연도 가스 탈황 분야의 Hastelloy C276: 스테인리스강보다 성능이 뛰어난 이유

연도가스 탈황(FGD)이란 무엇입니까?

연도가스 탈황(FGD)은 석탄-화력발전소 및 중유 발전소의 연도가스 배출에서 이산화황(SO2)을 제거하는 주요 기술입니다. 석탄에는 중량 기준으로 0.5-5%의 황이 포함되어 있습니다. 연소되면 황산은 SO2로 산화되어 산성비, 호흡기 질환 및 미세 입자 형성을 유발합니다. FGD 시스템은 배가스가 대기로 방출되기 전에 이 SO2의 90-99%를 포집합니다.

가장 일반적인 FGD 구성은 습식 세정기(습식 연도 가스 탈황, WFGD)입니다. 습식 세정기에서는 배가스가 석회석 슬러리(주로 탄산칼슘, CaCO3) 또는 대형 흡수탑의 해수와 접촉하게 됩니다. SO2는 슬러리와 반응하여 석고(황산칼슘 이수화물, CaSO4-2H2O) 또는 기타 부산물을 형성합니다. 그런 다음 정화된 가스는 재가열되어 스택을 통해 방출됩니다.

습식 FGD 스크러버 작동 방식

단계 1 - 연도가스 유입

뜨거운 연소 가스(120-180C)가 공기 예열기에서 흡수탑으로 들어갑니다. 전기 집진기(ESP) 또는 백 필터는 비산재 입자를 먼저 제거합니다.

단계 2 - 가스 냉각 및 담금질

가스는 슬러리 스프레이를 재순환시켜 50-80C로 냉각됩니다. 이 온도에서는 물에 대한 SO2 용해도가 극적으로 증가합니다.

단계 3 - SO2 흡수

The gas contacts counter-current limestone slurry (pH 5.0-6.0) in the absorber packing. SO2 + H2O -> H2SO3 (sulfurous acid); then H2SO3 + CaCO3 ->CaSO3 + CO2 + H2O. 이 반응으로 아황산칼슘(CaSO3)이 생성됩니다.

단계 4 - 산화 및 석고 형성

Compressed air is injected into the slurry tank (oxidation air duct). CaSO3 + 1/2 O2 + 2H2O ->CaSO4-2H2O(석고). 석고 슬러리는 탈수되어 상업용 등급의 ​​석고(건식벽체 및 시멘트에 사용됨)를 생산합니다.

5 - 단계 정화된 가스 배출 및 스택 해제

세정된 가스는 미스트 제거기(데미스터)를 통과하여 액적을 제거한 후 가스 재가열기(GHR)에 의해 80~100C로 재가열되어 스택을 통해 배출됩니다.

FGD 환경이 부식성이 높은 이유

습식 세정기 내부의 FGD 슬러리는 현대 산업에서 가장 공격적인 다인자 부식 환경 중 하나입니다.{0}} 단일 FGD 흡수탑은 다음과 같은 부식 메커니즘을 동시에 경험할 수 있습니다.

표 1: FGD 부식 환경 - 10가지 동시 부식 요인 및 316L과 C276에 미치는 영향

Hastelloy C276 - 화학과 이것이 FGD를 지배하는 이유

하스텔로이 C276(UNS N10276)Haynes International(이전의 Cabot Corporation)에서 개발한 니켈-몰리브덴-크롬 합금입니다. 이는 1960년대에 스테인리스강이 살아남을 수 없는 응용 분야를 위해 특별히 도입되었습니다. C276의 "C"는 높은 몰리브덴(15-17%) 및 크롬(14.5-16.5%) 함량을 특징으로 하는 Hastelloy 합금의 "C- 계열"을 나타내며 산화 및 환원 부식 환경에 대한 탁월한 저항성을 제공합니다.

표 2: Hastelloy C276(UNS N10276) - ASTM B575에 따른 전체 화학 및 FGD 부식 저항에서의 역할

PREN 공식과 C276이 지배적인 이유

피팅 저항 등가수(PREN)는 스테인리스강과 니켈 합금의 피팅 및 틈새 부식 저항성을 비교하기 위한 표준 산업 척도입니다. 이 공식은 크롬(산화 저항성), 몰리브덴(공식 저항성), 질소(공식 저항성 및 안정성)의 기여도를 설명합니다.

PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N

표 3: FGD 서비스에서 PREN 비교 - Hastelloy C276 대 스테인리스강 및 니켈 합금

FGD 시스템 구성요소 및 재료 선택

습식 FGD 시스템은 각각 부식 환경과 재료 요구 사항이 다른 여러 구성 요소로 구성됩니다. 재료 선택은 스크러버 내의 특정 구역에 맞게 조정되어야 합니다.

표 4: FGD 시스템 구성요소 - 부식 환경 및 재료 선택 매트릭스

Hastelloy C276 기계적 및 물리적 특성

표 5: ASTM B575 및 ASME BPVC 섹션 II에 따른 Hastelloy C276 기계적 및 물리적 특성

FGD 시스템에서 Hastelloy C276의 제작 및 용접

FGD 응용 분야에서 Hastelloy C276을 용접하려면 절차에 세심한 주의가 필요합니다. 높은 몰리브덴 함량(15-17%)으로 인해 C276은 용접 매개변수가 적절하게 제어되지 않으면 열간 균열이 발생하기 쉽습니다. 그러나 올바른 용가재, 보호 가스 및 열 입력 범위를 갖춘 C276 용접은 우수한 내식성과 기계적 특성을 달성합니다.

표 6: FGD 시스템 제작을 위한 Hastelloy C276 용접 절차

탄소강 - FGD 흡수체 내부의 C276 용접 오버레이

Hastelloy C276의 가장 일반적인 FGD 응용 분야는 탄소강 흡수 용기 내부의 용접 오버레이입니다. 제조업체는 견고한 C276 시트(엄청나게 비싼)로 흡수체 전체를 제작하는 대신 흡수체 쉘, 흡입구/배출구 덕트 및 산화 공기 배관의 내부 표면에 6~10mm C276 용접 오버레이를 적용합니다. 탄소강 쉘은 구조적 강도를 제공합니다. C276 오버레이는 내식성을 제공합니다.

표 7: FGD 흡수 용기 내부 - 공정, 두께 및 적용을 위한 Hastelloy C276 오버레이 방법

FGD 시스템의 C276에 대한 품질 보증 및 검사

표 10: Hastelloy C276 FGD 구성 요소에 대한 품질 보증 및 검사 요구 사항

자주 묻는 질문(FAQ)

Q: Hastelloy C276이 316L 스테인레스 스틸보다 FGD 부식에 더 잘 견디는 이유는 무엇입니까?

A: 주된 이유는 다음과 같습니다. (1) 더 높은 몰리브덴 함량: C276은 15-17% Mo를 갖는 반면 316L은 2-3%를 갖습니다. 몰리브덴은 염화물-함유 환경에서 공식 및 틈새 부식에 저항하는 데 가장 효과적인 원소입니다. - 공식은 공식 전위를 높이고 틈새 부식 시작을 억제합니다. (2) 더 높은 니켈 함량: C276에는 Ni가 57%, 316L에는 10{22}}14%가 있습니다. 고니켈은 50C 이상의 온도에서 50ppm Cl-를 초과하는 FGD 환경에서 316L의 주요 고장 모드인 CSCC(염화물 유발 응력 부식 균열)를 억제합니다. (3) 초저탄소(C < 0.010%): 입계 부식을 일으키는 용접 HAZ의 민감화를 방지합니다.{24}}L(C < 0.030%)은 HAZ 민감화에 더 취약합니다. (4) PREN 69-73 대 24-30: 계산된 PREN은 C276이 염화물 환경에서 316L의 공식 저항이 약 2.5배임을 확인합니다.

Q: Hastelloy C276이 FGD에서 처리할 수 있는 최대 염화물 농도는 얼마입니까?

A: C276은 작동 온도 95C에서 슬러리 염화물 농도가 최대 100,000ppm(중량 기준 10% Cl-)인 FGD 스크러버에 성공적으로 사용되었습니다. 이는 316L에서 CSCC를 유발하는 염화물 농도(50C+에서 50-100ppm Cl- 이상)보다 1,000배 더 높습니다. FGD에서 C276의 실제 한계는 염화물 농도가 아니라 염화물 + 낮은 pH + 온도의 결합 효과입니다. pH 0-2(산성 세척 조건)에서 C276의 부식 속도는 증가하지만 여전히 316L보다 10배 이상 성능이 뛰어납니다. 참고로 일반적인 FGD 작동 슬러리 Cl-는 10,000~80,000ppm으로 C276 성능 범위 내에 있습니다.

Q: FGD에서 C276 대신 Hastelloy C22를 사용할 수 있습니까?

답: 그렇습니다. Hastelloy C22(UNS N06022, Cr 20-22.5%, Mo 12.5-14.5%, W 2.5-3.5%)는 대략 65-71의 PREN을 가지며 이는 C276(PREN 69-73)과 비슷합니다. C22는 산화성 산(예: 질산, HNO3)에 대한 저항성이 약간 더 뛰어나고 C276보다 산성 염화물 환경에 대한 저항성이 약간 더 높습니다. 특히 FGD 스크러버의 경우 C22와 C276이 모두 탁월한 선택입니다. FGD 시스템이 상당한 양의 산화성 산도 처리하는 경우(예: 염소 함량이 높은 폐기물 소각 시) C22가 선호됩니다. 응용 분야가 SO2 함량이 높고 산성 조건(H2SO4가 지배적)을 감소시키는 주로 석탄 화력 발전인 경우 C276이 선호됩니다. C22는 C276보다 약 10-20% 더 비싸므로 특정 엔지니어링 요구 사항이 C22를 지시하지 않는 한 일반적으로 C276이 선호됩니다.

Q: 316L 스테인리스강이 18~36개월 내에 FGD 흡수재에서 작동하지 않는 이유는 무엇입니까?

A: 316L은 주로 세 가지 동시 부식 메커니즘의 결합 효과로 인해 FGD 흡수제에서 실패합니다. (1) 피팅: 316L에는 PREN 24-30이 있는데, 이는 50C 이상의 온도에서 500ppm 이상의 염화물 농도에 부적합합니다. 피팅은 MnS 함유물 또는 표면 불연속성에서 시작되며 FGD 슬러리 환경에서 빠르게 전파됩니다. (2) 염화물 응력 부식 균열(CSCC): 316L에는 10-14% Ni가 포함되어 있는데, 이는 50C 이상의 온도에서 50ppm Cl- 이상의 CSCC를 억제하기에는 충분하지 않습니다. FGD 슬러리(10,000~80,000ppm Cl-, 50~95C)에서 316L은 18~36개월 이내에 용접 HAZ에서 입상 CSCC를 경험합니다. (3) 퇴적층 부식: 석고 입자가 수평 표면에 침전되어 아래에 틈새 조건을 만듭니다. 퇴적물 아래 산소가 고갈된 구역은 양극화되어 국부적인 공격을 가속화합니다. 세 가지 메커니즘 모두 FGD 흡수체에서 동시에 작동하여 316L의 급격한 고장을 유발합니다.

Q: FGD 흡수재의 C276 용접 오버레이에 대한 올바른 용접 절차는 무엇입니까?

A: FGD 흡수재의 C276 오버레이에 대한 올바른 용접 절차: (1) 프로세스: 최고 품질의 오버레이를 위한 GTAW(TIG); 비용이 중요한 대규모 평지 지역을 위한 GMAW(MIG). (2) 충전재: ERNiCrMo-4(AWS A5.14/A5.14M:2020). 필러 로트 화학 인증서가 ERNiCrMo-4 구성(Ni 60%, Mo 17%, Cr 7%, W 4.5%, Fe 5%, C)과 일치하는지 확인하십시오.<0.02%). (3) Shielding gas: 100% Argon, 10-15 L/min, with back purge on the inside of the vessel for weld overlay on internal surfaces. (4) Preheat: None required (ambient temperature, 10-40C). (5) Interpass temperature: Maximum 150C; preferred <93C for sections over 20mm thick. (6) Heat input: 0.8-1.5 kJ/mm. Use stringer beads (not weave) to minimise heat input and dilution. (7) Interpass cleaning: Stainless steel wire brush (dedicated to C276 - never use brushes previously used on carbon steel). (8) Post-weld treatment: None required. Do not PWHT C276 in FGD service - PWHT may reduce corrosion resistance if not carefully controlled.

Q: FGD 흡수 용기 쉘에는 어느 정도의 C276 두께가 필요합니까?

A: The required C276 thickness depends on the design pressure and structural requirements of the absorber vessel. For most wet FGD absorber towers (design pressure 0.5-3 bar), the structural shell is carbon steel (typically 12-30mm depending on vessel size), with a C276 weld overlay (6-10mm) on the internal surface. For C276 sheet fabrication (not overlay): minimum 3mm for absorber internals (baffles, support plates); 4-6mm for absorber shell panels where C276 is the structural material; 6-12mm for oxidation air duct. Verify all thickness calculations against ASME Section VIII Div.1 or EN 13445 design codes. Always add a corrosion allowance of minimum 3mm for FGD slurry service on the construction drawing. For thick sections (>20mm), 용접 HAZ의 균일한 내식성을 보장하기 위해 용접 후 용액 처리를 지정합니다.

Q: FGD 슬러리 pH는 Hastelloy C276 부식 속도에 어떤 영향을 줍니까?

A: FGD 슬러리의 C276 부식 속도는 정상 작동 pH 범위(4.5-6.0)에서 상대적으로 안정적입니다. pH 5.5-6.0(흡수체 상부 영역)에서 C276 부식 속도는<0.01 mm/year - essentially negligible. At pH 4.0-5.0 (absorber mid zone, oxidation air injection zone), C276 corrosion rate is 0.01-0.05 mm/year - still negligible for design life calculations. At pH 2.0-4.0 (absorber lower zone, slurry tank), C276 corrosion rate increases to 0.05-0.15 mm/year - still acceptable for design life. At pH 0-2 (acid cleaning, quarterly or annual cleaning cycles using citric acid or formic acid), C276 corrosion rate rises to 0.2-0.5 mm/year but remains acceptable for the short cleaning duration (4-8 hours). For comparison: 316L at pH 4.0-5.0 in FGD slurry has a corrosion rate of 0.5-2.0 mm/year - 10-40x higher than C276. The key advantage of C276 is that it maintains low corrosion rates across the full pH range encountered in FGD, while 316L fails rapidly at pH below 5.0.

Q: FGD용 Hastelloy C276과 Inconel 625의 차이점은 무엇입니까?

A: C276과 Inconel 625는 모두 FGD에 적합한 니켈{2}} 기반 합금이지만 서로 다른 최적화 목표를 가지고 있습니다. (1) 화학: C276(UNS N10276)은 Ni 57%, Cr 14.5-16.5%, Mo 15-17%, W 3-4.5%를 포함합니다. 인코넬 625(UNS N06625)에는 Ni 58%+, Cr 20{41}}23%, Mo 8-10%, Nb 3.15-4.15%가 있습니다. C276은 Mo를 7-9% 더 많이 함유하고 W(텅스텐)을 첨가합니다. 두 가지 모두 염화물 환경에서 공식 및 틈새 부식 저항성을 크게 향상시킵니다. (2) 프렌: C276=69-73; 인코넬 625=45-52. C276은 PREN이 40-50% 더 높습니다. (3) FGD 성능: C276은 모든 FGD 흡수 구역, 특히 고염화물 하부 흡수 장치 및 산화 공기 덕트에 선호되는 재료입니다. 인코넬 625는 상부 흡수 구역(낮은 Cl-, pH 5-6)에는 허용되지만 염화물 농도가 가장 높은 하부 흡수 구역 및 산화 공기 덕트에는 한계가 있습니다. (4) 비용: C276의 비용은 Inconel 625의 약 1.5-2.0배입니다. C276이 훨씬 더 나은 장기적 부식 방지 기능을 제공하는 흡수 용기 및 산화 공기 덕트에 대한 추가 비용은 정당화됩니다. 염화물 함량이 낮은 상부 흡수 구역의 경우 Inconel 625가 허용되는 비용 최적화입니다.