火电厂烟气脱硫设备防腐材料的选用.doc

火电厂湿法烟气脱硫设备(FGD)用防腐材料的选用 美国哈氏合金国际公司(HAYNES International)上海代表处 上海汉斯商务咨询(HW)有限公司1. 烟气脱硫装置(FGD) 需要防腐的衬里材料目前，由于环保对火电厂二氧化硫排放量的严格要求，已要求火电厂配置烟气脱硫装置。在众多烟气脱硫技术中，湿法烟气脱硫技术(FGD)由于其脱硫效率高而成为火电厂的首选。80年代以来，湿法烟气脱硫技术(FGD) 有了较大的改进，主要表现在该技术中的主要缺点的克服，如：吸收塔成为集予洗涤、冷却、吸收、氧化于一体的的装置；以石灰石取代石灰；以及系统中的结垢、堵塞等问题逐步获得了解决等。但是，存在的影响湿法烟气脱硫设备安全经济运行的主要问题是其设备使用的非金属材料的内衬易损坏且寿命较短，需经常检查，虽然其一次性投资价格较低。例如：l 玻璃鳞片树脂衬里-入口管部分的寿命低于1年，出口管部分的寿命3-6年-设备检修时需对衬里进行检查-对结构支撑的焊接和维修很困难l 其它聚合物衬里-其性能与玻璃鳞片树脂衬里类似，但比玻璃片衬里璃更易渗水和渗酸l 橡胶衬里-用于诸如混合罐等低温区域-在欧洲地区有较多的使用，在美国很少使用-对结构支撑的焊接和维修很困难l 耐火材料-容易受酸腐蚀-对温度波动造成的热冲击和热振动敏感-需要检验和维修这种情况下，使用金属耐蚀材料作衬里就十分必要。尤其是：耐蚀合金和复合金属工艺以及合金材料”贴墙纸(Wall Papering)”内衬里等技术的发展，在火力发电厂烟气脱硫(FGD)设备中越来越多的大量使用HASTELLOY耐蚀合金作为管道以及诸如洗涤器(Scrubber)、吸收塔及混合罐等容器的防腐衬里和各种闸门及密封材料。一个装有Babcock & Wilcox脱硫系统的400MW电厂(煤中含2.3%S)更换衬里的实例说明了上述的情况。l FGD投运时间:1981l 再热区旁路管道原用:铝酸钙耐火材料l 各种模量卸载挡板原用:各种不锈钢l 出口管道底板原用:衬里的碳钢(玻璃鳞片/聚酯)l 1982:将铝酸钙耐火材料更换为硅酸钾混凝土l 1985:将不锈钢挡板更换为C-276合金l 1986:将硅酸钾混凝土更换为C-276、C-22和H-9M合金l 1987:将玻璃鳞片/聚酯包层更换为HASTELLOY C-22合金l 用量:HASTELLOY C-276、C-22、H-9M合金25t(50仟磅) 类似这样的例子还有很多。2.烟气脱硫(FGD)设备中各种衬里材料的经济性比较2.1原则2.1.1设备的周期成本这里,需要考虑的是整个FGD脱硫设备在整个使用寿命时间中的整体费用消耗。其计算方法为周期成本。周期成本包括设备基建时的一次投资加上在整个使用寿命时间内的检查、检验及更换等费用以及非计划仃机所造成的损失等的总和。2.1.2两种情况的周期成本比较有两种情况:第一种是使用价格便宜的诸如玻璃鳞片、混凝土、耐火材料以及橡胶等非金属材料作FGD设备中管道及容器中的防腐衬里。好处是，初投资很低，但由于易损坏，而且其使用寿命也不长，需要经常检查、检验及更换，结果总费用即设备的周期成本反而大。如果因衬里损坏而造成非计划仃机，则加上停电等损失则更不可估量。当然，这种费用是分段付出，不是一次付出。第二种情况是，在FGD设备中管道及容器中使用诸如HASTELLOY C-276、C-22等耐蚀合金作衬里材料，虽一次性投资大，但由于其耐蚀性好，使用寿命长，显著地减少了运行中的检查、检验及更换等工作量和费用。在设备的整个使用寿命期内，其总费用，即周期成本会低得多。如果加上避免了非计划仃机的效益，则收益更为可观。使用耐蚀合金的一次性投资成本还会随着衬里工艺的发展如设备内表的耐蚀合金”墙纸”技术等，使使用材料更省而降低。2.2 美国Gibson电厂5号机组脱硫设备的各衬里材料的经济性比较(美元) 实例 (选自Ronald L.Richard的1987年的资料) 材料名称 使用寿命 不计仃电的现值费用 计算仃电的现值费用Ca-Al-Si耐火喷浆 3年 US$9,767,904 US$20,879,187浇注乙烯酯化树脂 5年 US$3,955,803 US$11,699,196浇注热固化树脂 5年 US$4,562,900 US$13,501,053哈氏合金衬里 10年 US$5,673,526 US$9,951,350对经济性比较结果有两种两种选择。第一，如果只考虑一次检修，肯定会首选钢筋加固的有机材料玻璃片衬里，因为即使加入电力损失费用，它的费用也是最低的。而合金衬里则显示费用最高。第二，如果按整个30年的寿命时间来考虑，则第一种考虑中最高费用的合金衬里材料恰恰是最好的选择，即HASTELLOY C-276合金在为期30年的电厂整个寿命时间其所需费用最小并最合理。按C-276合金10年实际使用寿命考虑，如上表所示，其电厂整个寿命期间的计入仃电的现值费用在四种材料的比较中是最低的，如不计入仃电的现值费用，则略高于表中5年寿命的非金属衬里材料，但是，按Gibson电厂自有的工业性试验数据和运行经验，认为在FGD设备中使用的HASTELLOY C-276合金衬里，其实际使用寿命可望为20-30年，因此，上述计算中以10年寿命计算C-276合金是十分保守的。如对C-276合金改以20年实际寿命计，则其计算结果的优越性是十分明显的。通过试验及经济比较，美国印地安纳公共服务公司对其Gibson电厂5号机组的脱硫设备管道内衬材料的结论是决定采用HASTELLOY C-276合金并在1985和1986两年仃机时进行装设，在仃机检修时，由于机组其它消缺工作需要进行，实际上并未因更换合金衬里材料而延长检修时间，因而不必计入仃电损失费用。经过两年的运行，1987年检查时该管道C-276合金衬里层未有明显的变形发现，当时认为没有理由认为这C-276合金衬里不能运行到机组的设计寿命期限。出报告时是2002年，离1987年已过去15年，Gibson电厂5号机组脱硫设备管道仍为更换C-276合金衬里。3. 烟气脱硫(FGD)设备中使用的耐蚀合金和HASTELLOY合金衬里材料3.1 HASTELLOY耐蚀合金衬里材料HASTELLOY C系列耐蚀合金，如C-276、C-22以及近期应用的C-2000合金等是由HAYNES公司经多年试验研究开发出的在强腐蚀介质中使用的耐蚀合金。在经过系列试样试验，长时间实际工况下的挂片试验以工业性试验后广泛应用于湿法烟气脱硫设备并已有超过廿年的实际应用历史。另外，尚有早期应用于FGD设备作为耐蚀内衬的试验材料的HASTELLOY耐蚀合金H9M和G30合金等。3.1.1 C-276合金。是Ni基合金，其主要成分为:57%Ni，16%Cr，16%Mo，5%Fe，4%W，2.5%Co，1%Mn，0.35%V，0.08%Si和0.01%C。从1980年应用于湿法烟气脱硫设备以来，有如下的电厂实际应用实例(括弧中数字为开始运行的年份):南密西西比电力公司R.D.Morrow电厂(1980)伊里诺斯中央电灯公司Duck Creek电厂(1983) 伊里诺斯中央公共服务公司Newton电厂(1984)东肯塔基公司Spurlock电厂(1984)路易斯维尔煤气和电力公司Mill Creek电厂(1984)得克萨斯电力公司Tatum,Texas(1984，尚使用了C-22)城市电力公司Springfield，Missouri(1985)印第安纳公共服务公司Gibson电厂(1985)北印第安纳公共服务公司Schahfer电厂(1985，尚使用了C-22)南伊里诺斯电力公司Marion，Illinois(1985)坦帕电力，Big Bend4号电厂(1985)犹它电灯电力公司Hunter电厂(1986，尚使用了C-22)圣米格电力公司Jourdanton，Texas(1986-87，尚使用了C-22)老多米尼(1998年新装烟囱) 法来，越南(1999年新装)弗吉尼亚电力(1999年新装烟囱)塞明诺尔电力(2000年新装，分离器)SIGECO(2000年，代替C-276合金)3.1.2 C-22合金。也是Ni基合金，其主要成分为:56%Ni，22%Cr，13%Mo，3%Fe，3%W，2.5%Co，0.5%Mn，0.35%V，0.08%Si和0.01%C。从1984年应用于湿法烟气脱硫设备以来，有如下的电厂实际应用实例(括弧中数字为开始运行的年份): 得克萨斯电力Tatum,Texas(1984，尚使用了C-276)亚里桑拿公共服务公司Cholla电厂(1985) 北印第安纳公共服务公司Schahfer电厂(1985，尚使用了C-276) 北印第安纳公共服务公司Schahfer电厂(1985) 犹它电灯电力公司Hunter电厂(1986，尚使用了C-276)西南电力公司Marshall，Texas(1986) 圣米格电力公司Jourdanton，Texas(1986-87，尚使用了C-276)阿拉巴马电力Tombigbee电厂(1986-87)下科罗拉多河管理局Lagrange,Texas(1987) 犹它电灯电力公司Huntington,Texas(1987)联合电力Clifton Hill,Missouri(1987)明可它电力公司Milton R.Young电厂(1987)印第安纳波里斯电灯电力公司Petersburg,Indiana(1987)南印第安纳煤气电力公司AB Brown电厂(1987)地塞脱G和T公司Bonaza,Utah(1988)纽约州煤气电力公司Sommerset,New York(1988)得克萨斯电力Rockdate,Texas(1988)迪塞来脱电力公司Vernal,Utah(1988)圣梯电力公司Cross,South Carolina(1988)城市电力公司Springfield，Missouri(1988)内华达电力Reid Gardner电厂(1988) 亚里桑拿公共服务公司Four Corner #5电厂(1988)南印第安纳煤气电力公司W.Franklin,Indiana(1988)圣梯电力公司Cross,South Carolina(1989)得克萨斯电力Monticello,Texas(1989)明可它电力公司Milton R.Young电厂(1989)路蒙斯伯格，东部德国(1989)英国国家电力Drax电厂,英国(1989)休斯顿电灯电力公司Thompson,Texas(1990)亚里桑拿公共服务公司Four Corner #4电厂(1990)纽约州煤气电力公司Sommerset,New York(1990)得克萨斯电力Mt.Pleasant,Texas(1990)下科罗拉多河管理局Lagrange,Texas(1990)北印第安纳公共服务公司Chesterton, Indiana(1990) 路易斯安纳中央电力公司Mansfield,Louisiana(1990)圣米格电力公司Jourdanton，Texas(1991)乔治亚电力Yates电厂(1991)休斯顿电灯电力公司Paris,Texas(1991)下科罗拉多河管理局Lagrange,Texas(1991)内华达电力Reid Gardner电厂(1991)北印第安纳公共服务公司Baily电厂(1991)科罗拉多UTE Craig电厂(1991)杰克森维尔电力St. Johns River电厂(1991)印第安纳波里斯电灯电力公司Petersburg,Indiana(1991)英国国家电力Drax电厂,英国(1991)北印第安纳公共服务公司Schahfer电厂(1991)ENEL(意大利国家电力)Brindisi South,Italy & Fiume Santo, Italy(1991)布里迪斯，意大利(1998年，更换C-22)卡尔仃纳尔FG(1999年，代替烟囱原用的碳钢)奥兰多电力(1999年，代替625合金)NIPSCO(1999年，代替C-276合金)卡麦尔柯，土耳其(1999年新装)ENEL，沙特阿刺伯(2000年新装)NIPSCO(2000年，代C-276)多米尼电力(2000年新装)3.1.3 C-2000合金。也是Ni基合金，其主要成分为:59%Ni，23%Cr，16%Mo，1.6%Cu，0.08%Si和0.01%C。相比于C-276，在FGD的相同区域使用，有更高的抗应力腐蚀和局部腐蚀的能力，在FGD中可替换C-276合金。从1998年用始的统计资料表明，有如下的电厂应用于湿法烟气脱硫设备的实际应用实例(括弧中数字为安装的年份): 路易斯维尔煤气和电力公司Mill Creek 4(1998年春天，替代C-276合金)路易斯维尔煤气和电力公司Cane Run 5(1998年9月，替代C-276合金)路易斯维尔煤气和电力公司Mill Creek 3(1999年2月，替代C-276合金)何塞尔能源Merom电厂1号机组(1999年3月，替代C-276合金)路易斯维尔煤气和电力公司Cane Run 6(1999年4月，替代C-276合金)路易斯维尔煤气和电力公司Trimble 3和4(1999年5月，替代Ti合金)路易斯维尔煤气和电力公司Mill Creek 3(2000年3月，替代625合金)南密西西比电力公司(2000年3月，替代C-276合金)路易斯维尔煤气和电力公司Mill Creek 1(2000年3月，替代C-276合金)路易斯维尔煤气和电力公司Mill Creek 4(2000年3月，替代625合金)因特尔蒙坦电力Delta电厂(2000年4月)何塞尔能源Merom电厂2号机组(2000年4月，替代C-276合金)IP & L匹兹堡发电公司1号