燒結煙氣脫硫系統的防腐蝕問題

李嘯

（武漢都市環保工程技術股份有限公司，湖北 武漢430000）

1 引言

隨著國民經濟的高速增長，鋼鐵工業得到長足的發展，鋼鐵生產過程中消耗大量的燃料和礦石，產生了大量的大氣污染，對環境的影響不斷加重，燒結煙氣SO2的治理已成為各鋼廠環保工作中一項迫在眉睫的工作。

煙氣脫硫裝置的工作環境非常惡劣，由于煙氣中大量的SO2及其它腐蝕介質的存在，加之工作條件的苛刻，脫硫裝置的構成材料時刻承受著各種化學介質的侵蝕。從干燥、高溫的煙道氣中產生的高濃度冷凝硫酸，煙氣含塵的高磨損性，以及吸收液中的氯離子、氟離子、硫酸及亞硫酸根等，均會對系統設備產生嚴重的腐蝕威脅，造成腐蝕區域大、速度快。脫硫系統設備龐大，維修困難，要求運轉周期長，同步率高，這一切都把煙氣脫硫系統的防腐蝕問題提到了一個非常重要的地位。為了保證脫硫裝置的正常運行，其系統的防腐蝕是一個必須高度重視的問題。

2 燒結煙氣脫硫設備腐蝕分析

從國內目前已實施和正在實施的燒結煙氣脫硫工程所采取技術來看，大體可分為氨－硫銨法、石灰石石膏法、旋轉噴霧干燥法三類，而這3種工藝都存在一定的設備腐蝕問題。

（1）氨－硫銨法脫硫工藝。自燒結主抽風機來含SO2的煙氣經風機增壓后進入濃縮降溫塔，煙氣經噴淋降溫除塵后進入脫硫塔與漿液接觸脫硫，凈煙氣通過濕煙囪高空排放。脫硫漿液經氧化濃縮后進入蒸發結晶系統，得到硫酸銨成品。該工藝中從濃縮降溫塔、脫硫塔一直到煙囪，包括蒸發結晶系統都存在設備腐蝕問題。

（2）石灰石石膏法工藝。含SO2煙氣經除塵后進入GGH（若有），再進入吸收塔與石灰石漿液接觸脫硫，凈煙氣經GGH（若有）升溫排放或直接高空排放。脫硫漿液強制氧化后結晶，再經旋流分離和真空脫水，得到石膏產品。該工藝中，從GGH、吸收塔（包括氧化系統）、脫水系統一直到煙氣排放，都存在著設備腐蝕問題。

（3）旋轉噴霧干燥法工藝。在反應塔中，含SO2熱煙氣與被霧化成極細霧滴的石灰乳接觸，凈化后的煙氣攜帶已干燥的脫硫產物顆粒，經除塵后排放。該工藝的腐蝕區域主要是霧化器和噴霧干燥塔。

3 腐蝕原因分析

3.1 SO2 的腐蝕

在燒結過程中，礦石、燃料以及各種配料在高溫下發生復雜的物理化學反應，生成的SO2在脫硫系統中有著不同的腐蝕行為。在進入吸收塔之前，煙氣中的SO2對金屬的腐蝕類似于大氣中的SO2腐蝕，但比大氣中要嚴重。因燒結礦的不同其含量一般在1 000～4 000mg/Nm3，由于SO2在水膜中的溶解度比氧大2 000倍左右，因此使得金屬表面吸附的水膜pH值偏低，達到2.0～3.5，形成酸液，加速了金屬的腐蝕。在脫硫塔進口煙道處，鋼板在含有SO2的濕空氣中發生酸的再循環腐蝕，反應式如下：

FeSO4水解生成游離的硫酸：4FeSO4＋6H2O＋O2＝4FeOOH＋4H2SO4。

如此循環往復，使金屬腐蝕不斷進行。燒結煙氣中含有8%～10%的水份和16%～18%含氧量，會形成SO3的露點腐蝕，有研究數據表明：當煙氣SO3含量為0.008%，其露點已達170℃，這樣使得在脫硫系統很容易在金屬表面結成硫酸酸霧，進而加快腐蝕。在進入吸收塔后，煙氣中的SO2變成SO2－3和SO2－4，這些離子具有很強的化學活性，對鋼鐵形成氧去極化腐蝕，反應式為：

由此可見，在濕法脫硫中，不論是在脫硫前還是脫硫后，硫的化合物都會對設備產生很強的腐蝕作用。

3.2 氯的腐蝕

在燒結煙氣脫硫中，根據脫硫工藝不同以及燒結礦料的不同，在濕法脫硫裝置的漿液中均存在一定量的氯化物。氯化物的含量與礦料成分、水質以及脫硫工藝有密切的關系，隨著裝置的運行，氯化物會不斷濃縮和累積。如果沒有合理的手段來控制氯化物的濃度，將會對脫硫系統設備帶來嚴重的威脅。由于氯離子具有很強的可被金屬吸附的能力，從化學吸附具有選擇性這一特點出發，對于過渡金屬的Fe，Ni等，氯離子比氧更容易吸附在金屬表面上，并從金屬表面把氧排擠掉，從而使金屬表面的鈍態遭到局部破壞而發生孔蝕，這種行為尤其在金屬的不均性表面更為明顯，就連不銹鋼（比如316L、2205、2507等）也難以幸免。工程經驗證實，當溶液溫度超過60℃，氯含量5 000×10－6，316L標準奧氏體不銹鋼具有明顯的腐蝕行為，而雙相鋼2205表現相對輕微。當氯含量超過40 000×10－6時，若采用金屬材料防腐，一般建議采用超級雙相鋼2507或使用鉻和鉬含量較高的鎳基合金。

3.3 氟的腐蝕

氟化物容易在金屬表面污垢沉積物的下面富集，加劇了不銹鋼的酸性氯化物縫隙腐蝕。值得注意的是，在煙氣脫硫中，對碳鋼結構的防腐做法是襯玻璃鱗片防腐，一般而言，漿液中HF含量超過2 000×10－6時，玻璃鱗片的腐蝕將會變得非常嚴重。如果HF含量偏高，可采用以下方法減輕HF對玻璃鱗片防腐襯里的腐蝕，玻璃鱗片表面使用碳纖維；使用摻有陶瓷填充材料的乙烯基樹脂。

3.4 流體及其攜帶顆粒物引起的磨損腐蝕

包含這種腐蝕的流動介質包括氣體、循環漿液以及其包含的結晶體、固體顆粒雜質等，其中含在漿液中的固體顆粒物尤為厲害，它是一種包括機械、化學和電化學聯合作用的復雜過程。在快速流動的流體作用下，金屬以水化離子的形式進入溶液，當存在湍流時腐蝕表現更為明顯。

當采用鈣基吸收劑時，當循環漿液中石膏結體達到一定含量時，會對噴淋系統、支撐梁、泵過流件以及塔體防腐層造成嚴重的腐蝕和沖刷，從而影響設備的正常運行。當采用氨法脫硫塔內結晶工藝時，脫硫系統中的磨損和堵塞問題同樣嚴重，采用氨法脫硫塔外結晶工藝，并有灰渣處理措施時，系統幾乎不存在磨損和堵塞問題。

4 燒結煙氣氨法脫硫中的防腐蝕措施

根據國內外煙氣脫硫工程的實際使用情況和筆者多年的工程設計經驗，燒結煙氣脫硫系統采取的防腐蝕措施，歸納起來大致有如下幾個方面。

4.1 采用耐腐蝕材料

4.1.1 應用不銹鋼

在燒結煙氣氨法脫硫中，根據脫硫介質條件不同，選用了各類不銹鋼，比如304、316L、317L、2205、2507等。304不銹鋼可應用于接觸干燥硫銨或氨水介質的場合；316L不銹鋼可應用于接觸硫銨溶液介質（溫度低于60℃、氯離子濃度較低）的管道、閥和泵體過流部位，2205和2507雙相不銹鋼適應的硫銨溶液溫度和氯離子濃度可適當高一些。但實際使用經驗證實，即使采用像2205和2507雙相不銹鋼，在工況惡劣時，也同樣存在點蝕、縫隙腐蝕和沖刷腐蝕等，只是腐蝕的速率不同而已。

4.1.2 應用鎳基合金

根據介質工況不同，在燒結煙氣氨法脫硫的部分特殊部位需采用鎳基合金（如C276）。在高溫煙氣進入吸收塔的干濕煙氣交界面處，高溫煙氣從160～200℃急速降至60～80℃，并與硫銨溶液接觸，該部位存在嚴重的腐蝕和磨損，經驗證實，316L薄板襯里或玻璃鱗片襯里均難以保證防腐壽命，需采用C276薄板襯里來確保防腐壽命。

4.1.3 應用不銹鋼復合板

不銹鋼復合板與純不銹鋼相比，既具有優越的機械強度，又具有一定的防腐性能，在早期的煙氣脫硫設備上應用較多，但多年應用發現，其點蝕、縫隙腐蝕和沖刷腐蝕也很嚴重。目前在脫硫后濕煙囪防腐還有應用，在其它部位上已很少使用。

4.1.4 應用整體玻璃鋼

玻璃鋼具有質輕、比強度高、成型工藝簡單、化學穩定性好以及耐腐蝕等優點，在煙氣脫硫中得到大量的應用，如吸收塔、煙囪、噴淋管、儲罐等。性能優良的玻璃鋼其耐溫性可達100～120℃，個別可達160℃。筆者設計過的整體玻璃鋼脫硫塔直徑達φ12.5，含塔基玻璃鋼濕煙囪總高達100m，目前已安全運行3年以上，實踐證實，玻璃鋼具有免維護、防腐蝕性能優越等特點。

4.2 采用玻璃鱗片樹脂防腐襯里

在煙氣脫硫系統中，玻璃鱗片樹脂防腐襯里得到了大量應用，相對于不銹鋼，其價格較低，且防腐效果優良。所謂玻璃鱗片樹脂，是將一定片徑（0.4～2.0mm）和一定厚度（6～40μm）的玻璃鱗片與樹脂混合制成的樹脂膠泥，用涂抹的方式涂敷于碳鋼表面形成的防腐涂層。

玻璃鱗片的片狀結構在涂膜中的平行排列，切斷了漆膜中的微孔，而且還在涂膜中形成了迷宮效應，大大延長了腐蝕性介質在涂膜中的擴散路徑，從而有效延緩了基底金屬的腐蝕。在氨法燒結脫硫中，濃縮降溫塔、吸收塔、碳鋼儲罐或混凝土儲罐、水池等均可采用乙烯基玻璃鱗片樹脂防腐襯里，工程實際使用效果良好。

4.3 玻璃鋼襯里和橡膠襯里

玻璃鋼襯里主要也是起到屏蔽作用，將基體與腐蝕介質隔開，由于樹脂牌號不同，其使用溫度和耐腐蝕、抗滲透性能各有差異。因玻璃鋼在施工過程中容易出現針孔、氣泡和微裂紋，所以在氨法燒結脫硫中，玻璃鋼襯里一般應用在地溝、廠房或設備基礎等部位防腐上，對重要設備如吸收塔、儲罐則很少使用。

在脫硫系統中，如循環漿液管、蝶閥以及溶液罐等可采用襯丁基橡膠或襯氟橡膠的防腐方式，其技術成熟，在合理的溫度條件下，橡膠襯里的防腐效果優良，且能降低工程造價。

4.4 優化脫硫工藝

因燒結煙氣成分的復雜多樣，在目前的防腐技術條件下，根據不同介質條件選用合理的材質，同時加強設計優化和施工管理，也是提高脫硫裝置利用率的有效方法。主要有如下幾點：控制脫硫液中氯離子的含量，將硫銨溶液中的氯離子以氯化銨的形式排出系統外；測算溶液中氟離子含量，當溶液中氟離子濃度偏高時，會對玻璃鱗片襯里產生特殊的影響，設計時需特別注意；對于接觸溫度較高和濃度較高的硫銨溶液管道，如熱交換器的換熱管或管板，建議采用2205雙相鋼或2507超級雙相鋼或同等材質的不銹鋼；對溫度低于60℃的溶液管道，建議采用工程塑料或玻璃鋼管道；采用合理方法降低溶液中含固量，減輕磨損腐蝕；在工程實施時，嚴把質量關，對不銹鋼的質量嚴加控制和抽檢。對需要現場施工的，如玻璃鱗片防腐和玻璃鋼防腐，要確保施工工期和施工質量。

5 結語

在煙氣脫硫工程中，防腐蝕問題非常重要，需要針對不同的部位和介質條件，優選不同的材料和施工技術。防腐方案的選擇必須滿足煙氣脫硫系統對防腐蝕的要求，即高的機械性能，良好的化學穩定性和熱穩定性，優良的抗滲透性能等，同時還必須考慮成本低，施工難度小，易修補，安全運行時間長等因素。

隨著煙氣脫硫技術的發展，必將對防腐提出更高的要求，也將會促進這一技術更快、更好地發展。

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