燃煤电厂脱硫系统设备腐蚀与防护技术

张立超

(国能宁夏鸳鸯湖第一发电有限公司，银川 750001)

0 引 言

目前，SO2是造成我国大气污染以及酸雨的主要原因，其中燃煤电厂SO2排放量约占全国SO2排放量的50%，并且所带来的危害呈逐年递增趋势，因此电力企业必须予以重视。由于电厂在生产中会伴随一些有毒气体，这些气体会通过相关的设备管路，具有很强的腐蚀性，并且由于吸收塔的入口处和内腔的温度相差很大，长期处于酸性和碱性的交替状态。从这一点可以看出，在电厂的脱硫设备在运行的过程中存在着极易腐蚀的问题，所以必须采取相应的措施来进行优化。

1 烟气脱硫设备的腐蚀机理

1.1 设备的腐蚀环境

锅炉排放的废气中含有大量的腐蚀性、酸性气体，如SO2、SO3、 NOX等。在正常条件下，锅炉中所排出的烟气温度较高，但是其湿度较低，而在一般情况下不会对锅炉等金属设备产生腐蚀，但是乐器在脱硫脱硝的过程中，由于烟气的整体温度是低于湿度的饱和点，因此其中的水蒸汽就会凝结成为液态水与SO2、SO3等酸性气体发生化学反应，形成硫酸、亚硫酸等酸溶液，从而导致设备的腐蚀[1]。烟气露点温度与烟气组分及含水量有关，露点较高时，水汽较容易凝结。但是由于烟气中的SO2、SO3、 NOX等成分的存在，会使露点温度升高，从而导致酸露点温度超过100 ℃。锅炉的烟气在经过换热器的情况下，锅炉的原烟通常冷却到80～110℃，再进入吸收塔中进行石灰石浆的脱硫，使烟气的温度降到40～50 ℃；脱硫后的烟气通过除雾器排出吸收塔，，在后续的过程中也会产生一系列的腐蚀物质，然后发生沉淀现象，从而导致设备的腐蚀。

图1 脱硫系统的工艺流程

1.2 腐蚀的主要现象和腐蚀机理

1.2.1 化学腐蚀

电场锅炉烟气中含有部分腐蚀性介质，在一定温度下它会与钢铁发生相应的化学反应，从而生成一种可溶性的铁盐。在这种情况下就会导致电厂的锅炉金属设备受到腐蚀部分设备无法正常工作，其具体的化学反应方程式如下:

Fe+SO2+H2O=FeSO3+H2

Fe+SO2+O2=FeSO4

2HC1+Fe=FeC12+H2

如果在生产过程中有氢气扩散到了金属内部，会发生以下的化学反应:Fe3C+2H2=3Fe+CH4

这会使得过路系统那一步的碳钢出现脱碳，金相组织被破坏。

电化学腐蚀:湿法脱硫金属表面有水及电解质，形成原电池而产生电流，使金属表面逐渐锈蚀。特别在焊接点处更易发生。

阳极(氧化):Fe→Fe2++2e

阴极(还原):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

以上两类反应同时发生在防腐层脱落的金属表面。

1.2.2 晶间腐蚀

石灰石一石膏工艺的浆液是一种碱性的溶液，它在吸收SO2后会产生可溶性的硫酸钙和硫酸钙[2]。它的溶液渗透到表面防腐层的毛细孔中，在停止使用后，由于其本身的干燥，会形成晶体状的盐，而体积膨胀则会引起设备本身的腐蚀物质的内应力，从而造成脱皮、粉化、疏松或开裂。特别是在干湿交替的情况下，晶体盐的体积会增大数十倍，使腐蚀加剧。

1.2.3 磨损腐蚀

在烟气脱硫中，固体脱硫剂与设备的表面发生反应产生了摩擦，并通过不断的更新表面而使其越来越薄，从而加快了系统的腐蚀。

2 脱硫设备的防腐方法

2.1 材料的选择原则

为了提高脱硫装置的抗腐蚀能力，材料的选用是关键，首先所选用的防腐蚀材料必须能够耐高温，并能在烟气中长时间使用而不会发生老化、开裂、有一定的强度和韧性；第二，所选用的材料应容易传递热量，并且不会因为长时间的温差而产生起壳和剥落。在脱硫装置的防腐方面，必须符合以下几点：耐腐蚀材料对水蒸汽、SO2、HCI、O2及其它气体渗透率低，耐酸、碱腐蚀，具有较强的抗氧化性与耐热性、耐磨性，可以很好的与基体粘合。

2.2 适用于电厂脱硫设备的防腐材料

2.2.1 合金钢和复合钢板

有关研究显示，常规的不锈钢和抗酸钢无法有效地保护电厂脱硫系统，而镍基合金则是更好的耐酸性材料。国内外许多国家都在使用镍基合金来保护电厂的脱硫装置。相对于其它的防腐蚀材料，镍基合金在施工安全、耐腐蚀、耐压等方面都有很大的优越性，只是成本相对较高[3]。

2.2.2 胶泥和砖板衬里

砖板衬里主要是在金属装置的内部涂一层耐腐蚀胶泥，以防止腐蚀介质与设备之间的接触，使电厂脱硫装置免受腐蚀。另外，由于砖板衬里具有较高的机械强度和良好的抗腐蚀性能，因而被广泛使用。1950年，我国发明了砖板衬里技术，经过很长一段时间的生产实践，积累了大量的经验，同时还开发出了大量价格低廉、但质量优良的砖板与胶泥。目前国内电厂脱硫装置所用的砖板主要为铸石板和花岗岩。然而，该装置也存在诸多缺陷，如施工周期长、设备笨重、抗震能力差等。

2.2.3 橡胶装置

橡胶是日常生活中常用的一种材料，它的价格相对低廉，而且它的化学组成也相对稳定，因而在许多地区得到了广泛的使用。丁基橡胶具有较好的化学稳定性，丁基橡胶的主要原材料为异丁烯、异戊二烯、氯甲烷、AlCl3催化剂，具有较低的渗透率，所以能有效地阻止水蒸气、氧气、二氧化硫等污染物的扩散，不易磨损，并能有效地保护电厂的脱硫设备。丁基橡胶的生产配方和技术条件见表1。

表1 丁基橡胶生产配方及技术条件

2.2.4 玻璃钢

玻璃钢是一种可以使用很长时间的复合型材料，其具有较长的应用历史，这种材料在应用过程中具备较好的绝缘性能，强度也较高，而且耐腐蚀玻璃钢，因此可以根据材料的特点来进行设计，迅速成形，维护也比较容易。在1970年， 电厂的脱硫开始使用玻璃钢材料，但是由于加入了乙烯树脂玻璃钢的材料，整体耐腐蚀性能得到了大大增强，而且出现了较大直径的玻璃钢材料，玻璃钢的使用范围也逐渐扩大，在电厂的脱硫设备中也有较好的使用[4]。与世界上其它发达国家比较来说，国内可用于电厂脱硫设备的玻璃钢种类数量较少，且缺少评价方法和技术，从而制约了玻璃钢制产品在电厂脱硫装置中的应用。

2.2.5 高性能的防腐蚀涂料

高性能的防腐蚀涂料是一种较为优良的防腐蚀材料，能够在极强的腐蚀性环境下工作。通过对国内市场的调研，发现目前国内生产的高性能防腐蚀涂料多为鳞片涂料。而鳞片涂料是以极薄的耐腐蚀性鳞片为主要原料，再以耐蚀树脂为粘合剂，将二者组合而成的高效腐涂料，其结构优良，具有很好的防渗性。采用该鳞片涂料制成的鳞片衬层，其耐腐蚀能力强，施工周期短，操作简单，使用寿命较长，维修成本也比较低。因此，这一技术得到了许多发达国家的重视，在此基础上，他们开发出了许多优良的防腐涂料，在电厂的脱硫设备中得到了广泛的应用，并获得了良好的经济效益。

3 电厂脱硫设施的防腐以及防护措施

3.1 湿烟囱法

在电厂中，脱硫设备衬里一般都是采用的无机材料，如果是处于较为潮湿的环境中就会发生腐蚀的现象，会导致衬里的使用寿命下降，因此在使用大约4～5年后就需要更换新的衬里，因此这种材料的抗腐蚀性能较差。目前国内使用的是 WFGD设备，在此设备中，通常使用316L碳钢等高强度耐腐蚀材料作为衬里的基础加工材料。而在国外的一些发达地区，通常都是采用合金贴墙纸的技术，这种工艺的合金具有非常好的耐腐蚀性能，尽管采用湿烟囱工艺取得了很好的效果，但其对所采用的材料和工艺都有着较为严格的标准规范。现阶段我国的湿烟囱法设计方面仍存在一定的漏洞，而且技术方面人不成熟，因此很难解决烟囱雨的问题，因而不能推广使用湿烟囱法。若要采用湿烟囱法，则要结合电厂的实际情况，全面考虑下列影响因素：首先，要考虑到电厂在使用中的具体能力；其次，分析烟囱的设计方案，并考虑是否可以采用这种方法；最后，要综合考虑电厂的具体地理位置和周边环境。在适宜的条件下采用湿烟囱法既能对电厂脱硫装置起到防腐和防护的效果，又能有效地防止烟气的外溢，最大限度地减少低腐蚀溶液与有害气体对脱硫装置带来的腐蚀和污染。

3.2 烟塔合一法

20世纪80年代，烟塔合一法的发明与应用最早在德国开展。所谓的“烟塔合一”，就是对烟气脱硫，通过管道输送到冷却塔，最终与塔中的空气一起排入大气。为了达到较好的防腐蚀效果，通常将此工艺用于脱硫装置的防腐处理，这一工艺大大简化了原有的烟气系统，减少了脱硫装置的施工和加工的费用，不但能够在一定程度上保护环境，而且取得了较好的经济效益。目前国内多数具备一定规模的电厂，都选择采用烟塔合一法进行防腐蚀处理。烟塔合一工艺中，需要选用优良的耐蚀材料作为烟塔内衬的主要应用材料，通常选用复合钢板。这种材质有很好的抗腐蚀性能，316L的碳钢和镍基合金都是很好的材质。除以上所列的一些材料之外，玻璃钢也可用于烟筒的衬里，并有较好的防腐蚀作用。除此之外，玻璃钢在长时间的应用过程中可以始终维持较好的使用效果，成本也很低，也能成功适用于烟塔合一法，帮助脱硫装置在恶劣的工作条件下不被腐蚀。

目前，国内大部分的电厂都会采用316L镍基合金来进行脱硫装置的防腐防护处理，不过由于成本太高，大部分情况下都会选用更便宜的耐腐蚀材料。从经济和环保的角度来看，高性能的防腐蚀涂料是目前最好的防腐蚀材料，主要有不锈钢和玻璃鳞片两种，玻璃鳞片的使用范围很广，它的耐腐蚀性也很强。但在实际操作中，这种材料容易出现磨损和脱落，使用寿命不长，并且一旦脱落就需要立即进行二次涂刷，否则会造成设备的腐蚀和破损。此外，使用玻璃鳞片进行脱硫装置的防腐操作时要注意的是：使用玻璃鳞片前，必须对其进行充分、细致的偶联剂处理，以免少量的腐蚀性微粒会渗入到衬里，对设备的基体带来损害。同时，在涂抹时，要去除玻璃鳞片上的气泡，以保证其良好的防腐蚀性能。最后采用真空搅拌法，科学有效地调配玻璃鳞片的调料，确保其粘合性能。

4 结束语

电厂脱硫装置长期处于高温的环境下工作，受到的腐蚀和损耗都非常大，如果不能采取科学有效的措施进行防腐和防护，就会导致脱硫设备出现损坏甚至报废的情况，从而影响到整个电厂运行的安全稳定。因此，各发电企业应该加强对脱硫设备的防腐蚀和保护，一方面加快技术研究，减少气体给设备带来的损害，另一方面要选用具有成本效益的材料，尽量增强设备的耐腐蚀性能，保证电厂的正常运行。