半干法脱硫工艺吸收塔防磨防腐技术的研究与应用

郭佳明 赵伟伟 潘新民

（1.内蒙古京海煤矸石发电有限责任公司，内蒙古 乌海 016000；2.上海龙明建设发展有限公司，上海 200000）

0 引言

尽管在“双碳”背景下，国家提倡绿色能源的方式以降低煤炭的消耗量，但不可否认的是，煤炭仍然是我国当下最主要的发电厂使用能源且消耗量巨大[1]。经过燃烧后，煤炭不可避免地会释放大量粉尘、氮化物、硫化物等有害气体，给大气环境造成沉重的负担，也给大气环境治理带来极大挑战[2]。通过超低排放干法脱硫系统设备的设置，可以有效提高火电机组烟气脱硫、脱硝、除尘的效率，但超低排放干法脱硫系统设备在使用过程中不可避免地会受到腐蚀作用和脱硫剂等材料的摩擦作用，导致吸收塔的腐蚀和损坏，给机组的安全稳定运行带来威胁。因此，研究半干法脱硫工艺吸收塔防磨防腐技术具有十分重要的意义。

1 工程背景

内蒙古京海煤矸石发电有限责任公司2×330MW机组采用的是东方锅炉（集团）有限公司设计生产的DG1177/17.4-Ⅱ1 型CFB 锅炉，超低排放系统采用龙净自主研发的专门用于火电机组烟气脱硫、脱硝、除尘的新型DSC-M 烟气干式超净+技术。该技术通过循环流化床双段式吸收塔和超净布袋除尘器的有机结合，可实现脱硫、脱硝、除尘及多污染物协同治理，而且没有废水产生。在2016 年2 号锅炉脱硫除尘系统的超低排放改造工程中，装置建设完成后一次性投运成功，SO2 排放浓度＜35mg/Nm3，NOx排放浓度＜50/Nm3，烟尘＜5mg/Nm3，实现了超低排放指标。#2 锅炉脱硫除尘系统的吸收塔主体材质为Q235B，整体高度69.7m，各组件部分参数为入口立段6380mm×12mm，文丘里6380mm×6mm.，锥体6380mm/10800mm×10mm，直管段10800mm×16mm，出口9600mm×8mm。

自投运以来，由于运营主体在超低排放干法脱硫系统设备防腐方面经验不足，为降低运行成本，投运初期系统将电石渣作为脱硫剂，对#2 炉超低排放吸收塔本体腐蚀、运行情况判断不准确，未准确对其进行劣化分析，没有及时对其进行防腐处理及参数调整，因此导致其吸收塔内壁大面积腐蚀超标，甚至出现吸收塔内壁被腐穿现象。2020年12 月起，由于电石渣废料活性较低，导致其用量较大，同时因其内部杂质较多，导致吸收塔内部磨损严重，因此#2 机组已出现吸收塔漏风现象。2021 年，#2 炉吸收塔因凝结酸液浓度高，吸收塔内壁腐蚀严重，频繁泄漏（泄漏最大孔洞面积约为1.3m2），制约机组安全稳定运行，影响机组经济运行，因此在2021 年持续对#2 炉吸收塔出口部位漏点进行贴板补焊（板厚10mm，后期制作防磨后使用5mm 钢板），并在检修期间对吸收塔出口段制作耐磨胶泥和耐磨陶瓷保护层，极大地改善了吸收塔漏风状况。在检修期间对#2 炉吸收塔斜段进行检查，发现锥形段腐蚀严重，测量壁厚最薄处仅剩余4.5mm（原厚度10mm）。同时检查了吸收塔文丘里管上部，发现有大量脱落氧化皮附着在上面，吸收塔磨损及腐蚀问题亟需处理。检修期间#2 炉吸收塔本体内壁腐蚀及破损情况如图1 和图2 所示。

图1 检修期间#2 炉吸收塔本体内壁腐蚀情况

图2 检修期间#2 炉吸收塔本体内壁破损情况

2 半干法脱硫工艺吸收塔防磨防腐技术研究

根据现有设备的防磨经验，该文提出4 个检修方案，分别是对吸收塔磨损区域进行防磨喷涂（方案一）、在吸收塔内部敷设耐磨胶泥（方案二）、在吸收塔内部敷设耐磨陶瓷片（方案三）、在吸收塔内部敷设耐磨陶瓷片（方案四），对各方案的具体工艺分析如下。

方案一：对吸收塔磨损区域进行防磨喷涂。

对吸收塔内表面进行喷砂打磨后，使用镍基合金进行喷涂。由于镍和镍的合金拥有良好的耐蚀性、耐氧化性，对盐水的耐蚀性和在中性或碱性盐类溶液中的耐蚀性都很强，对非强氧化性酸的耐蚀性也较好，因此被广泛使用在各类要求耐磨、耐腐蚀的工具和设备，厂内锅炉喷涂即使用蒙乃尔合金[3]。同时喷涂涂层较薄，自身质量较轻，喷涂完成后对整体钢结构负担较轻，其所需的人工及工序较少，可减少施工周期。耐磨喷涂缺点在于使用时间短，以炉内施工经验判断，有效寿命为一年左右且施工时需要注意做好防火措施。耐磨喷涂费用1280 元/m2，预计喷涂材料费用为230.4 万元（不包括脚手架）。

方案二：在吸收塔内部敷设耐磨胶泥（耐磨涂料）。

在吸收塔内部焊接销钉及龟甲网，在龟甲网外侧敷设15mm 耐磨胶泥。此方案优点在于耐磨涂层使用寿命长，一般有效期为3～4 年，可根据工况环境对涂料组分进行调整，对工况的适应性较好，自身硬度较高，抗压强度在100℃下可达到65MPa[4-5]。但耐磨胶泥存在施工周期长、施工量较大且需要高温烘烤稳定的缺点，密度2.2t/m³，施工后吸收塔整体质量增加较多，同时一旦出现脱落可能造成吸收塔文丘里管道堵塞和排灰机卡涩现象，进而影响系统运行。耐磨胶泥费用1800 元/m2，预计需要费用324 万元（不包括脚手架）。

方案三：在吸收塔内部敷设耐磨陶瓷片。

将吸收塔内部腐蚀表面打磨清理，然后使用耐磨陶瓷黏贴胶涂抹表面，并黏贴陶瓷片。耐磨陶瓷片优势在于硬度大，其洛氏硬度为HRA80～90，硬度仅次于金刚石，耐磨性相当于锰钢的266 倍，同时质量较轻。但其施工工艺存在一定缺陷，黏贴胶的韧性、耐老化性、耐腐蚀性不足，不能应对温度和酸碱度波动较大的工况。同时需要对不同位置需要调整并控制好黏贴胶凝固速度，否则将造成材料的浪费及工期的延迟[6]。耐磨陶瓷的使用寿命约为2～3 年，施工费用900 元/m2，预计整体需要162 万元（不包括脚手架）。

方案四：防腐涂料（SN20 高温重腐蚀防腐剂）。

在吸收塔文丘里锥形段向上的直段，利用喷砂的方式将表面氧化层清理干净，再使用SN20 高温重腐蚀防腐剂进行喷涂作业。SN20 高温重腐蚀防腐剂能在酸及弱碱工况下长时间保持完整，施工速度较快，也能保证足够的防腐蚀作用[7-8]。预计整体需要119.8 万元（不包括脚手架）。

根据施工相关的工序、材料性能和价格因素，第一方案质保周期短，需要重复进行满膛脚手架搭设作业，危险性和维护工程量较大；第二种方案过多使用将造成吸收塔整体质量增加，吸收塔下沉，影响吸收塔运行和脚手架搭拆安全；第三、第四种方案均可在较长时间内保证吸收塔性能，但从工期及费用上考虑，第四种方案较迅速，因此选择使用第四种方案进行吸收塔本体的防磨防腐处理。

3 半干法脱硫工艺吸收塔防磨防腐技术的应用效果

半干法脱硫工艺吸收塔本体防磨防腐处理前和处理后的摩擦系数对比如图3 和表1 所示。从图3 可以看出，半干法脱硫工艺吸收塔本体防磨防腐处理前后的摩擦系数曲线变化规律基本一致，吸收塔本体的摩擦系数均在摩擦初期呈近线形增加，随后进入非线形增加阶段，但增加幅度仍较快。在摩擦后期，吸收塔本体的膜材系数进入波动稳定阶段，摩擦系数呈现剧烈波动，但其波动范围变化较小，表现为相对稳定。从图3 还可以看出，采用SN20高温重腐蚀防腐剂处理后，半干法脱硫工艺吸收塔本体防磨防腐处理后的摩擦系数明显比处理前的低，波动稳定阶段，防磨防腐处理前的摩擦系数平均值为0.64，防磨防腐处理后的摩擦系数平均值为0.45。由此表明，采用SN20高温重腐蚀防腐剂处理有效增加了润滑作用，降低了电石渣废料对半干法脱硫工艺吸收塔本体的摩蚀。

图3 半干法脱硫工艺吸收塔本体防磨防腐处理前和处理后的摩擦系数曲线

表1 半干法脱硫工艺吸收塔本体防磨防腐处理前和处理后的摩擦系数对比

半干法脱硫工艺吸收塔本体防磨防腐处理前、处理后的磨痕表面形貌如图4 和图5 所示。对比图4 和图5 可以发现，未采取防磨和防腐处理时，吸收塔本体表面的磨痕粗糙，磨痕宽度和深度较大，磨痕宽度在显微镜下达到1787.45μm。而采取防磨和防腐处理后，涂层起到了良好的润滑作用，吸收塔本体涂层表面的磨痕相对平滑，磨痕宽度和深度较小，磨痕宽度在显微镜下达到1347.68μm。

图4 半干法脱硫工艺吸收塔本体防磨防腐处理前的磨痕表面形貌

图5 半干法脱硫工艺吸收塔本体防磨防腐处理后的磨痕表面形貌

4 结论

该文以内蒙古京海煤矸石发电有限责任公司2×330MW 机组#2 炉超低排放吸收塔为研究对象，在研究半干法脱硫工艺吸收塔本体的腐蚀和磨损现状后，分析了吸收塔磨损区域进行防磨喷涂（方案一）、在吸收塔内部敷设耐磨胶泥（方案二）、在吸收塔内部敷设耐磨陶瓷片（方案三）、在吸收塔内部敷设耐磨陶瓷片（方案四）4 种防磨防腐工艺，采取方案四进行防磨防腐处理，并研究处理后的摩擦系数、摩擦形貌变化过程，得出以下结论：1）综合研究4 种技术方案，第一方案质保周期短，需要重复进行满膛脚手架搭设作业，危险性和维护工程量较大；第二种方案过多使用将造成吸收塔整体质量增加，吸收塔下沉，影响吸收塔运行和脚手架搭拆安全；第三、第四种方案均可在较长时间内保证吸收塔性能，但从工期及费用上考虑，第四种方案较迅速，因此选择使用第四种方案进行吸收塔本体的防磨防腐处理。2）半干法脱硫工艺吸收塔本体防磨防腐处理前波动稳定阶段的摩擦系数平均值为0.64，而防磨防腐处理后的摩擦系数平均值为0.45，由此表明采用SN20 高温重腐蚀防腐剂处理有效增加了润滑作用，降低了电石渣废料对半干法脱硫工艺吸收塔本体的摩蚀。3）未采取防磨和防腐处理时，吸收塔本体表面的磨痕粗糙，磨痕宽度和深度较大，磨痕宽度在显微镜下达到1787.45μm。而采取防磨和防腐处理后，涂层起到了良好的润滑作用，吸收塔本体涂层表面的磨痕相对平滑，磨痕宽度和深度较小，磨痕宽度在显微镜下达到1347.68μm。