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镍基焊材之于电厂设备防腐及环保排废 |
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newmaker |
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随着我国电力工业的迅速发展，每个火力发电厂所产生的污染型衍生物（如SO2和NOX）亦日益增多，这些废气不仅污染环境，同时这些污染物又会在一定条件下转换成一些强烈的腐蚀物质对发电厂的有关设备产生了严重的危害。
因此在废气排放方面，国家电力公司根据我国"火电厂大气污染物排放标准"（GB13223-1996），规定到2005年底各厂的单位发电量烟尘排放率不能大于2.4g/kwh，比2000年下降17%。单位发电量所生产的SO2不能大于5.8g/kwh，比2000年下降25%。面对这些害人又害己的污染物质，以及国家的有关禁令，电厂方面可以有哪些对策呢？
（一）烟气脱硫系统（Flue Gas Desulfurizer-简称为 FGD系统）：
通常我们可以在这些废气排放到大气之前用喷淋的方法来吸收烟气中硫的氧化物，这就是我们通常所说的FGD系统。
1、 FGD系统由以下单元组成：
--喷淋水供应单元（这里用的喷淋水通常是石灰水--CaCO3）
--冲洗单元
--冲洗/吸收单元（Scrubber/Absorber）这是整个系统中最关键的一个单元。
--烟道
--废弃物（CaCO4）回收单元
--以及连接以上各个单元的管道、排风通道、感应式风扇和消雾器等。
2、 脱硫的过程：
所谓脱硫，就是在冲洗单元和冲洗/吸收单元中将石灰水从成排的喷嘴中喷出，并和烟气中的SO2产生化学反应。要完整地分析反应的全过程会比较复杂；简单的说,SO2在一定条件下生成SO3,并和CaCO3作用产生CaSO4。整个反应是在冲洗/吸收装置中完成的。最后生成的废弃物CaSO4就是石膏，呈固态，化学性质十分稳定，通常我们可以"变废为宝"将它们制成预制板用于房屋的建造。
3、如何解决脱硫过程中所产生的腐蚀作用：
在开始脱硫冲洗后，FGD的各个单元从锅炉，冲洗塔到烟道，到处都是呈雾状的液滴，特别是在烟道内部直到烟囱顶部，这些区域内的雾点较高，随时会产生一些能够对设备表面产生严重腐蚀的凝结物。为了防止这些移动着的凝结物所产生的腐蚀，我们通常用防腐蚀的镍合金材料（例如采用本公司所生产的INCONEL alloy C-276或其他同类材料），如同"贴墙纸"一样铺设在整个烟道内。图2显示在加拿大安大略水电站其中一个FGD系统中冲洗/吸收装置的内景。我们可以看到在制作完成的钢制圆塔和管道内壁用C-276的合金薄板如同贴墙纸一样做成的内衬，在合金板的拼接处用同类镍合金焊材焊接，并用螺柱焊将内衬固定在背面的钢结构上。
4、镍基焊材在防止设备腐蚀上所发挥的作用：
由于在整个FGD系统的众多金属表面都会附有上述腐蚀性的沉积物，因此产生小孔及形成缝隙的机会就很大，同时煤燃烧时所产生的天然杂质也产生了一系列腐蚀性化合物，比如造成小孔及缝隙腐蚀的氯化物和酸性化合物。同时，系统环境中的干/湿界面以及锅炉 "蒸发器效应"也使这些酸性化合物的浓度升高，使得系统中许多地方形成了极度腐蚀的情形。因此，要求所使用的焊材和基材(base metal)之间存在一种"超级亲和关系"。因为焊接区域就相当于一个小型铸件，他们的微观结构是一种分枝状晶体，他们的化学微观偏析和分枝状晶体结构成比例。由于上述微观偏析以及区域性的小孔和缝隙腐蚀，促使我们在为FGD系统选择焊材时一定需要选用强抗腐蚀元素，如镍、铬、钼、钨等制成的焊材。另外当用合金和钢基复合板制造容器时，使用这种超级亲和作用的焊材就更加重要，这是因为复合板材中的钢基材料可以稀释焊层中抗腐蚀作用强的元素。由于以上原因我们经常用INCO-WELD686 CPT来代替INCO-WELDC-276来焊接带C-276 堆焊层的钢板。由于在制作这类FGD系统时针对容器内壁的复杂形状要求采用全位置焊接，并要求焊接后稀释的情形很小；为同时满足上述二个条件，我们经常使用带脉冲的全自动钨极氩弧焊（Pulse - Tig），同时采用氩气和氦气的混合气体进行保护。（当将氦气混入纯净的氩气中时，不仅改善了熔池的浸润性，同时也提高了熔敷效率。）
5、采用合适的镍基焊材有利于提高电厂的生产率：
当我们选择合适的镍基焊材以及采用合理的焊接工艺来制作上述内衬垫结构时，熔池内的关键防腐蚀元素（镍、铬、钼）基本上不被"稀释"，（即这些元素仍然存留在熔池中而不被析出），因而所形成的堆焊层仍保持着极强抗腐蚀的能力，这样，整个FGD系统可以不断正常工作，或只需要极短的维修周期即极大的提高了电厂的生产效率。
（二）镍基焊材在低NOx锅炉中的防腐作用：
1、H2S的产生：
为了抑制低氮氧化物（NOx）,不少电厂都会采用一种低氮氧化物锅炉，并利用其特殊设计使煤的燃烧不充分，并使锅炉所产生的热量降低，这样就抑制了低氮氧化物的产生。但是这样做的一个副作用会由于煤的不完全燃烧而产生H2S。 < H2S会对锅炉内壁，特别是水冷壁产生严重的腐蚀，其腐蚀强度可以达到每年1.5mm-2.3mm，为此电厂需要经常停机，对锅炉进行维修。6年来，本公司使用ERNiCrMo-10s 材料（即本公司的INCONEL622 填充金属），在减低上述腐蚀情况方面发挥了超卓的作用。传统上这些镍基焊材是使用钨极氩弧焊（Tig），以低熔敷率堆焊在锅炉的水冷壁上。
2、典型的焊接工艺：
由于对水管壁进行堆焊的工作量很大，一般都采用全自动并带有专用程序控制的钨极氩弧焊工艺。为解决镍基焊材在熔融状态下的黏稠性，一般焊枪还会附带一种小幅快速摆动。如采用1.2mm的焊丝平焊，焊接电流约为350A，焊接电压约为28V并采用纯氩气作保护，其熔敷率可以达到每小时7-8公斤，同时镍合金焊材的稀释率也十分低，可以达到5%-8%（即熔池中流失的抗腐蚀元素只有5%-8%）
3、提高生产率
目前考察电厂效率的一个重要指标是：outages--维修周期。而当我们采用用镍基焊材来防止设备内壁被腐蚀的一个直接结果就是使outages缩短，生产率提高。
4、其他镍基焊材：
除INCONEL622填充金属以外，还包括INCONEL625填充金属（或INCONEL112焊条）INCO-WeldC-276填充金属以及迄今为止，适用于最强烈腐蚀环境的焊材：INCO-Weld686CPT
从现在起到2005年底，国家电力公司要求全国在建和投产的FGD系统装机容量达到1800万千瓦（包括循环流化床锅炉400万千瓦）。(end)
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(5/5/2005) |
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