20G碳素钢中的铬产生络合反应加速腐蚀；另一方面，NH3会破坏保护膜与基体金属之间的双电荷平衡结构，降低了电极电位，更容易发生腐蚀。

氨的配位反应：

Cr³⁺+6NH₃→Cr(NH₃)₆³⁺

配位反应发生以后，导致晶相组织间铬元素含量的不一致，从而进一步引发贫铬晶间腐蚀。

有氧参与的电化学腐蚀过程：

阳极，金属溶解变成金属离子进入溶液中；

Fe→Fe²⁺+2e

阴极，电子被溶液中的H+和O2结合；

2H⁺+2e→H₂

O₂+2H₂O+4e→4OH^－（中性或碱性体系）

O₂+4H⁺+4e→2H₂O（酸性体系）

炉管表面分解生成的NH3与烟气中的SO2、SO3反应生成亚硫酸铵、硫酸铵及烟气中的灰尘形成污垢覆盖在炉管表面，破坏了炉管与烟气之间的介质平衡状态，造成垢下腐蚀。

低温酸性条件下CO2对炉管也会造成腐蚀作用。炉管表面的水溶液吸收烟气中的CO2形成碳酸可直接腐蚀炉管。

Fe+2CO₂+H₂O→Fe(HCO₃)₂+H₂

Fe(HCO₃)₂→FeCO₃+CO₂+H₂O

Fe+H₂CO₃→FeCO₃+H₂

除了上述几种腐蚀机理以外，在炉管表面还会存在水汽腐蚀、湿H₂S腐蚀、氯离子等多种电化学腐蚀作用。

二、防护措施

为了解决SNCR烟气脱硝工艺中尿素溶液对炉管的腐蚀，一是可以合理设置喷枪的位置掌握调整喷射角度、喷射距离，条件允许的话可多设置喷枪点位根据不同运行负荷进行精细化调整减少药剂的投入量，二是加设挡流板，三是炉管表面喷涂高效的防腐涂层。

合理的喷枪点位布置

防腐涂料

可以根据实际的工况选用高温陶瓷防腐涂料，如1041烟气防腐涂料、1021高温封闭涂料、722导热防腐涂料、1061红外辐射节能防腐涂料等。

三、结论

SNCR脱硝向炉内喷药剂与烟气混合进行还原反应，尿素或者氨其自身及其分解产物对锅炉的腐蚀问题是不容忽视的，也就是说选择了SNCR这种工艺就不可避免的出现锅炉金属腐蚀的问题，除了腐蚀还有许多其他的问题比如硫酸氢氨结垢、氨逃逸大、反应温度窗口窄等，那么有的人就会讲了，既然SNCR问题那么多，为什么还要选择这种工艺进行烟气脱硝呢？SNCR具有占地面积小、投资低、运行费用低、易操作的优势。