無旁路脫硫系統的腐蝕與防腐問題研究

金東春， 蔣 誠， 李治國

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

無旁路脫硫系統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研究院， 杭州 3100141； 2．浙江省能源集團有限公司， 杭州 310012）

分析了發電廠無旁路脫硫系統內部的腐蝕環境和腐蝕機理，介紹了國內外無旁路脫硫系統的防腐技術現狀，在分析各防腐材料特性的基礎上，討論了無旁路脫硫系統中各設備的防腐措施，為防腐方案的選擇提供參考。

濕法脫硫；煙囪；腐蝕；防腐

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

在無旁路脫硫系統中，煙氣含有油污、飛灰等雜質，同時對設備可靠性的要求更高，因而要求系統具有更高的抗蝕性能。在此通過對無旁路脫硫系統內腐蝕環境和腐蝕機理的分析，提出了一系列防腐措施。

1 無旁路系統的腐蝕環境和腐蝕機理

1.1 點火階段的腐蝕

無旁路脫硫系統需要與鍋爐系統一起啟動，在點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。在點火投油過程中，煙氣對設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襯橡膠的防腐形式，在油污進入吸收塔后，未燃盡的油污會對非極性的橡膠產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或噴嘴，這是采用橡膠防腐內襯的無旁路脫硫系統的典型問題。

1.2 運行階段的腐蝕機理

運行階段，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，在脫硫系統內部對鋼制設備具有很強的腐蝕性。 另外， 脫硫系統漿液中的 Cl-濃度達到一定程度時，對塔內設備如攪拌器、泵的金屬葉輪等也有較強的腐蝕。一般脫硫裝置不同部位腐蝕主要表現為以下 4 類[1-2]：

（1）化學腐蝕。 煙氣中的腐蝕性介質如 SO2，SO3， HF， HCl， O2等 ， 在 一 定 的 溫 度 和 濕 度 下與金屬材料發生化學反應，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）內部、 吸收塔塔內壁破損處、煙囪內防腐涂料受煙氣沖刷或應力變化而脫落的地方等都存在。其主要反應如下：

（2）電化學腐蝕。 這種腐蝕主要發生在吸收塔出口煙道上。點火階段的煙道側、煙氣中的殘余電解質及水在鋼結構的表面，尤其是在焊接處，由于熱處理不當等原因，使得碳與鉻化合形成碳的鉻化物，導致電極電位顯著降低，當受到腐蝕介質作用時，在金屬表面形成原電池，使設備表面逐漸被腐蝕。電化學方程如下：

（3）結晶腐蝕。正常運行時， 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境中。在這些流速較高的煙氣中，仍然夾帶有大量的未經除塵或未被除凈的粉塵及脫硫產物，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孔內。當設備停用時，在自然干燥下生成結晶型鹽，同時體積膨脹，使防腐材料自身產生內應力，而使其脫皮、疏松或裂縫損壞。特別是干濕交替作用下，腐蝕更加嚴重，如吸收塔入口段，預噴淋區域，屬于腐蝕環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械力的破壞，它是一種包括機械、化學和電化學聯合作用的過程，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物剝離并讓流體帶走，從而加劇了腐蝕的進程。

2 國內外無旁路脫硫系統防腐現狀

2.1 國外防腐現狀

國外根據無旁路脫硫系統的工況特性，經過多年對各種金屬材料的試驗和篩選，在防腐材料的選擇上將可靠性作為選擇的主要標準，將適用于無旁路脫硫系統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覆高鎳合金板；德國等國家傾向在吸收塔進、出口煙道內表面使用橡膠襯里，或碳鋼內襯玻璃鋼；日本則采用碳鋼內涂玻璃鱗片乙烯基酯樹脂等[3]。

2.2 國內防腐現狀

我國濕法脫硫技術起步較晚，無旁路脫硫方式更是近年才逐漸出現，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，若在脫硫設備上大規模制作運用，則花費成本太高，目前國內也只有少數公司在脫硫系統防腐上應用鎳基合金。較多的還只是在運行工況較惡劣的情況下局部運用，如吸收塔入口干濕界面，吸收塔攪拌器葉輪等部位。其他運用較多的防腐材料有橡膠內襯、玻璃鋼、鱗片樹脂涂料、無機材料等，隨著對脫硫防腐技術的研究深入，部分材料的抗蝕性能已達到國外材料的抗蝕標準。

國內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；另一類為有機非金屬材料，作為塔內壁或煙道內部襯里。由于防腐合金的成本較高，且多數需從國外進口，因此脫硫系統內部的防腐逐漸趨向于碳鋼加非金屬襯里的復合材料方面，并在已改造的無旁路脫硫系統中運用良好。

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尤其是無旁路脫硫系統中得到廣泛應用。在脫硫系統的各設備中，由于腐蝕性質、結構形式、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備、轉動部件等均需要用到耐蝕合金，巴威公司脫硫吸收塔內托盤也是耐蝕合金材料。目前用于無旁路系統的耐蝕合金主要有奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、鎳基合金、復合鈦板等。由于各合金性能差別，使用前需要根據合金將要運行的環境條件， 如 pH 值、 溫度范圍、 Cl-濃度范圍、結垢可能性等，合理計算耐蝕點當量，從而達到抗蝕能力和經濟性的平衡。

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，煙囪內襯的復合鈦板、吸收塔入口段的鎳基合金都有嚴格的施工工藝要求，若工藝控制不良，這些合金防腐材料極易發生點蝕、縫隙腐蝕、電化學腐蝕等，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類材料和有機非金屬材料。無機類材料如麻石、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。有機類材料特別是有機非金屬復合材料，由于其優良的耐蝕耐磨性能，宜在無旁路脫硫裝置中大量采用，目前已應用于脫硫系統的主要有以下幾類：

（1）玻璃鱗片涂料。 我國早期引進的脫硫裝置中大都采用鱗片材料進行防腐，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 180℃， 瞬時可達 220℃。目前國內自己開發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計無旁路脫硫系統塔內壁防腐的首選。

（2）橡膠材料。 橡膠材料的應用是隨著膠板粘結技術的發展而推廣的，由于橡膠具有良好的化學穩定性和相對低的價格，作為防腐內襯具有耐磨耐腐蝕的特點，在有旁路脫硫系統內部得到了廣泛應用。目前采用的橡膠內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和更高的化學穩定性， 能阻止水蒸氣、 O2和 SO2的擴散， 且耐磨性良好，但在 pH 值較低的環境中，尤其是有油污存在時，受水或水蒸氣的作用，接觸介質的襯膠表面容易產生溶脹而脫落。嘉興發電廠7號機組曾多次發生由于油污使襯膠部分脫落而堵塞旋流器的現象。

（3）玻璃鋼。 玻璃鋼是發展較早的一種復合材料，具有質地輕、強度高、耐腐蝕、保溫性良好等特點，在脫硫裝置中得到廣泛應用，但與發達國家相比，我國用于煙氣脫硫系統的玻璃鋼制品還比較少，應該有很大的發展潛能。

（4）復合結構。 復合結構是指用鱗片樹脂涂料和玻璃鋼襯里的復合， 這種結構在國外 FGD系統的防腐施工中已得到廣泛應用，通過玻璃鋼管（FRP）對鱗片樹脂進行加強， 可大大改善防護層的抗滲性、耐磨性、耐溫性，增強了整體性和粘結力，是無旁路脫硫系統性價比較為理想的防腐方式，值得大量推廣應用。

4 無旁路脫硫系統防腐措施的選擇

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，腐蝕性弱，故煙道防腐的重點在于凈煙氣煙道以及吸收塔入口段。

在整個脫硫反應過程中，漿液以逆噴淋的形式和煙氣接觸， 以達到洗滌 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 原煙道側入口彎頭處直至煙囪的煙道（包括煙道內的導流板）均應采取防腐措施。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；導流板直接用鎳基合金。在結構設計上，應滿足相應的防腐要求，并保證煙道振動和變形在允許范圍內，避免造成防腐層脫落。

對于沒有裝設 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

煙囪是發電廠的重要設備之一，其建造成本高，使用時間長，維修較復雜。在無旁路方式下，特別是不設置 GGH 的煙囪， 進入煙囪的煙溫在50℃左右， 煙囪內壁有嚴重的結露， 且筒壁有結露的酸液流淌。 據北侖發電廠的酸液測試，其 pH值在 1.9～2.2 之間， 屬于強酸性。 對有 GGH 的發電廠，由于旁路取消后脫硫系統隨主機一起啟動，在點火期間，煙囪仍然處于低溫潮濕煙氣環境下，故無論脫硫系統是否設置 GGH 均需要做防腐處理，有 GGH 的煙囪也有濕煙氣運行的工況。目前對煙囪的防腐有多種方式，但綜合目前使用效果，在國內應用最成熟的主要有以下2種：

（1）鈦鋼復合板內襯。 利用了鈦鈍化能力強，對氯化物、硝酸等有很好的耐蝕性的特點，其優點是結構牢固、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，而且內襯要承受較大載荷。

（2）采用發泡耐酸玻璃磚內襯。 國內在濕煙囪工況或無旁路脫硫系統中應用最成功的是賓高德發泡磚。其優點是結構可靠、防腐效果好，其缺點主要是施工復雜、工期長，且會減少煙囪內徑，不但增大阻力和電耗，而且使石膏雨現象愈趨嚴重。

4.3 其他設備防腐

4.3.1 漿液管道

脫硫系統內漿液管道主要分漿液輸送管道和吸收塔內部管道，內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， 塔內噴淋管一般采用 FRP。 吸收塔內氧化風管由于處于富氧和漿液的循環擾動環境中， 宜采用抗蝕性較強的雙相不銹鋼 2205制作。

4.3.2 煙氣換熱器

GGH 是干濕煙氣進行熱量交換的場合， 環境較為惡劣，加之當前脫硝系統的投運，催化劑的結構設計和抑氧劑的比例不合理都將導致煙氣中 SO3的升高。 在水分存在條件下， 一旦溫度低于 SOx/H2O 露點就會有酸霧生成造成腐蝕， 因此GGH 殼體內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中。

4.3.3 除霧器

在無旁路脫硫系統中， 尤其是不設 GGH 的系統中，除霧器極易受到高溫煙氣的沖擊，是煙氣脫硫后受到腐蝕性煙氣沖刷最多的設備。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

無旁路系統中，考慮到沖刷強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，無論是吸收塔的側進式攪拌器還是其他箱罐的頂進式攪拌器，其葉輪都宜選用合金鋼材質。

4.3.5 吸收塔

吸收塔是脫硫反應的核心場所，無旁路方式下，特別是點火階段需要投油的機組，吸收塔的防腐不宜再采用襯膠設計。研究發現，吸收塔內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蝕及煙氣沖刷帶來的磨損腐蝕，在油點火階段，還存在未燃盡油粒對塔內襯膠設備的溶脹破壞。針對吸收塔的腐蝕特點，吸收塔內壁、噴嘴區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）板加強的復合結構。

5 結論

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

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

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

[2]曾庭華，楊華，馬斌，等.濕法煙氣脫硫系統的安全性及優化[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 備[M].北京∶中國電力出版社，2011.

[4]陳彪，李彩華.燃煤機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 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，從事電力環保技術管理和研究工作。