摘要:介紹了火電廠石灰石-石膏濕法脫硫（FGD）裝置中易發(fā)生腐蝕和磨損的區(qū)域和部件，其中干/濕界面過渡區(qū)是腐蝕相對(duì)較嚴(yán)重的區(qū)域。設(shè)備腐蝕主要是由低pH的冷凝酸液造成，氣-氣換熱器(GGH)之前的區(qū)域主要受煙氣飛灰磨損，吸收塔內(nèi)部件主要受到石灰石漿液的沖刷磨損。目前火電廠FGD裝置常用防磨蝕材料主要有橡膠襯里、合成樹脂襯里、耐蝕合金鋼和玻璃鋼等。

關(guān)鍵詞:濕法脫硫  腐蝕  磨損

為響應(yīng)國家的環(huán)保政策，降低二氧化硫排放量，我國各火力發(fā)電廠紛紛上馬煙氣脫硫工程。在多種主要脫硫方法中，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫（FGD）技術(shù)被廣泛采用。濕法煙氣脫硫的原理是用石灰石漿液作為脫硫劑，吸收鍋爐煙氣中的SO2等有害性氣體而使煙氣凈化。其特點(diǎn)是整個(gè)脫硫系統(tǒng)位于煙道末端，除塵系統(tǒng)之后，脫硫劑和脫硫生成物均為濕態(tài)，脫硫反應(yīng)在吸收塔內(nèi)完成，反應(yīng)溫度低于露點(diǎn)，脫硫后煙氣一般需加熱排放[1]。

圖1  典型石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝流程

圖1是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝流程示意圖。煙氣從鍋爐引風(fēng)機(jī)出口排除經(jīng)氣-氣換熱器（GGH）降溫后進(jìn)入吸收塔，煙氣中的SO2被脫硫劑（CaCO3或CaO）漿液所吸收，被凈化后的煙氣經(jīng)除霧器除霧后離開吸收塔，再進(jìn)入GGH加熱升溫后由出口煙道進(jìn)入煙囪排入大氣中。因此，脫硫過程即是俘獲煙氣中的SO2、SO3和HCl等的過程。

石灰石-石膏濕法脫硫方法具有脫硫反應(yīng)速度快、效率高，吸收劑來源廣泛，調(diào)峰適應(yīng)性強(qiáng)，廢物排放量少，副產(chǎn)品可綜合利用等優(yōu)點(diǎn)[2]，已成為目前國內(nèi)外火電廠脫硫的首選方法。隨著大量脫硫裝置的建成投用，其運(yùn)行中存在的問題也逐漸暴露出來，主要表現(xiàn)為腐蝕、磨損、結(jié)垢和堵塞[3]。脫硫部件的腐蝕與磨損問題已成為國內(nèi)外FGD裝置的研發(fā)與應(yīng)用單位面臨的一個(gè)共性問題。我國的FGD屬于引進(jìn)技術(shù)，現(xiàn)在雖然已做到消化吸收和國產(chǎn)化，但由于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)少，對(duì)設(shè)備中腐蝕和磨損的研究和認(rèn)識(shí)不足，腐蝕和磨損造成的設(shè)備損壞時(shí)有發(fā)生，由于腐蝕和磨損原因更換設(shè)備帶來大量維修工作，這越來越引起了人們的重視。

1  腐蝕、磨損部件及原因

從鍋爐引風(fēng)機(jī)出來的高溫?zé)煔庵泻写罅康腟O2、SO3、NOx、HCl、HF等強(qiáng)腐蝕性的酸性氣體，經(jīng)過GGH降溫和在吸收塔內(nèi)完成脫硫反應(yīng)后，部分SO3與煙氣中的水分結(jié)合形成具有強(qiáng)腐蝕性的硫酸冷凝液。絕大部分的SO2、HCl、HF與脫硫劑反應(yīng)后生成硫酸、亞硫酸、鹽酸和氫氟酸，在FGD系統(tǒng)中會(huì)形成低pH的腐蝕環(huán)境，從而在設(shè)備上產(chǎn)生點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕等各種類型的化學(xué)和電化學(xué)腐蝕。此外，煙氣中的固體顆粒會(huì)對(duì)吸收塔之前的設(shè)備如GGH、擋板、風(fēng)機(jī)葉片等造成磨損。脫硫反應(yīng)完成后，煙氣中的大部分固體顆粒最終進(jìn)入吸收漿液，與漿液中的固體顆粒一起對(duì)吸收塔中的非金屬內(nèi)襯和構(gòu)件產(chǎn)生沖刷磨損，對(duì)金屬構(gòu)件則會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕與磨損相結(jié)合的磨蝕。因此，在整個(gè)FGD系統(tǒng)中，腐蝕、磨損與磨蝕并存，運(yùn)行條件十分惡劣。

按照FGD工藝流程特點(diǎn)，可將FGD的腐蝕和磨損分為煙氣流經(jīng)區(qū)域腐蝕磨損、石灰石制備與石膏排放系統(tǒng)腐蝕磨損和脫硫增壓風(fēng)機(jī)腐蝕磨損三種類型進(jìn)行分析。

1.1  煙氣流經(jīng)區(qū)域

根據(jù)煙氣先后流經(jīng)的順序，可將煙氣流經(jīng)區(qū)域分為吸收塔之前的區(qū)域、吸收塔區(qū)域和吸收塔之后的區(qū)域三個(gè)部分來分析。

1.1.1  吸收塔之前的區(qū)域

（1）GGH之前的煙氣管道

該區(qū)域煙氣溫度一般高于酸的露點(diǎn)，不帶有水霧，基本沒有腐蝕性。但煙氣中的飛灰對(duì)該區(qū)域的部件會(huì)造成沖刷磨損。

（2）GGH

GGH一般有回轉(zhuǎn)式和管式。在GGH高溫側(cè)，由于煙氣溫度較高由此帶來的腐蝕較輕，但換熱元件（如翅片）會(huì)受到煙氣攜帶顆粒的沖刷磨損。在低溫側(cè)，由于煙氣溫度已降至酸露點(diǎn)以下，在換熱元件的表面會(huì)形成濃度較高的硫酸冷凝液，形成酸腐蝕。對(duì)管式換熱器來說，一旦形成腐蝕穿孔，泄露的熱媒水將加劇腐蝕進(jìn)程和擴(kuò)大腐蝕范圍，必須停機(jī)處理。

（3）GGH至吸收塔入口煙道

從GGH低溫側(cè)出來的煙氣溫度通常在100 ℃左右，低于酸露點(diǎn)溫度，GGH低溫側(cè)會(huì)因冷凝酸液的出現(xiàn)產(chǎn)生腐蝕。如果該煙道較長，則不同區(qū)域的腐蝕程度有所差別。在吸收塔入口處，由于高溫?zé)煔馀c低溫的漿液接觸時(shí)會(huì)在干/濕界面產(chǎn)生高濃度的酸霧，因此在靠近吸收塔入口處腐蝕較重。同時(shí)，低溫的漿液在高溫?zé)煔庾饔孟滤终舭l(fā)后形成可溶性鹽，沉積在管道上，容易結(jié)垢形成垢下腐蝕。

1.1.2  吸收塔區(qū)域

吸收塔下部為漿液池，漿液的pH一般在5.0~6.2[4]頁碼，對(duì)池壁的腐蝕較輕。但漿液中的Cl-會(huì)引起點(diǎn)蝕。此外，漿液池中的循環(huán)泵和攪拌器會(huì)由于電化學(xué)腐蝕和沖刷磨損的共同作用而產(chǎn)生磨蝕，而縮短了使用壽命。

吸收塔上部為吸收區(qū)（脫硫反應(yīng)區(qū)），冷卻后的煙氣處于飽和狀態(tài)，通常在50 ℃左右，漿液與煙氣中酸性氣體的反應(yīng)中和了酸性煙氣，使得該區(qū)的腐蝕情況相對(duì)較輕。但噴射的漿液對(duì)塔壁和塔內(nèi)構(gòu)件形成沖刷作用，特別是當(dāng)石灰石顆粒較粗時(shí)，使得該區(qū)的磨損問題比較突出。對(duì)于液柱塔來說，由于噴漿母管布置在塔的下部，漿液下落時(shí)，對(duì)噴漿管的沖刷磨損十分嚴(yán)重。而對(duì)于噴淋塔來說，磨損情況則會(huì)輕一些。

1.1.3  吸收塔之后的區(qū)域

（1）吸收塔出口煙道

從吸收塔出來的飽和煙氣溫度僅為45~50 ℃，煙道壁面上積聚的水滴或水膜繼續(xù)吸收煙氣中的SO2和SO3形成酸液。此外，有少量漿液液滴被煙氣帶出后在煙道底板上沉積，使該區(qū)成為較為嚴(yán)重的低溫化學(xué)腐蝕區(qū)。

（2）再加熱器

低溫?zé)煔庖话愣家?jīng)過再次加熱以利于排放。進(jìn)入該區(qū)的煙氣往往帶有未經(jīng)除霧器除盡的水滴和石膏漿液顆粒，液滴撞擊到再加熱器管壁表面，形成具有腐蝕性的液膜和固體沉積物，造成垢下腐蝕。有人測得再加熱器出口煙氣攜帶的水滴pH低于1.7，呈現(xiàn)出嚴(yán)重的腐蝕性。

（3）公共出口煙道

再加熱器加熱后的煙氣溫度一般在80~100 ℃，會(huì)形成結(jié)露。并且煙氣在再加熱器中停留時(shí)間較短，很難使煙氣中水霧蒸發(fā)，因此也會(huì)對(duì)公共出口煙道、出口擋板、旁路煙道和煙囪形成腐蝕。

1.2  石灰石制備系統(tǒng)和石膏排出系統(tǒng)

石灰石漿液pH一般在7~8，腐蝕不是主要問題。但如果石灰石漿液制備時(shí)利用的是回收水，則漿液中會(huì)含有氯離子、硫酸根和亞硫酸根離子，對(duì)漿液供應(yīng)系統(tǒng)會(huì)造成酸腐蝕。另外，漿液中主要含有CaCO3顆粒，且濃度較高，對(duì)漿泵過流件會(huì)有相當(dāng)嚴(yán)重的磨損。

石膏漿液中主要含有氯離子、硫酸根和亞硫酸根離子，其中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)2％以上[5]，對(duì)漿液排放系統(tǒng)會(huì)造成酸腐蝕。此外，石膏漿液對(duì)過流件的磨損性要高于石灰石漿液。

1.3  脫硫增壓風(fēng)機(jī)

布置在吸收塔出口處和再加熱器之后的增壓風(fēng)機(jī)，均屬于濕態(tài)風(fēng)機(jī)，都處于腐蝕較嚴(yán)重的環(huán)境中。腐蝕的原因主要是酸性水滴、SO3冷凝液和透過除霧器的漿液造成的點(diǎn)蝕以及附著在葉輪或渦殼表面的固體沉積物引起的縫隙腐蝕。

布置在GGH之前的增壓風(fēng)機(jī)葉片及殼體則會(huì)受到高溫?zé)煔庵械娘w灰沖刷磨損。

2  FGD常用防腐防磨材料

在FGD中，根據(jù)不同區(qū)域和設(shè)備的腐蝕磨損特點(diǎn)，國內(nèi)外目前采用的防護(hù)材料主要有橡膠襯里、合成樹脂涂層、耐蝕合金鋼、玻璃鋼、不透性石墨、耐蝕塑料、耐蝕硅酸鹽制品、人造鑄石材等。

這些材料性能各異，應(yīng)用范圍也不相同，有的用于靜態(tài)設(shè)備（如吸收塔、換熱器等），有的用于動(dòng)態(tài)設(shè)備（如泵類、攪拌機(jī)等），有的既用于靜態(tài)設(shè)備又用于動(dòng)態(tài)設(shè)備中。

防護(hù)材料的選用主要取決于接觸介質(zhì)的溫度、成分、介質(zhì)中是否含有固體顆粒等因素。一般可按介質(zhì)特性、設(shè)備結(jié)構(gòu)形式、施工條件及經(jīng)濟(jì)性等因素選取相應(yīng)的防護(hù)材料。

2.1  橡膠襯里

橡膠襯里是把一定厚度的橡膠板粘貼在基體表面，將基體與腐蝕介質(zhì)隔離，達(dá)到防護(hù)效果。

橡膠襯里具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗?jié)B透性、抗腐蝕和抗磨性等優(yōu)點(diǎn)，但耐熱性差，遇高溫易分解；膨脹系數(shù)比金屬基體大3~5倍，易開裂和剝離。

FGD中常用的橡膠有丁氯橡膠、天然硬質(zhì)橡膠、丁苯橡膠和丁基橡膠等。主要用于GGH殼體內(nèi)壁、吸收塔內(nèi)壁及其內(nèi)部構(gòu)件、低溫?zé)煹篮蜐駸焽璧取?/p>

2.2  合成樹脂襯里

合成樹脂襯里是將合成樹脂防腐涂料涂敷于金屬表面上，經(jīng)固化處理后得到保護(hù)襯層。為了提高防腐能力，可把原樹脂作為膜料，加入一定尺寸的鱗片作為骨料，構(gòu)成鱗片樹脂襯層。所用鱗片材料有玻璃、鎳合金、云母及硅酸鹽等，目前用的最多的是玻璃鱗片。

合成樹脂涂層中加入鱗片后，由于鱗片沿平行基體表面方向重疊排列，提高了涂層的抗?jié)B透性、耐磨損性，減少了硬化時(shí)的收縮率和熱膨脹率。

在FGD中，合成樹脂襯里與橡膠襯里的應(yīng)用范圍相似，均有長期成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。美國和歐洲對(duì)這兩種材料都采用，德國FGD裝置多采用橡膠襯里，日本多采用合成樹脂襯里。我國目前濕法FGD系統(tǒng)防腐措施多采用德國KCH公司技術(shù)，在吸收塔內(nèi)溫度小于70 ℃區(qū)域一般采用橡膠襯里，溫度大于70 ℃區(qū)域一般采用玻璃鱗片襯里。

2.3  耐蝕合金鋼

FGD中常用的耐蝕合金鋼一般為不銹鋼(如316L、904L、317LM、雙相不銹鋼）和鎳基合金（如合金825、合金G、合金625、合金926、合金C-276等）。耐蝕合金鋼不但具有良好的耐腐蝕性能，而且具有機(jī)械強(qiáng)度高、塑性韌性好、可焊性好和易于成形等優(yōu)異的機(jī)械性能。但缺點(diǎn)是成本較高，且有些鎳基合金屬于期貨，供貨周期長。

耐蝕合金鋼在FGD中的應(yīng)用主要有兩種方式，一種是整體合金鋼板，另一種是復(fù)合軋制鋼板或合金墻紙結(jié)構(gòu)。合金墻紙結(jié)構(gòu)就是采用塞焊等方法以“貼壁紙”方式在基體鋼板上貼一層耐蝕鋼板，以降低成本。

耐蝕合金鋼一般用于FGD系統(tǒng)中腐蝕較嚴(yán)重的區(qū)域，如吸收塔入口干/濕過渡區(qū)采用C-276或59合金，噴淋主管采用926合金 [6]；在公共出口煙道貼耐蝕合金墻紙防腐，用超雙相不銹鋼制作吸收塔反應(yīng)罐的葉輪、前護(hù)板和槳葉，用不銹鋼制作液柱塔的噴漿管，用含鎳不銹鋼制作吸收塔攪拌器葉片[7] 等。

2.4  玻璃鋼

玻璃鋼（簡稱FRP），是用基體材料（環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂等）、增強(qiáng)材料(玻璃纖維、有機(jī)物纖維和碳纖維)和輔助劑（固化劑、促進(jìn)劑、稀釋劑、增韌劑和增縮劑等）構(gòu)成的一種復(fù)合材料。目前FGD系統(tǒng)防腐玻璃鋼大多以金屬為基體，以玻璃纖維為內(nèi)襯的樹脂玻璃鋼。主要應(yīng)用在吸收塔的塔體、噴頭、除霧器、管道、煙道、煙囪內(nèi)襯等。當(dāng)用作噴漿管時(shí)對(duì)管內(nèi)外的耐磨蝕性都有要求[8]。

2.5  其他防護(hù)材料

在FGD中，也有一些其他的非金屬防護(hù)材料得到應(yīng)用。如耐蝕塑料、不透性石墨、化工陶瓷、耐蝕硅酸鹽制品、人造鑄石等。

高分子熱塑性塑料主要有聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、氟塑料等。PVC主要用于FGD中塔器、貯槽、排氣筒、泵、閥門、管道等；PP多用于貯槽、除霧器等制作料和襯里料；氟塑料中的聚四氟乙烯有“塑料王”之稱，有良好的耐高低溫、耐化學(xué)腐蝕性，適用FGD系統(tǒng)中的管件、管道、閥門、泵、塔件制造材料。

3  結(jié)束語

我國火電廠FGD主要依賴國外（主要是歐洲、美國和日本）技術(shù)，由于我國煤種和石灰石品質(zhì)變化大且雜質(zhì)較多，運(yùn)行工況多變等，使得國外設(shè)計(jì)的防腐防磨措施并不能完全適合國內(nèi)工況。同時(shí)，由于許多脫硫設(shè)施投運(yùn)時(shí)間不長，缺少大機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，使得FGD在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的設(shè)備腐蝕、磨損、堵塞等問題。

目前國內(nèi)對(duì)煙氣脫硫技術(shù)的研究主要集中在脫硫方法、工藝設(shè)計(jì)和系統(tǒng)優(yōu)化研究上，對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中的腐蝕和磨損問題，還未來得及開展系統(tǒng)的研究工作。隨著大批脫硫裝置的投運(yùn)，其腐蝕與磨損問題越來越引起了人們的重視，相關(guān)科研和技術(shù)人員也正在致力于尋找適合我國國情的更有效的防腐和防磨方法。

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