煙氣脫硫后處理循環泵腐蝕原因分析及應對措施

黃逸

摘要：濕法煙氣脫硫工藝中，漿液循環泵主要作用是將石灰石漿液從吸收塔底部送至噴淋系統。管道中的漿液固含粒度為左右，長期運轉會對葉輪等過流件產生物理磨損，導致葉輪防磨層脫落;漿液的值為漿液中存在著不同的金屬離子及高含量的氣離子，會對葉輪造成電化學腐蝕。在這樣工況下運行一段時間后，漿液循環泵會出現不同程度的腐蝕磨損，導致脫硫率下降，長期運行會帶來安全隱患。

關鍵詞：煙氣脫硫;循環泵腐蝕;原因分析

引言

目前，石灰石-石膏濕法脫硫工藝由于適用的煤種范圍廣、脫硫效率高、吸收劑利用率高、設備運轉率高、工作的可靠性高、脫硫劑-石灰石來源豐富且廉價等優點。已經成為火電廠最成熟的煙氣脫硫工藝，而濕法脫硫設備較多長期處于pH較低的介質環境中，極易腐蝕，因此了解脫硫設備的腐蝕機理，選擇合適的防腐蝕耐沖刷材料作為襯里，對于設備的長周期安全穩定運行至關重要。現階段，脫硫系統防腐分為，罐體防腐，泵葉輪以及泵殼防腐，管道防腐，煙囪防腐，地坑防腐。所使用的防腐材料主要有玻璃鱗片、橡膠、環氧樹脂，玻化磚四種。現就各設備的腐蝕機理以及防腐材料的選擇進行探討。

1后處理循環泵性能參數和結構特點

后處理循環泵設計為三臺，兩開一備，生產廠家為襄樊五二五，型號為HZ350，設計揚程為3m，密封形式為雙端面機械密封，葉輪為半開式葉輪，葉輪、蝸殼、軸、軸套、葉輪鎖緊螺母等材質為2205雙相鋼，雙端面機械密封材質為316奧氏體不銹鋼，沖洗方式為PLAN54，能夠有效地減小介質對機械密封的沖刷和腐蝕。

2循環漿液泵

案例電廠濕法脫硫系統吸收塔內設有五層噴淋，石灰石漿液可通過循環漿液泵傳送至吸收塔噴淋層，此時石灰石可與煙氣中二氧化硫發生反應，以此實現除硫。濕法脫硫系統中的循環漿液泵存在多種運行狀態，循環漿液泵運轉期間的流量規格不做調節，即循環漿液泵在大多數情況下均處于額定滿負荷狀態下，因此，在濕法脫硫系統中，可通過調節循環漿液泵運行數量對脫硫吸收塔石灰石漿液量進行控制。濕法脫硫系統中的循環漿液泵運行臺數越多，則石灰石漿液噴淋量越大，則產生能量耗損越高，此時應注意均衡循環漿液泵運行臺數、脫硫效率、能源損耗間的關系。除循環漿液泵運行臺數外，其能耗還受泵效率、泵揚程、吸收塔漿液流量的影響，吸收塔漿液流量由液氣比、煙氣量決定，其中液氣比為泵液噴淋量與煙氣量的比值，而煙氣量受負荷、煤種的影響。

3石灰石-石膏濕法脫硫設備的腐蝕機理

在去除SO2的過程中，由于石灰石溶解度較小，其對設備磨損較大，煙氣中的SO2溶于水后呈酸性，也會對設備造成化學腐蝕，以及電化學腐蝕，煙氣未經處理前，凈煙氣煙道也會被煙氣中的粉煤灰沖刷腐蝕。縱觀整個脫硫系統的腐蝕過程，都是設備防腐層脫落、開膠、鼓包之后，介質直接與設備接觸后造成的腐蝕。

3.1化學腐蝕

濕法脫硫工藝中化學腐蝕是酸與金屬反應的過程：鍋爐燃料（煤粉或者高、焦爐煤氣）中的硫、氟、氯等元素和硫化氫等化合物經燃燒后，隨煙氣以SO2、SO3、HF、HCl等形式進入脫硫系統與設備接觸，并發生化學反應，產生硫酸鹽、亞硫酸鹽或其它化合物。脫硫后煙氣經過與石灰石漿液的換熱，溫度由135℃降低至50℃以下，在煙氣露點溫度以下，未被吸收的SO2、SO3在煙道中形成亞硫酸以及硫酸，與煙道以及煙囪發生化學腐蝕。反應機理：煙氣中的SO2與漿液液滴中的水發生如下反應：

SO2（g）→SO2（aq）（1）

SO2（aq）+H2O→H2SO3→HSO3-+H+（2）

HSO3-→H++SO32-（3）

2H++Fe→Fe2++H2（4）

3.2泵過流件腐蝕磨損原因分析

石灰石石膏濕法脫硫中漿液循環泵葉輪材質采用白口高鉻合金鑄鐵，漿液循環泵輸送的介質主要是石耷漿液，值在之間。酸性介質流過泵體時，對過流部件表面產生一定的腐蝕作用。此外，固體粒徑在左右，固體顆粒以一定的流速流經零件表面時，對葉輪、護板等表面也會產生沖刷和磨損。一般情況下，漿液循環泵葉輪損壞的原因應歸結為腐蝕、汽蝕和磨損等諸多因素綜合作用的結果。

3.3電化學腐蝕

電化學腐蝕就是金屬與介質組成了兩個電極，形成了腐蝕原電池。在濕法脫硫工藝中，電化學腐蝕伴隨著整個脫硫過程，分為全面腐蝕和局部腐蝕，其中局部腐蝕占80%，局部腐蝕又可以分為電偶腐蝕、縫隙腐蝕、小孔腐蝕（點腐蝕）、晶間腐蝕、應力腐蝕開裂等。通常局部腐蝕集中在個別位置急劇發生、腐蝕破壞快速、隱蔽性強、難以預計、控制難度大、危害大，易突發事故。例如漿液循環泵泵殼、葉輪的不銹鋼孔蝕反應機理：孔內反應：

Fe→Fe2++2e

Ni→Ni2++2e

Cr→Cr3++3e孔外反應：

H2O+O2+4e→4OH-

陰陽極彼此分離，二次腐蝕產物在孔口形成，不起保護作用，孔口介質的pH逐漸升高，介質中可溶性鹽轉化成沉淀，銹層和垢層在孔口沉積--形成閉塞電池，孔內介質呈滯流狀態，溶解氧不易向內擴散，金屬難以鈍化，金屬離子不易向內擴散，金屬離子增加，氯離子遷入以維持氯化亞鐵濃度，高濃度氯化物水解，孔內酸度增加，金屬陽極溶解加快，蝕孔高速深化，由于閉塞電池引起孔內酸化加速腐蝕的作用，也就是自催化酸化作用。

4設備腐蝕問題及解決措施

由于煙氣中含有SO2、HF等酸性氣體，容易形成酸液從而腐蝕設備，尤其是焊縫部位。同時吸收塔溶液中的硫酸鹽以及亞硫酸鹽中析出的結晶會導致溫度改變，使得內襯與基質不同步膨脹，從而降低內襯黏度。為了解決這一問題需要選擇合適的脫硫設備以及配套的防腐內襯，至少能長期承受160℃的煙氣以及20min的180℃煙氣。嚴格控制內襯的安裝質量，做好原材料驗收以及預處理的控制。對原裝材料的品種、硬度、厚度以及外觀進行有效控制。防腐內襯需要進行預處理來提高其使用時間，現場加工溫度控制在15～30℃，濕度控制在70%，施工過程中需要對配料、流程、涂料的施工工藝進行有效控制。安裝過程中需要確保焊縫光滑無缺陷，且內支撐需要使用圓鋼或方鋼，不能使用槽鋼、工字鋼，外接管則需要使用法蘭連接。防腐材料目前國內通常使用2～4mm的玻璃鱗片，脫硫攪拌器通常使用頂進式攪拌器，低溫煙道可以使用內襯玻璃鱗片，吸收塔漿液的pH值為4～6，需要定期采集漿液進行酸堿值測定，檢測Cl-濃度，避免其酸度過高，加強肥水管理，避免Cl-富集，避免系統內部各設備的磨損程度增加，同時要及時疏通管道，此外還需要合理設置石灰石漿液的投入量以及除霧器的運行時間，監控漿液塔的液位以及濃度。

4.1規避循環泵常見故障

為減低由循環漿液泵造成的能源損耗，應對循環漿液泵進行定期調節，使循環漿液泵運行參數與脫硫效率良好匹配，以此保障脫硫效率，但在實際脫硫作業期間，需控制循環漿液泵調節頻率，避免由頻繁調節現象，造成額外能源損耗，并縮短脫硫系統運行壽命。循環漿液泵在應用期間常發生機械密封性不足、葉輪磨損、汽濁等故障，為防止故障發生損壞設備性能，降低脫硫效率，應在濕法脫硫期間注意避免常見循環漿液泵故障。結合以往經驗，可從以下幾個方面對濕法脫硫循環漿液泵進行調節控制：（1）調整循環漿液泵葉輪通氣孔數量及位置，保障平衡;（2）加大對吸收塔內循環漿液泵濾網的重視，定期檢查并清理循環漿液泵濾網，規避濾網堵塞故障問題，以此保障循環漿液泵運行效果;（3）定期組織循環漿液泵密封性檢測，確保循環漿液泵密封情況;（4）循環漿液泵停止運行后需立即清洗，使循環漿液泵始終處于高效穩定狀態下;（5）循環漿液泵運行期間，應以實際情況為依據，動態調整吸收塔液位、漿液酸堿性等關鍵參數。

4.2加強檢修工藝

安裝除霧器時，要清理干凈除霧器板片、支撐梁、吸收塔內壁表面的積垢，應選擇完好無損的除霧器，要注意直段朝上安裝，防止反裝。在拆除除霧器進行垢物清理后，不要將第二級除霧器安裝到第一級。要對沖洗水噴淋裝置、漿液循環噴淋裝置進行仔細檢查，疏通堵塞的噴嘴，避免出現沖洗死角，對磨損較重的噴嘴要及時更換。在封人孔門前，應先做除霧器沖洗試驗，觀察沖洗效果，調整沖洗壓力，運行中發現沖洗水門內漏應及時處理。

4.3石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統中防腐材料的選用

在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統中防腐材料的選用過程中，工程造價和材料的耐磨性成為一對矛盾。發達國家在煙氣脫硫系統中常采用價格高昂的鎳基合金。尋找經濟耐用的材料是一個國際性題目。煙氣脫硫系統的防腐重點是煙道和吸收塔，已采用過的耐腐蝕材料有：鎳基合金：鎳基合金是以鎳為主與Co、Mo、Fe、W、Cr等形成的連續固溶體合金，其中以蒙耐而合金和哈氏合金為代表。比較典型的有Nicrofer5923hMo—59合金（2.4605），Microfer3127hMo—31合金（1.4562），Cronifer1925hMo—926合金（1.4529）等，通常不低于1.4529。能和良好的機械強度，具有良好的加工和焊接性能，無焊縫開裂題目，并具有良好的熱穩定性，使用效果較為理想，國際上有使用十多年未出現腐蝕的例子。但鎳基合金造價昂貴，增加了投資。

4.4加強電除塵治理

電除塵效率的高低不但對脫硫效率有影響，而且會引起GGH的堵塞和除霧器的結垢，在電除塵效率下降時，要及時查清原因，予以消除。在振打裝置投入運行時，應及時通知脫硫運行值班員增加吸收塔漿液循環泵的數量，同時加強對除霧器的沖洗。

4.5保證沖洗水質量

一般情況下，不可使用水質硬度高的地下水或工藝回收水作為除霧器的沖洗水，防止生成大量的亞硫酸鈣/硫酸鈣，導致板片結垢。受條件限制必須使用這些水源時，應先進行軟化處理。在使用合格的地表水作沖洗水時，要注意檢查石灰石漿液系統沖洗水門的內漏情況，及時處理。要避免工藝水泵出口壓力低于石灰石各漿液泵出口壓力，防止石灰石漿液通過內漏的閥門進入工藝水箱，再通過除霧器沖洗水泵進入吸收塔，惡化除霧器沖洗水水質。

4.6環氧樹脂防腐涂料

以環氧樹脂為成膜物質，加入一定量的顏料、填料、助劑、溶劑等配制而成的涂料，稱之為環氧樹脂防腐蝕涂料。由于環氧樹脂分子結構中含有極性高的羥基和醚鍵，故涂膜的耐化學性好，耐堿性好，耐熱堿性介質更好。又因其結構含有剛性和苯環和頭型的烴鏈交替排列，故涂膜的物理機械性能也相當好。由于極性基團的存在，使涂膜會有一定的親水性，如果配方選擇得當，也能得到耐水性良好的涂膜。環氧樹脂防腐蝕涂料的品種很多，應用最廣泛的是胺類或其衍生物固化環氧涂料和瀝青環氧防腐涂料具有成本低、不易燃燒、毒性小、污染性小、施工效率高等優點。主要用于水下建筑物及潮濕表面涂裝，不僅有防腐蝕作用，還具有防滲、堵漏等功效。

結束語

通過調整和控制工藝參數，有效地控制了脫硫后處理循環泵的腐蝕速率，在不進行設備材質升級的情況下能夠達到設備運行周期的要求，同時減小后處理其他設備的腐蝕速率。

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