半干法脫硫工藝吸收塔防磨防腐技術的研究與應用

郭佳明 趙偉偉 潘新民

（1.內蒙古京海煤矸石發電有限責任公司，內蒙古 烏海 016000；2.上海龍明建設發展有限公司，上海 200000）

0 引言

盡管在“雙碳”背景下，國家提倡綠色能源的方式以降低煤炭的消耗量，但不可否認的是，煤炭仍然是我國當下最主要的發電廠使用能源且消耗量巨大[1]。經過燃燒后，煤炭不可避免地會釋放大量粉塵、氮化物、硫化物等有害氣體，給大氣環境造成沉重的負擔，也給大氣環境治理帶來極大挑戰[2]。通過超低排放干法脫硫系統設備的設置，可以有效提高火電機組煙氣脫硫、脫硝、除塵的效率，但超低排放干法脫硫系統設備在使用過程中不可避免地會受到腐蝕作用和脫硫劑等材料的摩擦作用，導致吸收塔的腐蝕和損壞，給機組的安全穩定運行帶來威脅。因此，研究半干法脫硫工藝吸收塔防磨防腐技術具有十分重要的意義。

1 工程背景

內蒙古京海煤矸石發電有限責任公司2×330MW機組采用的是東方鍋爐（集團）有限公司設計生產的DG1177/17.4-Ⅱ1 型CFB 鍋爐，超低排放系統采用龍凈自主研發的專門用于火電機組煙氣脫硫、脫硝、除塵的新型DSC-M 煙氣干式超凈+技術。該技術通過循環流化床雙段式吸收塔和超凈布袋除塵器的有機結合，可實現脫硫、脫硝、除塵及多污染物協同治理，而且沒有廢水產生。在2016 年2 號鍋爐脫硫除塵系統的超低排放改造工程中，裝置建設完成后一次性投運成功，SO2 排放濃度＜35mg/Nm3，NOx排放濃度＜50/Nm3，煙塵＜5mg/Nm3，實現了超低排放指標。#2 鍋爐脫硫除塵系統的吸收塔主體材質為Q235B，整體高度69.7m，各組件部分參數為入口立段6380mm×12mm，文丘里6380mm×6mm.，錐體6380mm/10800mm×10mm，直管段10800mm×16mm，出口9600mm×8mm。

自投運以來，由于運營主體在超低排放干法脫硫系統設備防腐方面經驗不足，為降低運行成本，投運初期系統將電石渣作為脫硫劑，對#2 爐超低排放吸收塔本體腐蝕、運行情況判斷不準確，未準確對其進行劣化分析，沒有及時對其進行防腐處理及參數調整，因此導致其吸收塔內壁大面積腐蝕超標，甚至出現吸收塔內壁被腐穿現象。2020年12 月起，由于電石渣廢料活性較低，導致其用量較大，同時因其內部雜質較多，導致吸收塔內部磨損嚴重，因此#2 機組已出現吸收塔漏風現象。2021 年，#2 爐吸收塔因凝結酸液濃度高，吸收塔內壁腐蝕嚴重，頻繁泄漏（泄漏最大孔洞面積約為1.3m2），制約機組安全穩定運行，影響機組經濟運行，因此在2021 年持續對#2 爐吸收塔出口部位漏點進行貼板補焊（板厚10mm，后期制作防磨后使用5mm 鋼板），并在檢修期間對吸收塔出口段制作耐磨膠泥和耐磨陶瓷保護層，極大地改善了吸收塔漏風狀況。在檢修期間對#2 爐吸收塔斜段進行檢查，發現錐形段腐蝕嚴重，測量壁厚最薄處僅剩余4.5mm（原厚度10mm）。同時檢查了吸收塔文丘里管上部，發現有大量脫落氧化皮附著在上面，吸收塔磨損及腐蝕問題亟需處理。檢修期間#2 爐吸收塔本體內壁腐蝕及破損情況如圖1 和圖2 所示。

圖1 檢修期間#2 爐吸收塔本體內壁腐蝕情況

圖2 檢修期間#2 爐吸收塔本體內壁破損情況

2 半干法脫硫工藝吸收塔防磨防腐技術研究

根據現有設備的防磨經驗，該文提出4 個檢修方案，分別是對吸收塔磨損區域進行防磨噴涂（方案一）、在吸收塔內部敷設耐磨膠泥（方案二）、在吸收塔內部敷設耐磨陶瓷片（方案三）、在吸收塔內部敷設耐磨陶瓷片（方案四），對各方案的具體工藝分析如下。

方案一：對吸收塔磨損區域進行防磨噴涂。

對吸收塔內表面進行噴砂打磨后，使用鎳基合金進行噴涂。由于鎳和鎳的合金擁有良好的耐蝕性、耐氧化性，對鹽水的耐蝕性和在中性或堿性鹽類溶液中的耐蝕性都很強，對非強氧化性酸的耐蝕性也較好，因此被廣泛使用在各類要求耐磨、耐腐蝕的工具和設備，廠內鍋爐噴涂即使用蒙乃爾合金[3]。同時噴涂涂層較薄，自身質量較輕，噴涂完成后對整體鋼結構負擔較輕，其所需的人工及工序較少，可減少施工周期。耐磨噴涂缺點在于使用時間短，以爐內施工經驗判斷，有效壽命為一年左右且施工時需要注意做好防火措施。耐磨噴涂費用1280 元/m2，預計噴涂材料費用為230.4 萬元（不包括腳手架）。

方案二：在吸收塔內部敷設耐磨膠泥（耐磨涂料）。

在吸收塔內部焊接銷釘及龜甲網，在龜甲網外側敷設15mm 耐磨膠泥。此方案優點在于耐磨涂層使用壽命長，一般有效期為3～4 年，可根據工況環境對涂料組分進行調整，對工況的適應性較好，自身硬度較高，抗壓強度在100℃下可達到65MPa[4-5]。但耐磨膠泥存在施工周期長、施工量較大且需要高溫烘烤穩定的缺點，密度2.2t/m3，施工后吸收塔整體質量增加較多，同時一旦出現脫落可能造成吸收塔文丘里管道堵塞和排灰機卡澀現象，進而影響系統運行。耐磨膠泥費用1800 元/m2，預計需要費用324 萬元（不包括腳手架）。

方案三：在吸收塔內部敷設耐磨陶瓷片。

將吸收塔內部腐蝕表面打磨清理，然后使用耐磨陶瓷黏貼膠涂抹表面，并黏貼陶瓷片。耐磨陶瓷片優勢在于硬度大，其洛氏硬度為HRA80～90，硬度僅次于金剛石，耐磨性相當于錳鋼的266 倍，同時質量較輕。但其施工工藝存在一定缺陷，黏貼膠的韌性、耐老化性、耐腐蝕性不足，不能應對溫度和酸堿度波動較大的工況。同時需要對不同位置需要調整并控制好黏貼膠凝固速度，否則將造成材料的浪費及工期的延遲[6]。耐磨陶瓷的使用壽命約為2～3 年，施工費用900 元/m2，預計整體需要162 萬元（不包括腳手架）。

方案四：防腐涂料（SN20 高溫重腐蝕防腐劑）。

在吸收塔文丘里錐形段向上的直段，利用噴砂的方式將表面氧化層清理干凈，再使用SN20 高溫重腐蝕防腐劑進行噴涂作業。SN20 高溫重腐蝕防腐劑能在酸及弱堿工況下長時間保持完整，施工速度較快，也能保證足夠的防腐蝕作用[7-8]。預計整體需要119.8 萬元（不包括腳手架）。

根據施工相關的工序、材料性能和價格因素，第一方案質保周期短，需要重復進行滿膛腳手架搭設作業，危險性和維護工程量較大；第二種方案過多使用將造成吸收塔整體質量增加，吸收塔下沉，影響吸收塔運行和腳手架搭拆安全；第三、第四種方案均可在較長時間內保證吸收塔性能，但從工期及費用上考慮，第四種方案較迅速，因此選擇使用第四種方案進行吸收塔本體的防磨防腐處理。

3 半干法脫硫工藝吸收塔防磨防腐技術的應用效果

半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前和處理后的摩擦系數對比如圖3 和表1 所示。從圖3 可以看出，半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前后的摩擦系數曲線變化規律基本一致，吸收塔本體的摩擦系數均在摩擦初期呈近線形增加，隨后進入非線形增加階段，但增加幅度仍較快。在摩擦后期，吸收塔本體的膜材系數進入波動穩定階段，摩擦系數呈現劇烈波動，但其波動范圍變化較小，表現為相對穩定。從圖3 還可以看出，采用SN20高溫重腐蝕防腐劑處理后，半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理后的摩擦系數明顯比處理前的低，波動穩定階段，防磨防腐處理前的摩擦系數平均值為0.64，防磨防腐處理后的摩擦系數平均值為0.45。由此表明，采用SN20高溫重腐蝕防腐劑處理有效增加了潤滑作用，降低了電石渣廢料對半干法脫硫工藝吸收塔本體的摩蝕。

圖3 半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前和處理后的摩擦系數曲線

表1 半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前和處理后的摩擦系數對比

半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前、處理后的磨痕表面形貌如圖4 和圖5 所示。對比圖4 和圖5 可以發現，未采取防磨和防腐處理時，吸收塔本體表面的磨痕粗糙，磨痕寬度和深度較大，磨痕寬度在顯微鏡下達到1787.45μm。而采取防磨和防腐處理后，涂層起到了良好的潤滑作用，吸收塔本體涂層表面的磨痕相對平滑，磨痕寬度和深度較小，磨痕寬度在顯微鏡下達到1347.68μm。

圖4 半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前的磨痕表面形貌

圖5 半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理后的磨痕表面形貌

4 結論

該文以內蒙古京海煤矸石發電有限責任公司2×330MW 機組#2 爐超低排放吸收塔為研究對象，在研究半干法脫硫工藝吸收塔本體的腐蝕和磨損現狀后，分析了吸收塔磨損區域進行防磨噴涂（方案一）、在吸收塔內部敷設耐磨膠泥（方案二）、在吸收塔內部敷設耐磨陶瓷片（方案三）、在吸收塔內部敷設耐磨陶瓷片（方案四）4 種防磨防腐工藝，采取方案四進行防磨防腐處理，并研究處理后的摩擦系數、摩擦形貌變化過程，得出以下結論：1）綜合研究4 種技術方案，第一方案質保周期短，需要重復進行滿膛腳手架搭設作業，危險性和維護工程量較大；第二種方案過多使用將造成吸收塔整體質量增加，吸收塔下沉，影響吸收塔運行和腳手架搭拆安全；第三、第四種方案均可在較長時間內保證吸收塔性能，但從工期及費用上考慮，第四種方案較迅速，因此選擇使用第四種方案進行吸收塔本體的防磨防腐處理。2）半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前波動穩定階段的摩擦系數平均值為0.64，而防磨防腐處理后的摩擦系數平均值為0.45，由此表明采用SN20 高溫重腐蝕防腐劑處理有效增加了潤滑作用，降低了電石渣廢料對半干法脫硫工藝吸收塔本體的摩蝕。3）未采取防磨和防腐處理時，吸收塔本體表面的磨痕粗糙，磨痕寬度和深度較大，磨痕寬度在顯微鏡下達到1787.45μm。而采取防磨和防腐處理后，涂層起到了良好的潤滑作用，吸收塔本體涂層表面的磨痕相對平滑，磨痕寬度和深度較小，磨痕寬度在顯微鏡下達到1347.68μm。