排煙冷卻塔腐蝕的主要原因

1、硫酸根離子腐蝕
進入冷卻塔煙氣中的SO₂,SO₃與水蒸汽混合,分解成亞硫酸根離子、硫酸根離子和氫離子(SO^2-₃,SO^2-₄,H⁺),與混凝土中堿性物質氫氧化鈣發生反應生成亞硫酸鈣。亞硫酸鈣繼續被空氣氧化生成硫酸鈣,當SO^2-₄的質量濃度大于5000mg/L時以石膏結晶形式析出,體積膨脹1.2倍,引起混凝土開裂。當SO^2-₄的質量濃度低于1500mg/L時,硫酸鈣與水泥熟料礦物CA水化生成的水化鋁酸鈣C4AH19作用,生成鈣礬石結晶析出。鈣礬石由于引入了大量結晶水,體積迅速增大約2.5倍,從而在混凝土結構內部產生巨大結晶壓,使混凝土膨脹而開裂。
2、碳化作用
一般情況下,由于混凝土為堿性物質,其液相pH值為12.5~13.5,鋼筋在這種環境中能形成厚約40Lm的致密的共格構薄膜(鈍化膜),它不僅可以隔絕氧接觸鋼筋,而且可阻止鋼筋內部形成腐蝕電流,對鋼筋起到保護作用。煙氣中的CO₂與混凝土中的Ca(OH)₂發生反應,生成碳酸鈣,當大量的碳酸鈣形成時,混凝土內部堿性環境受到破壞,達到一定程度(如pH值在9以下時),鋼筋表面鈍化膜消失,此時,鋼筋的銹蝕就不可避免了。混凝土碳化受多種因素影響,混凝土的質量與密實度、鋼筋保護層厚度、環境條件(如溫、濕度)、CO₂質量濃度等。
3、氯離子腐蝕
氯離子是鋼筋最強烈的活化劑之一,進入冷卻塔的煙氣中存在氯化物(HCl),當氯離子滲透到鋼筋表面并達到一定質量濃度時會使得局部保護膜破壞,成了活化態。在氧和水充足的條件下(冷卻塔內部恰恰具備這種條件),活化的鋼筋表面形成一個小陽極,未活化的鋼筋表面成為陰極,結果陽極金屬溶解形成腐蝕坑,這種腐蝕成為點腐蝕(鐵銹)。鐵銹若繼續失水就形成水化氧化物紅銹,一部分氯化不完全的變成黑銹,由于鐵銹呈多孔狀會有較大的體積膨脹,因此,很容易在混凝土中出現順筋裂縫,引起結構物的耐久性破壞。同時,氯鹽還可以和混凝土中的Ca離子反應生成易溶的CaCl₂并帶有大量結晶水,形成比反應物體積大幾倍的固相化合物,造成混凝土的膨脹破壞。冷卻塔處于干濕交替狀態或常年濕度大于80%,當氯化物含量與混凝土的質量比達到0.2%以上時,可能會出現腐蝕。
4、凍融循環作用
凍融循環使混凝土中的水結冰膨脹而產生張力,如果混凝土結構不能承受凍融循環作用,將導致結構開裂。凍融作用多半會在冷卻塔的下緣發生混凝土損壞,使混凝土剝落,壁厚減薄。
5、紫外線作用
由于排煙冷卻塔煙氣的引入,在紫外線的輻射作用下,水蒸汽與煙氣混合物在冷卻塔喉部以上區域形成原子團,對冷卻塔喉部以上的筒壁內表面會產生較大化學應力,將加劇塔體結構的腐蝕。
6、微生物腐蝕
微生物對混凝土和鋼筋造成腐蝕破壞,有時是相當嚴重的。某些微生物的腐蝕,本質上是/酸化0作用。典型的是硫酸鹽菌,在它的生命過程中,能將環境中的硫元素(S)轉化成硫酸,可使混凝土中性化和酸化,進而引起硫酸鹽膨脹腐蝕和鋼筋銹蝕(類似SO2和SO2-4的作用)。
冷卻塔內的潮濕環境利于微生物生長,尤其是采用中水作為循環水的冷卻塔更易滋生各種微生物。中水中有多種硫氧化細菌存在,按其適宜生長的環境可分為嗜中性硫氧化細菌(NOSM)和嗜酸性硫氧化細菌(AOSM)2大類。嗜中菌能夠在較高pH值環境下生長,使混凝土表面pH值降至4~5,此時,嗜酸菌以嗜中菌的代謝產物作為營養物質,大量繁殖產酸,進一步降低pH值使混凝土遭受嚴重腐蝕;嗜中性硫氧化細菌只在混凝土表面大量生長繁殖,而嗜酸性硫氧化細菌則能與代謝生成的生物硫酸一起滲入混凝土,并進一步代謝產酸使混凝土內部遭受腐蝕。生物酸對混凝土的腐蝕作用遠大于化學純酸,生物膜內微生物的高度繁殖代謝及向混凝土內部穴居,使混凝土內部直接遭受腐蝕。
排煙冷卻塔中多種腐蝕因子的存在,將會加劇結構的腐蝕破壞,排煙冷卻塔的腐蝕環境雖然嚴重,但可以通過采取有效的防腐措施來防止其在設計壽命內的結構腐蝕破壞的發生。優良的防腐體系不僅可保證冷卻塔的安全運行,而且可減少后期的停機維修時間、降低維修費用,從而大大提高經濟效益。