熱源廠脫硫系統(tǒng)腐蝕分析及對策

李明(天津臨港公用事業(yè)集團(tuán)有限公司,天津 300452)

熱源廠脫硫系統(tǒng)腐蝕分析及對策

李明(天津臨港公用事業(yè)集團(tuán)有限公司,天津 300452)

能源供應(yīng)一直是現(xiàn)代化國家的發(fā)展命脈，在人們享受現(xiàn)代化帶來的福利的同時(shí)，大量的能源消耗也帶來巨大的污染物排放問題，硫化物作為主要污染物之一，給人類、土壤、水也帶來不小的傷害。脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用可以顯著減少硫化氣體的排放，具有顯著的社會效益和環(huán)境效益。本文結(jié)合熱源企業(yè)脫硫系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用情況，針對脫硫系統(tǒng)最嚴(yán)重的腐蝕問題，研究了其產(chǎn)生的原因和防治措施，希望對脫硫系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)人員的日常工作有所幫助。

脫硫系統(tǒng);腐蝕;分析;對策

0 引言

伴隨著我國工業(yè)化和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源供應(yīng)成為支撐區(qū)域發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，是基礎(chǔ)配套的重要組成部分，熱源廠、熱電廠是區(qū)域能源供應(yīng)主要形式。這些能源供應(yīng)項(xiàng)目的主要消耗燃料是煤炭。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2014年中國能源消費(fèi)總量達(dá)到42.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。而在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭所占比例約為70%。2001年至2014年我國能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見下表(來源于國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù))。

表1 2001年至2014年我國能源消耗總量及構(gòu)成

由表1可以看出，煤炭在我國能源消費(fèi)中所占表中始終處于主導(dǎo)地位，所占比重始終處于60%以上。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大氣環(huán)境污染問題也隨之而來。為了響應(yīng)群眾呼聲，保證人民身體健康，國家對環(huán)境污染治理力度越來越大?！痘痣姀S大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223-2011)規(guī)定了用高品質(zhì)煤的過度期實(shí)施辦法和污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，國家大氣污染防治法也經(jīng)過多次修訂，最新修訂的大氣污染防治法2015年8月經(jīng)人大常委會審議通過，也于2016年1月1日起正式實(shí)施。各地政府也加大了污染防控和收費(fèi)處罰措施，2014年7月1日，天津市《市發(fā)展改革委市財(cái)政局市環(huán)保局關(guān)于調(diào)整二氧化硫等4種污染物排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)的通知》規(guī)定，大幅度提高了二氧化硫、氮氧化物等污染物排放繳費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)?！短旖虼髿馕廴痉乐螚l例》規(guī)定，排放大氣污染物超過標(biāo)準(zhǔn)的，將被處以按日連續(xù)處罰。大氣污染物排放相關(guān)法律規(guī)范的相繼出臺，加大了大氣污染物防治力度，是關(guān)系廣大人民群眾福祉的重大舉措，是大勢所趨，同時(shí)也為燃煤企業(yè)污染物排放治理帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

中國作為煤炭生產(chǎn)大國和消費(fèi)大國，各地所產(chǎn)煤炭質(zhì)量和成分不一。硫作為煤炭中所含的有害元素，是燃煤企業(yè)煙氣排放的主要成分之一。煙氣中所含的二氧化硫作為大氣污染物主要成分，對環(huán)境的危害非常大。二氧化硫溶于水形成亞硫酸，對人的呼吸道有嚴(yán)重的腐蝕作用，過多的硫化物在大氣中還會形成酸雨，對農(nóng)作物會造成傷害、減產(chǎn)，還會污染土壤。

世界各國在工業(yè)化發(fā)展的過程中，也曾經(jīng)面臨比較嚴(yán)重的大氣污染問題，倫敦霧都名稱的由來也與此有關(guān)，各國特別是西方發(fā)達(dá)國家很早就開始研究脫硫技術(shù)。脫硫技術(shù)按照是否加水和相關(guān)產(chǎn)物的干濕狀態(tài)，煙氣脫硫主要分為干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫三種工藝。濕法脫硫工藝操作簡單、效率高，是比較成熟的技術(shù)。其中石灰石-石膏濕法煙氣脫硫因其脫硫效率高、工藝技術(shù)成熟，吸收反應(yīng)劑來源豐富、價(jià)格低廉，副產(chǎn)品可利用等特點(diǎn)，而這被廣泛采用，成為目前燃煤熱電廠煙氣脫硫應(yīng)用最為廣泛的方法。目前，在我國新建的熱電廠煙氣脫硫工藝技術(shù)中，占了近90%。

1 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)

1.1 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫原理及反應(yīng)過程

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝化學(xué)反應(yīng)原理如下：二氧化硫吸收過程：SO2+H2O→H2SO3

酸堿中和過程：CaCO3+H2SO3→CaSO3+CO2+H2O

氧化反應(yīng)過程：CaSO3+1/2O2→CaSO4

結(jié) 晶 過 程：CaSO3+1/2H2O →CaSO31/2H2O CaSO4+2H2O→CaSO42H2O

PH控制：CaSO3+H2SO3→Ca(HSO3)2

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝化學(xué)反應(yīng)過程如下：

煙氣中的SO2由氣相穿過氣液界面，擴(kuò)散、溶解；溶解的SO2的與水化合；在堿性介質(zhì)中的解離；CaCO3固體顆粒的溶解及解離；碳酸鹽的形成。

1.2 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)組成

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)主要由以下部分組成：石灰石制粉系統(tǒng)，漿液制備系統(tǒng)，吸收塔氧化風(fēng)系統(tǒng)，吸收塔系統(tǒng)，漿液循環(huán)系統(tǒng)，事故漿液系統(tǒng)，石膏脫水系統(tǒng)，存儲清運(yùn)系統(tǒng)等。

1.3 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)主要設(shè)備

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)主要設(shè)備包括：引風(fēng)機(jī)、煙氣擋板門、回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器、吸收塔、漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)、除霧器、噴淋管、破碎機(jī)、濕式球磨機(jī)、石灰石旋流器、石膏旋流器、真空皮帶脫水機(jī)、襯膠管道和閥門等。

2 濕法脫硫系統(tǒng)腐蝕常見現(xiàn)象及原因分析

2.1 濕法脫硫系統(tǒng)腐蝕常見區(qū)域

煙氣輸送及熱交換系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括：原煙氣及換熱器進(jìn)口煙道、換熱器原煙氣出口至吸收塔進(jìn)口煙道、吸收塔凈煙氣出口至除霧器、除霧器至換熱器凈煙氣進(jìn)口煙道、換熱器凈煙氣出口煙道至煙囪、原煙氣旁路煙道至煙氣擋板、煙氣增壓風(fēng)機(jī)。

(2)SO2吸收及氧化系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括：吸收塔、氧化空氣注入管、氧化池、塔內(nèi)支撐架。

(3)漿液傳輸及回收系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括：石灰石漿液儲罐、石膏漿液儲罐、廢水儲罐、過濾水儲罐、真空帶式過濾機(jī)、水力分離器、漿液泵，循環(huán)泵、漿液集管、漿液循環(huán)管、漿液噴射頭、事故漿池、漿液排放溝、廢水排放溝等。

2.2 腐蝕常見現(xiàn)象

濕法脫硫系統(tǒng)腐蝕常見的現(xiàn)象主要包括以下四個(gè)方面：工藝管道的腐蝕泄露，設(shè)備、管道連接面接口的腐蝕泄漏，結(jié)構(gòu)件的腐蝕，轉(zhuǎn)動設(shè)備葉片的腐蝕磨損。這四個(gè)腐蝕現(xiàn)象是脫硫系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)中最常遇到的腐蝕問題。某廠漿液循環(huán)泵葉片及泵體腐蝕磨損見下圖：

2.3 原因分析

導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)腐蝕的主要腐蝕源是SO2，還有部分NOX這些酸性氣體，在系統(tǒng)流通、強(qiáng)制氧化、水解、化學(xué)反應(yīng)的過程中，形成的酸性液體和硫酸鹽等化學(xué)物質(zhì)，排煙及脫硫系統(tǒng)的余熱，增加了介質(zhì)溫度，稀硫酸、亞硝酸、水中的氯離子等物質(zhì)處于活化腐蝕溫度狀態(tài)，腐蝕速度快，滲透能力強(qiáng)。在系統(tǒng)沖刷、表面粗糙、保護(hù)層破壞的情況下，酸性物質(zhì)和金屬基產(chǎn)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生腐蝕，進(jìn)而造成應(yīng)力破壞和系統(tǒng)泄漏，從而影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

通過總結(jié)分析，各系統(tǒng)腐蝕主要原因包括：原干燥環(huán)境存在露點(diǎn)，形成亞硫酸還原性腐蝕；防腐蝕性墊層高溫?zé)釕?yīng)力失效導(dǎo)致襯層介質(zhì)滲透、熱應(yīng)力破壞等物理腐蝕失效；物料沖刷、沖擊、磨損、疲勞破壞引起的防腐蝕性墊層失效導(dǎo)致的腐蝕；由于運(yùn)行原因?qū)е屡艧煖囟雀咭鸬姆栏g襯層高溫碳化燒蝕失效而導(dǎo)致的腐蝕；防腐蝕襯層機(jī)械力損傷失效而導(dǎo)致的腐蝕等。

3 防腐蝕對策

目前，作為環(huán)保設(shè)施的脫硫系統(tǒng)是熱源廠、熱電廠生產(chǎn)運(yùn)行裝置的重要組成部分，影響區(qū)域的整體環(huán)境，在國家不斷加強(qiáng)環(huán)保治理力度的大背景下，二氧化硫排放采用聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，在不達(dá)標(biāo)排放嚴(yán)格懲罰的治理政策下，保證脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的壓力之大不言而喻。對于防范脫硫系統(tǒng)腐蝕可以采取以下措施：

(1)采用低硫煤。腐蝕壓力的大小與腐蝕物質(zhì)的濃度有很大關(guān)系，國家對工業(yè)用煤出臺有具體的規(guī)范，有其嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評價(jià)的情況下，在經(jīng)濟(jì)承受能力允許的，盡量采用低硫煤控制腐蝕性物質(zhì)產(chǎn)生的總量。

(2)做好生產(chǎn)裝置的優(yōu)化運(yùn)行。做好裝置優(yōu)化運(yùn)行，使燃料充分燃燒，控制好排煙溫度，降低腐蝕氣體溫度和活性，既有經(jīng)濟(jì)效益也有環(huán)境效益。

(3)做好設(shè)備檢修消缺管理。做好運(yùn)行監(jiān)控、設(shè)備點(diǎn)巡檢，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)處理，可以有效控制工藝運(yùn)行的環(huán)境，防止因意外故障、事故帶來的損失。

(4)選用防腐蝕設(shè)備、管線和材料。在各個(gè)工藝環(huán)節(jié)選用不銹鋼、帶防腐蝕墊層的管線，應(yīng)用新材料、新技術(shù)，可以增強(qiáng)系統(tǒng)抗腐蝕能力，降低日常的檢修、消缺工作量，保障設(shè)備長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

脫硫系統(tǒng)在電力、供熱、冶煉等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，脫硫技術(shù)的應(yīng)用為減少酸雨、保護(hù)環(huán)境、打造居民健康生活起到了重要作用。脫硫設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境也比較惡劣，脫硫系統(tǒng)構(gòu)成和化學(xué)反應(yīng)過程比較復(fù)雜。通過本文的分析，希望有關(guān)從業(yè)的技術(shù)人員能將系統(tǒng)性思維應(yīng)用到企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)管理過程中去，科學(xué)的分析問題、解決問題，從而保證脫硫系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的長周期運(yùn)行，從而為企業(yè)和社會創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

[1]智研咨詢集團(tuán).2015-2020年中國潔凈煤市場行情動態(tài)及行業(yè)前景預(yù)測報(bào)告[D].中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，2015.

[2]薛建明，等.濕法煙氣脫硫設(shè)計(jì)及設(shè)備選型手冊[M].中國電力出版社，2011.

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