金東春， 蔣 誠， 李治國

（1．浙江省電力公司電力科學(xué)研究院， 杭州 3100141； 2．浙江省能源集團(tuán)有限公司， 杭州 310012）

無旁路脫硫系統(tǒng)的腐蝕與防腐問題研究

金東春1， 蔣 誠2， 李治國1

（1．浙江省電力公司電力科學(xué)研究院， 杭州 3100141； 2．浙江省能源集團(tuán)有限公司， 杭州 310012）

分析了發(fā)電廠無旁路脫硫系統(tǒng)內(nèi)部的腐蝕環(huán)境和腐蝕機(jī)理，介紹了國內(nèi)外無旁路脫硫系統(tǒng)的防腐技術(shù)現(xiàn)狀，在分析各防腐材料特性的基礎(chǔ)上，討論了無旁路脫硫系統(tǒng)中各設(shè)備的防腐措施，為防腐方案的選擇提供參考。

濕法脫硫；煙囪；腐蝕；防腐

火力發(fā)電廠濕法脫硫工藝中的防腐問題一直是煙氣脫硫領(lǐng)域中一個重要課題。由于煙氣脫硫（FGD）系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)龐大、運(yùn)行周期長、維修困難，加之目前采用無旁路脫硫技術(shù)的機(jī)組逐漸增多，因此，研究無旁路脫硫系統(tǒng)煙氣腐蝕的特點(diǎn)，采取有效的防腐技術(shù)和工藝是保證無旁路系統(tǒng)可靠性的有力措施。

在無旁路脫硫系統(tǒng)中，煙氣含有油污、飛灰等雜質(zhì)，同時對設(shè)備可靠性的要求更高，因而要求系統(tǒng)具有更高的抗蝕性能。在此通過對無旁路脫硫系統(tǒng)內(nèi)腐蝕環(huán)境和腐蝕機(jī)理的分析，提出了一系列防腐措施。

1 無旁路系統(tǒng)的腐蝕環(huán)境和腐蝕機(jī)理

1.1 點(diǎn)火階段的腐蝕

無旁路脫硫系統(tǒng)需要與鍋爐系統(tǒng)一起啟動，在點(diǎn)火的初期煙氣溫度較低，燃燒的煤量不大，此時煙氣中的酸性氣體含量也較低，其腐蝕性也較弱。在點(diǎn)火投油過程中，煙氣對設(shè)備的腐蝕影響主要來自鍋爐未燃盡的油污。由于部分吸收塔采用的是碳鋼壁板內(nèi)襯橡膠的防腐形式，在油污進(jìn)入吸收塔后，未燃盡的油污會對非極性的橡膠產(chǎn)生相互溶解或溶脹作用，使橡膠快速老化，分解脫落，從而堵塞循泵入口濾網(wǎng)或噴嘴，這是采用橡膠防腐內(nèi)襯的無旁路脫硫系統(tǒng)的典型問題。

1.2 運(yùn)行階段的腐蝕機(jī)理

運(yùn)行階段，脫硫裝置中腐蝕源主要有煙氣中所含的 NOX， HF， HCl， SO2等， 其中 SO2是腐蝕源的主體，在脫硫系統(tǒng)內(nèi)部對鋼制設(shè)備具有很強(qiáng)的腐蝕性。 另外， 脫硫系統(tǒng)漿液中的 Cl-濃度達(dá)到一定程度時，對塔內(nèi)設(shè)備如攪拌器、泵的金屬葉輪等也有較強(qiáng)的腐蝕。一般脫硫裝置不同部位腐蝕主要表現(xiàn)為以下 4 類[1-2]：

（1）化學(xué)腐蝕。 煙氣中的腐蝕性介質(zhì)如 SO2，SO3， HF， HCl， O2等 ， 在 一 定 的 溫 度 和 濕 度 下與金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可溶性鹽類化合物，使金屬表面逐漸被腐蝕。這種腐蝕在脫硫裝置入口煙道、 氣氣換熱器（GGH）內(nèi)部、 吸收塔塔內(nèi)壁破損處、煙囪內(nèi)防腐涂料受煙氣沖刷或應(yīng)力變化而脫落的地方等都存在。其主要反應(yīng)如下：

（2）電化學(xué)腐蝕。 這種腐蝕主要發(fā)生在吸收塔出口煙道上。點(diǎn)火階段的煙道側(cè)、煙氣中的殘余電解質(zhì)及水在鋼結(jié)構(gòu)的表面，尤其是在焊接處，由于熱處理不當(dāng)?shù)仍颍沟锰寂c鉻化合形成碳的鉻化物，導(dǎo)致電極電位顯著降低，當(dāng)受到腐蝕介質(zhì)作用時，在金屬表面形成原電池，使設(shè)備表面逐漸被腐蝕。電化學(xué)方程如下：

（3）結(jié)晶腐蝕。正常運(yùn)行時， 從吸收塔出口到尾部煙道及煙道與煙囪的連接處均處于與高速流體接觸的環(huán)境中。在這些流速較高的煙氣中，仍然夾帶有大量的未經(jīng)除塵或未被除凈的粉塵及脫硫產(chǎn)物，這些顆粒由于慣性作用將附著于煙囪與煙道連接處，部分液相滲透到防腐層表面的毛細(xì)孔內(nèi)。當(dāng)設(shè)備停用時，在自然干燥下生成結(jié)晶型鹽，同時體積膨脹，使防腐材料自身產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，而使其脫皮、疏松或裂縫損壞。特別是干濕交替作用下，腐蝕更加嚴(yán)重，如吸收塔入口段，預(yù)噴淋區(qū)域，屬于腐蝕環(huán)境最為惡劣的部位之一。

（4）磨損腐蝕， 主要是指高速流動的煙氣及其攜帶顆粒物的腐蝕。這種腐蝕不同于純機(jī)械力的破壞，它是一種包括機(jī)械、化學(xué)和電化學(xué)聯(lián)合作用的過程，一方面高速流動的煙氣加速防腐層表面的磨損，另一方面使已形成的腐蝕產(chǎn)物剝離并讓流體帶走，從而加劇了腐蝕的進(jìn)程。

2 國內(nèi)外無旁路脫硫系統(tǒng)防腐現(xiàn)狀

2.1 國外防腐現(xiàn)狀

國外根據(jù)無旁路脫硫系統(tǒng)的工況特性，經(jīng)過多年對各種金屬材料的試驗(yàn)和篩選，在防腐材料的選擇上將可靠性作為選擇的主要標(biāo)準(zhǔn)，將適用于無旁路脫硫系統(tǒng)的防腐材料定位在鎳基合金上。如美國，主要采用鎳基合金或碳鋼內(nèi)覆高鎳合金板；德國等國家傾向在吸收塔進(jìn)、出口煙道內(nèi)表面使用橡膠襯里，或碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼；日本則采用碳鋼內(nèi)涂玻璃鱗片乙烯基酯樹脂等[3]。

2.2 國內(nèi)防腐現(xiàn)狀

我國濕法脫硫技術(shù)起步較晚，無旁路脫硫方式更是近年才逐漸出現(xiàn)，脫硫防腐方面還沒有形成自己的特色，由于鎳基合金價格昂貴，若在脫硫設(shè)備上大規(guī)模制作運(yùn)用，則花費(fèi)成本太高，目前國內(nèi)也只有少數(shù)公司在脫硫系統(tǒng)防腐上應(yīng)用鎳基合金。較多的還只是在運(yùn)行工況較惡劣的情況下局部運(yùn)用，如吸收塔入口干濕界面，吸收塔攪拌器葉輪等部位。其他運(yùn)用較多的防腐材料有橡膠內(nèi)襯、玻璃鋼、鱗片樹脂涂料、無機(jī)材料等，隨著對脫硫防腐技術(shù)的研究深入，部分材料的抗蝕性能已達(dá)到國外材料的抗蝕標(biāo)準(zhǔn)。

國內(nèi)主流的防腐材料主要有兩大類：一是合金材料，如用于濕煙囪防腐的鈦基合金，用于攪拌器葉片等的鎳基合金；另一類為有機(jī)非金屬材料，作為塔內(nèi)壁或煙道內(nèi)部襯里。由于防腐合金的成本較高，且多數(shù)需從國外進(jìn)口，因此脫硫系統(tǒng)內(nèi)部的防腐逐漸趨向于碳鋼加非金屬襯里的復(fù)合材料方面，并在已改造的無旁路脫硫系統(tǒng)中運(yùn)用良好。

3 防腐材料的特性分析

3.1 合金防腐材料

合金材料由于其特殊的抗蝕性能在脫硫系統(tǒng)尤其是無旁路脫硫系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。在脫硫系統(tǒng)的各設(shè)備中，由于腐蝕性質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式、溫差、漿液沖刷、振動等原因不適合采用金屬貼襯或涂層處理的設(shè)備、轉(zhuǎn)動部件等均需要用到耐蝕合金，巴威公司脫硫吸收塔內(nèi)托盤也是耐蝕合金材料。目前用于無旁路系統(tǒng)的耐蝕合金主要有奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、鎳基合金、復(fù)合鈦板等。由于各合金性能差別，使用前需要根據(jù)合金將要運(yùn)行的環(huán)境條件， 如 pH 值、 溫度范圍、 Cl-濃度范圍、結(jié)垢可能性等，合理計(jì)算耐蝕點(diǎn)當(dāng)量，從而達(dá)到抗蝕能力和經(jīng)濟(jì)性的平衡。

值得注意的是，合金防腐材料的抗蝕性能受到制造方法及施工水平的影響較大，煙囪內(nèi)襯的復(fù)合鈦板、吸收塔入口段的鎳基合金都有嚴(yán)格的施工工藝要求，若工藝控制不良，這些合金防腐材料極易發(fā)生點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、電化學(xué)腐蝕等，從而逐漸失去防腐效果。

3.2 非金屬防腐材料

非金屬防腐材料主要是無機(jī)類材料和有機(jī)非金屬材料。無機(jī)類材料如麻石、陶瓷等雖然具有良好的性價比，但由于綜合性能不足，適合于低防腐要求的部位。有機(jī)類材料特別是有機(jī)非金屬復(fù)合材料，由于其優(yōu)良的耐蝕耐磨性能，宜在無旁路脫硫裝置中大量采用，目前已應(yīng)用于脫硫系統(tǒng)的主要有以下幾類：

（1）玻璃鱗片涂料。 我國早期引進(jìn)的脫硫裝置中大都采用鱗片材料進(jìn)行防腐，它的耐蝕和耐溫性取決于所使用的合成樹脂的種類。玻璃鱗片涂料主要有雙酚A聚酯型、酚醛型乙烯基酯樹脂等， 最高使用溫度可達(dá) 180℃， 瞬時可達(dá) 220℃。目前國內(nèi)自己開發(fā)的玻璃鱗片在性能上與國外還有一定的差距，但玻璃鱗片在抗油污方面良好的性能已使其成為新設(shè)計(jì)無旁路脫硫系統(tǒng)塔內(nèi)壁防腐的首選。

（2）橡膠材料。 橡膠材料的應(yīng)用是隨著膠板粘結(jié)技術(shù)的發(fā)展而推廣的，由于橡膠具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和相對低的價格，作為防腐內(nèi)襯具有耐磨耐腐蝕的特點(diǎn)，在有旁路脫硫系統(tǒng)內(nèi)部得到了廣泛應(yīng)用。目前采用的橡膠內(nèi)襯種類主要有丁基橡膠、溴化丁基橡膠和氯化丁基橡膠等。研究表明[3]： 丁基橡膠具有相對較低的滲透系數(shù)和更高的化學(xué)穩(wěn)定性， 能阻止水蒸氣、 O2和 SO2的擴(kuò)散， 且耐磨性良好，但在 pH 值較低的環(huán)境中，尤其是有油污存在時，受水或水蒸氣的作用，接觸介質(zhì)的襯膠表面容易產(chǎn)生溶脹而脫落。嘉興發(fā)電廠7號機(jī)組曾多次發(fā)生由于油污使襯膠部分脫落而堵塞旋流器的現(xiàn)象。

（3）玻璃鋼。 玻璃鋼是發(fā)展較早的一種復(fù)合材料，具有質(zhì)地輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、保溫性良好等特點(diǎn)，在脫硫裝置中得到廣泛應(yīng)用，但與發(fā)達(dá)國家相比，我國用于煙氣脫硫系統(tǒng)的玻璃鋼制品還比較少，應(yīng)該有很大的發(fā)展?jié)撃堋?/p>

（4）復(fù)合結(jié)構(gòu)。 復(fù)合結(jié)構(gòu)是指用鱗片樹脂涂料和玻璃鋼襯里的復(fù)合， 這種結(jié)構(gòu)在國外 FGD系統(tǒng)的防腐施工中已得到廣泛應(yīng)用，通過玻璃鋼管（FRP）對鱗片樹脂進(jìn)行加強(qiáng)， 可大大改善防護(hù)層的抗?jié)B性、耐磨性、耐溫性，增強(qiáng)了整體性和粘結(jié)力，是無旁路脫硫系統(tǒng)性價比較為理想的防腐方式，值得大量推廣應(yīng)用。

4 無旁路脫硫系統(tǒng)防腐措施的選擇

4.1 脫硫煙道防腐

煙道包括原煙氣煙道和凈煙氣煙道，由于原煙氣煙道處于干煙氣區(qū)，腐蝕性弱，故煙道防腐的重點(diǎn)在于凈煙氣煙道以及吸收塔入口段。

在整個脫硫反應(yīng)過程中，漿液以逆噴淋的形式和煙氣接觸， 以達(dá)到洗滌 SO2的效果， 此過程中不可避免地會濺到吸收塔入口，整個入口段高低溫交錯、干濕混合、環(huán)境惡劣，要求防腐層既要耐腐蝕，又要耐高溫和耐磨損。因此，吸收塔入口段宜采用襯鱗片樹脂加瓷磚或直接采用鎳基合金的防腐方式。

凈煙氣煙道由于要通過低溫高濕的腐蝕性煙氣， 所以從 GGH 原煙道側(cè)入口彎頭處直至煙囪的煙道（包括煙道內(nèi)的導(dǎo)流板）均應(yīng)采取防腐措施。凈煙氣煙道的防腐一般采用襯鱗片樹脂或鎳基合金的方式；導(dǎo)流板直接用鎳基合金。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)滿足相應(yīng)的防腐要求，并保證煙道振動和變形在允許范圍內(nèi)，避免造成防腐層脫落。

對于沒有裝設(shè) GGH 的脫硫裝置，其煙氣帶水量更大， 出口煙氣溫度基本在 50℃左右， 應(yīng)從距離吸收塔入口至少5m處開始采取防腐措施。

4.2 煙囪防腐

煙囪是發(fā)電廠的重要設(shè)備之一，其建造成本高，使用時間長，維修較復(fù)雜。在無旁路方式下，特別是不設(shè)置 GGH 的煙囪， 進(jìn)入煙囪的煙溫在50℃左右， 煙囪內(nèi)壁有嚴(yán)重的結(jié)露， 且筒壁有結(jié)露的酸液流淌。 據(jù)北侖發(fā)電廠的酸液測試，其 pH值在 1.9～2.2 之間， 屬于強(qiáng)酸性。 對有 GGH 的發(fā)電廠，由于旁路取消后脫硫系統(tǒng)隨主機(jī)一起啟動，在點(diǎn)火期間，煙囪仍然處于低溫潮濕煙氣環(huán)境下，故無論脫硫系統(tǒng)是否設(shè)置 GGH 均需要做防腐處理，有 GGH 的煙囪也有濕煙氣運(yùn)行的工況。目前對煙囪的防腐有多種方式，但綜合目前使用效果，在國內(nèi)應(yīng)用最成熟的主要有以下2種：

（1）鈦鋼復(fù)合板內(nèi)襯。 利用了鈦鈍化能力強(qiáng)，對氯化物、硝酸等有很好的耐蝕性的特點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固、防腐效果好。采用該方式防腐的主要問題是造價昂貴、施工相對困難，而且內(nèi)襯要承受較大載荷。

（2）采用發(fā)泡耐酸玻璃磚內(nèi)襯。 國內(nèi)在濕煙囪工況或無旁路脫硫系統(tǒng)中應(yīng)用最成功的是賓高德發(fā)泡磚。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)可靠、防腐效果好，其缺點(diǎn)主要是施工復(fù)雜、工期長，且會減少煙囪內(nèi)徑，不但增大阻力和電耗，而且使石膏雨現(xiàn)象愈趨嚴(yán)重。

4.3 其他設(shè)備防腐

4.3.1 漿液管道

脫硫系統(tǒng)內(nèi)漿液管道主要分漿液輸送管道和吸收塔內(nèi)部管道，內(nèi)部管道主要是噴淋層管和氧化空氣管。漿液輸送管道宜采用碳鋼管襯丁基橡膠或聚丙烯塑料， 塔內(nèi)噴淋管一般采用 FRP。 吸收塔內(nèi)氧化風(fēng)管由于處于富氧和漿液的循環(huán)擾動環(huán)境中， 宜采用抗蝕性較強(qiáng)的雙相不銹鋼 2205制作。

4.3.2 煙氣換熱器

GGH 是干濕煙氣進(jìn)行熱量交換的場合， 環(huán)境較為惡劣，加之當(dāng)前脫硝系統(tǒng)的投運(yùn)，催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抑氧劑的比例不合理都將導(dǎo)致煙氣中 SO3的升高。 在水分存在條件下， 一旦溫度低于 SOx/H2O 露點(diǎn)就會有酸霧生成造成腐蝕， 因此GGH 殼體內(nèi)表面的防腐一般是采用襯高溫鱗片樹脂，而換熱組件一般采用涂搪瓷來防腐，這種方式也適用于無旁路脫硫系統(tǒng)中。

4.3.3 除霧器

在無旁路脫硫系統(tǒng)中， 尤其是不設(shè) GGH 的系統(tǒng)中，除霧器極易受到高溫?zé)煔獾臎_擊，是煙氣脫硫后受到腐蝕性煙氣沖刷最多的設(shè)備。目前除霧器包括除霧板、螺栓、沖洗水管、噴嘴等均采用增強(qiáng)型聚丙烯材料制作，其自身的防腐蝕能力不存在問題。在水平式布置除霧器上，主要是煙道內(nèi)壁的防腐問題，一般采用涂鱗處理。

4.3.4 泵和攪拌器

無旁路系統(tǒng)中，考慮到?jīng)_刷強(qiáng)度和阻力損失的原因，各種與漿液接觸的泵外殼仍采用鋼襯橡膠防腐，葉輪宜選用耐蝕耐磨的合金鋼。另外，考慮到油污的影響，無論是吸收塔的側(cè)進(jìn)式攪拌器還是其他箱罐的頂進(jìn)式攪拌器，其葉輪都宜選用合金鋼材質(zhì)。

4.3.5 吸收塔

吸收塔是脫硫反應(yīng)的核心場所，無旁路方式下，特別是點(diǎn)火階段需要投油的機(jī)組，吸收塔的防腐不宜再采用襯膠設(shè)計(jì)。研究發(fā)現(xiàn)，吸收塔內(nèi)部的腐蝕主要是由于漿液中氯化物的含量過高所引起的點(diǎn)蝕及煙氣沖刷帶來的磨損腐蝕，在油點(diǎn)火階段，還存在未燃盡油粒對塔內(nèi)襯膠設(shè)備的溶脹破壞。針對吸收塔的腐蝕特點(diǎn)，吸收塔內(nèi)壁、噴嘴區(qū)域及底板均宜采用耐磨的鱗片襯里，以便能耐受漿液的沖刷及磨損，進(jìn)口煙道干濕界面宜貼襯合金處理，噴淋層梁通常使用鱗片及聚丙烯（PP）板加強(qiáng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)論

（1）無旁路脫硫系統(tǒng)的防腐要以提高系統(tǒng)可靠性等級為目的。選用防腐材料時要結(jié)合系統(tǒng)的運(yùn)行方式，在采用油系統(tǒng)點(diǎn)火的機(jī)組中要盡量避免采用襯膠的防腐方式。

（2）機(jī)組取消旁路后， 煙氣對煙囪的腐蝕應(yīng)視為強(qiáng)腐蝕等級，無論系統(tǒng)有無 GGH，煙囪都工作在濕煙氣下的工況，因此均應(yīng)對煙囪內(nèi)壁進(jìn)行防腐處理。由于脫硫后煙氣的腐蝕是化學(xué)、物理和機(jī)械等多種因素疊加的復(fù)雜過程，故對新建無旁路機(jī)組煙囪內(nèi)筒應(yīng)盡量采用鈦合金板，雖然造價較高，但其耐腐蝕性能最好，有利于機(jī)組長期安全運(yùn)行。

[1]駱文波，丘紀(jì)華.沙角 A 電廠煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)備的防腐選 擇[J].電站 系 統(tǒng) 工程 ，2003，19（1）∶4-5.

[2]曾庭華，楊華，馬斌，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的安全性及優(yōu)化[M].北京∶中國電力出版社，2003.

[3]李 雄 浩 ，劉 斌 ， 徐 志 安 ，等.燃 煤 煙 氣 濕 法 脫 硫 設(shè) 備[M].北京∶中國電力出版社，2011.

[4]陳彪，李彩華.燃煤機(jī)組濕法煙氣脫硫后煙囪的腐蝕與防 腐 問 題 探 討[J].電 站 系 統(tǒng) 工 程 ，2007，23（6）∶31-34.

（本文編輯：陸 瑩）

Research on Corrosion and Anticorrosion of Non-bypass Desulphurization System

JIN Dong-chun1， JIANG Chen2，LIZhi-guo1
（1.Z（P）EPC Electric Power Research Institute， Hangzhou 310014， China；2.Zhejiang Provincial Energy Group Co.， Ltd， Hangzhou 310012， China）

The paper analyzes corrosion environment and corrosion mechanism in non-bypass desulphurization system and introduces current anticorrosion technologies both here and abroad.On the basis of analyzing properties of various anti-rot materials， the paper discusses anticorrosion scheme for non-bypass system，which provides reference to anticorrosion scheme selection.

wet desulphurization； smoke stack； corrosion； anticorrosion

X701.3

： B

： 1007-1881（2012）11-0065-04

2012-08-31

金東春（1973-）， 男， 浙江浦江人， 高級工程師，從事電力環(huán)保技術(shù)管理和研究工作。