燃煤電廠脫硫系統設備腐蝕與防護技術

張立超

(國能寧夏鴛鴦湖第一發電有限公司，銀川 750001)

0 引 言

目前，SO2是造成我國大氣污染以及酸雨的主要原因，其中燃煤電廠SO2排放量約占全國SO2排放量的50%，并且所帶來的危害呈逐年遞增趨勢，因此電力企業必須予以重視。由于電廠在生產中會伴隨一些有毒氣體，這些氣體會通過相關的設備管路，具有很強的腐蝕性，并且由于吸收塔的入口處和內腔的溫度相差很大，長期處于酸性和堿性的交替狀態。從這一點可以看出，在電廠的脫硫設備在運行的過程中存在著極易腐蝕的問題，所以必須采取相應的措施來進行優化。

1 煙氣脫硫設備的腐蝕機理

1.1 設備的腐蝕環境

鍋爐排放的廢氣中含有大量的腐蝕性、酸性氣體，如SO2、SO3、 NOX等。在正常條件下，鍋爐中所排出的煙氣溫度較高，但是其濕度較低，而在一般情況下不會對鍋爐等金屬設備產生腐蝕，但是樂器在脫硫脫硝的過程中，由于煙氣的整體溫度是低于濕度的飽和點，因此其中的水蒸汽就會凝結成為液態水與SO2、SO3等酸性氣體發生化學反應，形成硫酸、亞硫酸等酸溶液，從而導致設備的腐蝕[1]。煙氣露點溫度與煙氣組分及含水量有關，露點較高時，水汽較容易凝結。但是由于煙氣中的SO2、SO3、 NOX等成分的存在，會使露點溫度升高，從而導致酸露點溫度超過100 ℃。鍋爐的煙氣在經過換熱器的情況下，鍋爐的原煙通常冷卻到80～110℃，再進入吸收塔中進行石灰石漿的脫硫，使煙氣的溫度降到40～50 ℃；脫硫后的煙氣通過除霧器排出吸收塔，，在后續的過程中也會產生一系列的腐蝕物質，然后發生沉淀現象，從而導致設備的腐蝕。

圖1 脫硫系統的工藝流程

1.2 腐蝕的主要現象和腐蝕機理

1.2.1 化學腐蝕

電場鍋爐煙氣中含有部分腐蝕性介質，在一定溫度下它會與鋼鐵發生相應的化學反應，從而生成一種可溶性的鐵鹽。在這種情況下就會導致電廠的鍋爐金屬設備受到腐蝕部分設備無法正常工作，其具體的化學反應方程式如下:

Fe+SO2+H2O=FeSO3+H2

Fe+SO2+O2=FeSO4

2HC1+Fe=FeC12+H2

如果在生產過程中有氫氣擴散到了金屬內部，會發生以下的化學反應:Fe3C+2H2=3Fe+CH4

這會使得過路系統那一步的碳鋼出現脫碳，金相組織被破壞。

電化學腐蝕:濕法脫硫金屬表面有水及電解質，形成原電池而產生電流，使金屬表面逐漸銹蝕。特別在焊接點處更易發生。

陽極(氧化):Fe→Fe2++2e

陰極(還原):O2+2H2O+4e=4OH-

Fe2++2OH=Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

Fe(OH)2+2Fe(OH)3=Fe3O4+4H2O

以上兩類反應同時發生在防腐層脫落的金屬表面。

1.2.2 晶間腐蝕

石灰石一石膏工藝的漿液是一種堿性的溶液，它在吸收SO2后會產生可溶性的硫酸鈣和硫酸鈣[2]。它的溶液滲透到表面防腐層的毛細孔中，在停止使用后，由于其本身的干燥，會形成晶體狀的鹽，而體積膨脹則會引起設備本身的腐蝕物質的內應力，從而造成脫皮、粉化、疏松或開裂。特別是在干濕交替的情況下，晶體鹽的體積會增大數十倍，使腐蝕加劇。

1.2.3 磨損腐蝕

在煙氣脫硫中，固體脫硫劑與設備的表面發生反應產生了摩擦，并通過不斷的更新表面而使其越來越薄，從而加快了系統的腐蝕。

2 脫硫設備的防腐方法

2.1 材料的選擇原則

為了提高脫硫裝置的抗腐蝕能力，材料的選用是關鍵，首先所選用的防腐蝕材料必須能夠耐高溫，并能在煙氣中長時間使用而不會發生老化、開裂、有一定的強度和韌性；第二，所選用的材料應容易傳遞熱量，并且不會因為長時間的溫差而產生起殼和剝落。在脫硫裝置的防腐方面，必須符合以下幾點：耐腐蝕材料對水蒸汽、SO2、HCI、O2及其它氣體滲透率低，耐酸、堿腐蝕，具有較強的抗氧化性與耐熱性、耐磨性，可以很好的與基體粘合。

2.2 適用于電廠脫硫設備的防腐材料

2.2.1 合金鋼和復合鋼板

有關研究顯示，常規的不銹鋼和抗酸鋼無法有效地保護電廠脫硫系統，而鎳基合金則是更好的耐酸性材料。國內外許多國家都在使用鎳基合金來保護電廠的脫硫裝置。相對于其它的防腐蝕材料，鎳基合金在施工安全、耐腐蝕、耐壓等方面都有很大的優越性，只是成本相對較高[3]。

2.2.2 膠泥和磚板襯里

磚板襯里主要是在金屬裝置的內部涂一層耐腐蝕膠泥，以防止腐蝕介質與設備之間的接觸，使電廠脫硫裝置免受腐蝕。另外，由于磚板襯里具有較高的機械強度和良好的抗腐蝕性能，因而被廣泛使用。1950年，我國發明了磚板襯里技術，經過很長一段時間的生產實踐，積累了大量的經驗，同時還開發出了大量價格低廉、但質量優良的磚板與膠泥。目前國內電廠脫硫裝置所用的磚板主要為鑄石板和花崗巖。然而，該裝置也存在諸多缺陷，如施工周期長、設備笨重、抗震能力差等。

2.2.3 橡膠裝置

橡膠是日常生活中常用的一種材料，它的價格相對低廉，而且它的化學組成也相對穩定，因而在許多地區得到了廣泛的使用。丁基橡膠具有較好的化學穩定性，丁基橡膠的主要原材料為異丁烯、異戊二烯、氯甲烷、AlCl3催化劑，具有較低的滲透率，所以能有效地阻止水蒸氣、氧氣、二氧化硫等污染物的擴散，不易磨損，并能有效地保護電廠的脫硫設備。丁基橡膠的生產配方和技術條件見表1。

表1 丁基橡膠生產配方及技術條件

2.2.4 玻璃鋼

玻璃鋼是一種可以使用很長時間的復合型材料，其具有較長的應用歷史，這種材料在應用過程中具備較好的絕緣性能，強度也較高，而且耐腐蝕玻璃鋼，因此可以根據材料的特點來進行設計，迅速成形，維護也比較容易。在1970年， 電廠的脫硫開始使用玻璃鋼材料，但是由于加入了乙烯樹脂玻璃鋼的材料，整體耐腐蝕性能得到了大大增強，而且出現了較大直徑的玻璃鋼材料，玻璃鋼的使用范圍也逐漸擴大，在電廠的脫硫設備中也有較好的使用[4]。與世界上其它發達國家比較來說，國內可用于電廠脫硫設備的玻璃鋼種類數量較少，且缺少評價方法和技術，從而制約了玻璃鋼制產品在電廠脫硫裝置中的應用。

2.2.5 高性能的防腐蝕涂料

高性能的防腐蝕涂料是一種較為優良的防腐蝕材料，能夠在極強的腐蝕性環境下工作。通過對國內市場的調研，發現目前國內生產的高性能防腐蝕涂料多為鱗片涂料。而鱗片涂料是以極薄的耐腐蝕性鱗片為主要原料，再以耐蝕樹脂為粘合劑，將二者組合而成的高效腐涂料，其結構優良，具有很好的防滲性。采用該鱗片涂料制成的鱗片襯層，其耐腐蝕能力強，施工周期短，操作簡單，使用壽命較長，維修成本也比較低。因此，這一技術得到了許多發達國家的重視，在此基礎上，他們開發出了許多優良的防腐涂料，在電廠的脫硫設備中得到了廣泛的應用，并獲得了良好的經濟效益。

3 電廠脫硫設施的防腐以及防護措施

3.1 濕煙囪法

在電廠中，脫硫設備襯里一般都是采用的無機材料，如果是處于較為潮濕的環境中就會發生腐蝕的現象，會導致襯里的使用壽命下降，因此在使用大約4～5年后就需要更換新的襯里，因此這種材料的抗腐蝕性能較差。目前國內使用的是 WFGD設備，在此設備中，通常使用316L碳鋼等高強度耐腐蝕材料作為襯里的基礎加工材料。而在國外的一些發達地區，通常都是采用合金貼墻紙的技術，這種工藝的合金具有非常好的耐腐蝕性能，盡管采用濕煙囪工藝取得了很好的效果，但其對所采用的材料和工藝都有著較為嚴格的標準規范。現階段我國的濕煙囪法設計方面仍存在一定的漏洞，而且技術方面人不成熟，因此很難解決煙囪雨的問題，因而不能推廣使用濕煙囪法。若要采用濕煙囪法，則要結合電廠的實際情況，全面考慮下列影響因素：首先，要考慮到電廠在使用中的具體能力；其次，分析煙囪的設計方案，并考慮是否可以采用這種方法；最后，要綜合考慮電廠的具體地理位置和周邊環境。在適宜的條件下采用濕煙囪法既能對電廠脫硫裝置起到防腐和防護的效果，又能有效地防止煙氣的外溢，最大限度地減少低腐蝕溶液與有害氣體對脫硫裝置帶來的腐蝕和污染。

3.2 煙塔合一法

20世紀80年代，煙塔合一法的發明與應用最早在德國開展。所謂的“煙塔合一”，就是對煙氣脫硫，通過管道輸送到冷卻塔，最終與塔中的空氣一起排入大氣。為了達到較好的防腐蝕效果，通常將此工藝用于脫硫裝置的防腐處理，這一工藝大大簡化了原有的煙氣系統，減少了脫硫裝置的施工和加工的費用，不但能夠在一定程度上保護環境，而且取得了較好的經濟效益。目前國內多數具備一定規模的電廠，都選擇采用煙塔合一法進行防腐蝕處理。煙塔合一工藝中，需要選用優良的耐蝕材料作為煙塔內襯的主要應用材料，通常選用復合鋼板。這種材質有很好的抗腐蝕性能，316L的碳鋼和鎳基合金都是很好的材質。除以上所列的一些材料之外，玻璃鋼也可用于煙筒的襯里，并有較好的防腐蝕作用。除此之外，玻璃鋼在長時間的應用過程中可以始終維持較好的使用效果，成本也很低，也能成功適用于煙塔合一法，幫助脫硫裝置在惡劣的工作條件下不被腐蝕。

目前，國內大部分的電廠都會采用316L鎳基合金來進行脫硫裝置的防腐防護處理，不過由于成本太高，大部分情況下都會選用更便宜的耐腐蝕材料。從經濟和環保的角度來看，高性能的防腐蝕涂料是目前最好的防腐蝕材料，主要有不銹鋼和玻璃鱗片兩種，玻璃鱗片的使用范圍很廣，它的耐腐蝕性也很強。但在實際操作中，這種材料容易出現磨損和脫落，使用壽命不長，并且一旦脫落就需要立即進行二次涂刷，否則會造成設備的腐蝕和破損。此外，使用玻璃鱗片進行脫硫裝置的防腐操作時要注意的是：使用玻璃鱗片前，必須對其進行充分、細致的偶聯劑處理，以免少量的腐蝕性微粒會滲入到襯里，對設備的基體帶來損害。同時，在涂抹時，要去除玻璃鱗片上的氣泡，以保證其良好的防腐蝕性能。最后采用真空攪拌法，科學有效地調配玻璃鱗片的調料，確保其粘合性能。

4 結束語

電廠脫硫裝置長期處于高溫的環境下工作，受到的腐蝕和損耗都非常大，如果不能采取科學有效的措施進行防腐和防護，就會導致脫硫設備出現損壞甚至報廢的情況，從而影響到整個電廠運行的安全穩定。因此，各發電企業應該加強對脫硫設備的防腐蝕和保護，一方面加快技術研究，減少氣體給設備帶來的損害，另一方面要選用具有成本效益的材料，盡量增強設備的耐腐蝕性能，保證電廠的正常運行。