烟气脱硫系统的防腐蚀问题.pdf

第 2 7卷第 4期 2 0 0 0年 0月 大学 洲 文章编号 1 0 0 7 2 6 9 l 2 0 0 0 O 4 0 0 7 0 0 5 烟气脱硫系统的防腐蚀 问题 L 一 1 华北电力大学环境工程系 河北 保定 0 7 1 0 0 3 2 冶金部地球物理勘查院 河北 j 0 保定0 7 1 O 5 1 摘要 烟气脱硫系统的设备腐蚀严重 文中指出了主要脱硫工艺中装置的腐蚀部位 从理论上分析了产生 腐蚀的原因 介绍了国内外烟气脱硫系统所采用的各类防腐蚀技术 提出TI l l 气脱硫系统可供选择的防腐 技术和材料 关键词 烟气脱硫 金属腐蚀 耐腐蚀材料 防腐蚀衬里 中图分类号 X 5 1 T M 6 2 1 8 文献标识码 A 引 言 迄今为止 烟气脱硫是大型燃煤装置 尤其是火电厂二氧化硫控制的主要手段 国家电力公司己 把 S O 控制放在火电厂环境保护的重中之重位置 烟气脱硫系统装置的工作环境是非常恶劣的 由于烟气中大量 S 0 2 及其它腐蚀介质的存在 加之工 作条件的苛刻 装置的构成材料时时承受着多种化学介质的侵蚀 从干燥 高温的烟道气中产生的高浓 度冷凝硫酸 温度在 4 5 0 C的磨损性悬浮颗粒 以及吸收液中的 c r 1 s 等 均会对系统产生严重的腐 蚀威胁 造成腐蚀区域大 速度快 脱硫系统设备庞大 维修困难 要求运转周期长 这一切都把烟气 脱硫系统的防腐蚀 问题提到了 个非常重要的地位 为了保证烟气脱硫装置的正常运行 其系统的防腐 蚀是一个必须高度重视的问题 1 各类烟气脱硫工艺中的设备腐蚀 火电厂烟气脱硫技术大体可分为 5 类 以湿式石灰石石膏法为代表的湿法工艺 以旋转喷雾干燥法 为代表的半干法 海水脱硫工艺 电子束法脱硫工艺 各种干法工艺 除干法工艺外 其余工艺无一例 外地都存在着严重的设备腐蚀问题 典型的湿法脱硫工艺是 含 s O z 烟气经除尘后进入换热器降温 再进入吸收塔与石灰石浆液接触脱 硫 然后升温排放 在该工艺中 从换熟器 吸收塔 包括强制氧化系统 一直到烟囱入口 都存在着 设备腐蚀问题 旋转喷雾干燥法工艺是 在反应塔中 s O 热烟气与被雾化成极细雾滴的石灰乳接触 净化后的烟 气携带已干燥的脱硫产物颗粒 经除尘后排放 该工艺的腐蚀区域主要是喷雾轮和喷雾干燥塔 海水脱硫工艺是通过吸收塔将除尘 降温后的 s O 烟气用海水洗涤 以完成脱硫后再升温排放 吸 收稿 日期 2 0 0 0 0 5 0 8 作者简介 李守信 1 9 4 2 一 男 华北电力大学环境工程系副教授 维普资讯 第 4期 李守信等 烟 气脱硫系统的防腐蚀 问题 收过 S O 的海水排入一个大的曝气池 再补入近 2 0倍的海水并曝气 恢复达标后排回大海 该工艺的 腐蚀范围很大 从换热器 吸收塔 到曝气池系统 都会出现严重的海水腐蚀 这是海水脱硫工艺的最 大缺点 电子束法脱硫是采用高能电子束照射 除尘增湿降温后的含水烟气 使其 中的 0 H 0等转化成活性 很高的 自由基去氧化 s O 和 NO 再与水反应生成硫酸和硝酸 然后与氨反应生成硫铵和硝铵 最后经 除尘器除下 该工艺的腐蚀范围从冷却塔 反应器直至氨反应完为止 其腐蚀范围也相当广泛 2 腐蚀原因分析 烟气脱硫系统的设备腐蚀原因非常复杂 就其主要原因作一简要分析 2 I 二氧化硫的腐蚀 燃烧过程中生成的 S O 在脱硫系统中有着不同的腐蚀行为 在进入吸收塔之前 烟气 中的 S O 对金 属的腐蚀类似于大气中 S O 的腐蚀 但比大气中要严重得多 因为其含量一般在 1 5 0 0 md m 4 0 0 0 iT m 由于 s o 在水膜中的溶解度 比氧大 2 0 0 0倍左右 因此使金属表面吸附的水膜 p H值很低 有时可 达3 3 5 加之 s 本身又是强极化剂 在阴极上可以进行还原反应 2 H 2 S O3 2 H 4 e S 2 O j 一 3 H2 O O 4 0 V 2 H2 SO3 H 2 e HS 2 O 2 H 2 O ED 0 08 V 这些反应的标准 电极 电位比大多数工业用金属的稳定 电位 如铁的 F 一 0 4 4 V 要高得多 从而使 金属构成腐蚀电池的阳极而加快腐蚀 更为严重的是 钢铁在含有 S O 的湿空气中的腐蚀 可能是 酸的再循环 在这种环境中 S O 首 先被吸附在金属表面上 在有氧存在的情况下发生下述反应 F e S O o Fe SO F e S O 水解生成游离的硫酸 4 Fe S O 6H2 O O2 4 F e OOH 4H S O 如此循环往复 使腐蚀不断进行下去 在这里 s 等于起到一种催化剂的作用 一个 S O 分子可 能生成上百个分子的铁锈 另外 由于烟气中含有水分和剩余氧 往往会产生 S O 的露点腐蚀 研 究表明 当烟气 中的 S O 含 量仅有 0 0 0 8 5 时 其露点可升至 1 7 1 这样就很容易在金属表面结成硫 酸酸露 从而造成更快的腐 蚀 在经过吸收塔吸收后 烟气中绝大部分 s 转入吸收液而变成 s 一 和 s o l 一 这些离子具有很强的 化学活性 它对钢铁的腐蚀主要表现为氧去极化腐蚀 总的腐蚀反应可用下式表示 4 F e S Ol 一 4 H 2 O F e S 3 F e OH 2 2 OH 由此可见 在湿法烟气脱硫系统中 不论是在脱硫前 还是在脱硫后 硫 的化合物都会对 没各产生 很强的腐蚀作用 2 2 氯的腐蚀 氯的腐蚀最明显的是在海水脱硫系统中 在此工艺中 由于吸收系统和曝气池均使用大量的海水 维普资讯 华北电力大学学报 2 0 0 0芷 因此对吸收塔 管道 泵 以及曝气池系统的腐蚀 主要表现为氯离子的腐蚀 研究证 明 氯化钠对钢铁的腐蚀速度随氯化钠溶液 的浓度增大而增大 浓度达 3 时 腐蚀速度 增至最大 这一浓度正好相 当于海水中氯化钠的浓度 表层海水正常盐度为 3 2 3 2 8 由于海水腐 蚀属氧去极化腐蚀 海水中含氧量越高 腐蚀速度越快 海水脱硫工艺中所取海水均为含氧量接近饱和 约 8 m I 的表层海水 这就使得海水对钢铁的腐蚀速度加快 海水对设备腐蚀的危险还在于其腐蚀形态 由于氯离子具有根强的可被金属吸附的能力 从化学吸 附具有选择性这一特点出发 对于过渡金属的 F e Ni 等 氯离子比氧更容易吸附在金属表面上 并从 金属表面把氧排挤掉 甚至可 以取代 已被吸附的 O 或 OH 一 从而使金属 的钝态遭到局部破坏而发生孔 蚀 这种行为尤其在金属的不均匀表面更为明显 甚至不锈钢也难予幸免 因此对海水脱硫来讲 设备 腐蚀是非常严重的问题 2 3 高速流体及其携带颗粒物的腐蚀 高速流体对金属表面造成侵蚀 造成这种损害的流动介质包括气体 水溶液 以及其所含有的固体颗 粒等 其中含在液体中的固体颗粒特别厉害 腐蚀不同于纯机械力的破坏 它是一种包括机械 化学 和 电化学联合作用的复杂过程 在快速流动的流体作用下 金属 以水化离子的形式进入溶液 尤其当存 在湍流时腐蚀表现得更为明显 一方面湍流使金属表面流体扰动比层流剧烈 加速了阴极去极化剂的供 应量 从而加剧 了金属的腐蚀 另一方面 湍流又附加 了一个流体对金属表面的切应力 I 这种力能够 把 己形成的腐蚀产物剥离并让流体带走 如果流体中含有颗粒物 还会使切应力的力矩增强 叭而使金 属磨损更加严重 在烟气脱硫系统中 有大量的设备和构件都处在与高速流体接触 的环境中 在烟气中 有未经除尘 或未被 除净的粉尘和脱硫产物 在流体中含有大量的固体悬浮颗粒 比如用钙基吸收剂脱硫时 吸收剂 浆液浓度达 2 5 3 0 在脱硫后的吸收液中含有大量的石膏结晶 所有这些 都会对换热器 管道系 统 吸收塔系统 风机叶片 水泵叶轮等造成严重的腐蚀 从而影响设备的正常运行 3 烟气脱硫系统的防腐蚀措施 长期以来 人们对烟气脱硫系统采取 了多种多样的防腐蚀措施 归纳起来大致分为两大类 3 1 采用耐腐蚀材料 国外对烟气脱硫系统的防腐蚀重点 首先是烟道和脱硫塔 主要采用以下措施 1 应用不锈钢 根据烟气脱硫腐蚀介质特点 一般选择耐化学腐蚀的不锈钢 如 3 1 6 或 3 1 7不锈钢 即 0 0 C r l 7 Ni I 4 Mo 3 和 0 C r I 8 N i I 2 Mo 3 I 这是一类超低碳和低碳的奥氏体不锈钢 这类不锈钢既能耐氧化性介质腐蚀 电 能抗还原性介质腐蚀 同时由于 Mo 和 T i 的加入 还增加了其抗孔蚀和晶间腐蚀的能力 因此 在不少 烟气脱硫系统尤其早期工程的烟道和脱硫塔中都采用了3 1 6 或 3 1 7 不锈钢 尽管如此 使用效果并不十 分理想 有些也发生了点蚀 缝隙腐蚀和冲刷腐蚀等现象 2 应用碳钢和高合金钢复合钢板 高合金钢 由于台金含量低于不锈钢而价格便宜 由它与碳钢组成的复合钢板与纯不锈钢相 比 既具 有优越的机械强度 又有一定的耐腐蚀性能 因此 在早期的烟气脱硫设备上采用此种材料的较多 但 是通过多年运行考核发现 其点蚀 缝隙腐蚀和冲刷腐蚀也相当严重 因此在脱硫系统的主要部件上已 不再采用 3 应用镍基合金 镍基合金是以镍为主与 C o Mo F e W C r 等形成的连续固溶体合金 其中以蒙耐尔合金和哈氏 合金为代表 它们的耐腐蚀性能和加工性能都相当优越 使用效果也非常理想 但由于价格昂贵 现在 一 般不再设计采用 维普资讯 第 4期 李守信等 烟气脱硫系统的防腐蚀问题 4 应用整体玻璃钢 玻璃钢是以合成树脂为粘合剂 以玻璃纤维制 品作增强材料而制成的 它质轻 比强度高 成型工 艺简单 化学稳定性好 性能优 良的玻璃钢使用温度可达 I O 0 C一 1 2 0 个别可达 1 6 0 要使用玻璃钢制作大型的脱硫塔相当困难 主要是模具问题 而采用玻璃钢制作管道 法兰 阀门 等却是一种很好的材料 国外有采用整体玻璃钢烟道的 但玻璃钢容易产生加工缺陷 如气泡 裂纹等 加之烟气脱硫条件苛刻 显得安全可靠性不足 因此可以考虑在工业锅炉的烟气脱硫系统中使用 但要 注意使用温度 3 2 采用非金属材料衬里 由于整体采用耐腐蚀材料价格昂贵或性能达不到要求 因此 以碳钢作基体 采用相对便宜的非金 属耐腐蚀材料作衬里 是烟气脱硫系统防腐蚀 的一种重要手段 也是 目前的通用方法 1 橡胶衬里 橡胶衬里技术己成为烟气脱硫系统防腐蚀的主要技术之一 其材料已纳入烟气脱硫的防腐蚀设计规 范 实践证明 橡胶衬里可以长期有效地适应烟气脱硫的腐蚀环境 橡胶衬里的突出优点首先是与钢铁的结合力强 衬层致密 无针孔和气泡 抗渗性强 再是具有 定的弹性 抗机械冲击和热冲击性能好 在烟气脱硫中抗磨性也较好 目前使用的材料多为合成橡胶 这类材料在耐温 耐磨 耐油 抗渗 耐蚀等方面 均优于天然橡胶 不是所有的合成橡胶都适用于烟气脱硫 从一些发达国家的应用实例看 曾经普遍应用的以氯丁橡 胶为基础的衬里 虽有优良的耐蚀性能 但经长期使用发现 其抗渗性不足 为克服这一 缺陷 选用了 丁基橡胶类如氯化丁基橡胶或溴化丁基橡胶 这类衬里材料在欧美一些发达国家的无烟煤电厂和褐煤电 厂的烟气脱硫中得到了广泛 的应用 取得 了很好的业绩 2 玻璃钢衬里 玻璃钢衬里主要也是起屏蔽作用 将基体金属与腐蚀介质隔开 目前使用的玻璃钢因树腊不同而异 它的使用温度以及耐蚀 抗渗性能各有差异 在烟气脱硫中多用在吸收塔类 液体输送管道等温度相对 较低的部位作衬里材料 由于玻璃钢加工中易出现针孔 起泡和微裂纹 所 以对要求安全可靠 使用寿 命长的电厂烟气脱硫系统 只能部分采用 3 玻璃鳞片树脂衬里 此项技术是 7 0 年代末 8 O 年代初在树腊涂层基础上发展起来的 纯粹的树脂涂层虽抗蚀 耐温 如 乙烯酯树脂干燥时可耐 1 8 0 但抗渗性能差 而在此基础上开发出的玻璃鳞片树 lfl lJ 具有优良的性 能 这种涂层首先在 E l 本 美国得到了大面积应用 我国在 8 O年代末期也开发成功并应用于烟气脱硫 系统 的许 多部位 所谓玻璃鳞片树脂 是将一定片径 0 4 mm 2 4 r a m 和一定厚度 6 g r n 4 0 m 的玻璃鳞片与树 脂混合制成的胶泥或涂料 将其用涂抹或喷涂的方法涂敷 于金属表面即成为防腐涂层 这种衬里 技术已 成为烟气脱硫防腐的首选技术 在发达国家 其材料及施工技术己完全标准化 经考核 其使用性能良 好 有的己安全使用 1 0 0 0 0 0 h以上 我国现行引进的烟气脱硫装置中均采用此技术 之所以如此 是 因为此种衬里具有优良的抗渗透性 结合良好的机械强度 高的耐蚀性能 同时耐高温性能也很好 特 别是酚醛类乙烯酯树脂玻璃鳞片涂层 在 1 8 0 短时间2 2 0 仍具有良好的性能 4 结论 烟气脱硫系统的防腐蚀问题非常重要 尤其是在电厂烟气脱硫系统要求最高 针对不同部位的不同 防腐蚀要求 优选不同的材料和施工技术是值得认真研究的 防腐方案的选择必须满足烟气脱硫系统对 防腐蚀的要求 即高的机械性能 良好 的化学稳定性和热稳定性 优 良的抗渗性能等 同时还必须考虑 成本低 施工难度 小 易修补 安全运行时间长等因素 维普资讯 7 4 华北电力大学学报 2 0 0 0在 防腐材料和技术不断创新 比如衬里加贴砖 外加聚 四氟乙烯衬层 的联合技术 预计可使防腐材料 的使用寿命长达 3 O年 另外 近 1 0年出现的新的陶瓷涂层 其耐热 耐蚀 耐磨 抗渗及使用寿命等均高于现行的防腐 蚀材料 目前在工业锅炉的烟气脱硫系统中 已有应用 总之 随着 S O 控制技术的发展 必将对防腐提出更高的要求 从而促进这一技术得到更快的发展 1 王志轩 2 黄永昌 3 l郑卫京 4 l岑可法 参考文献 我 国电力工业环境保 护现状与展望 田中国电力 l 9 9 9 1 5 6 金属腐蚀与 防护原理 M1 上海 上海交通大 学出版社 1 9 8 9 l 1 3 1 3 3 罗永禄 张可矩火电厂烟气脱硫装置腐蚀与防护 J 电力环境保护 1 9 9 9 1 5 2 2 3 2 6 锅炉热 交换器的积 灰 结渣 磨损和腐蚀 的防止原理与计算 口 咽北京 科学出版社 1 9 9 4 1 3 6 1 3 8 责任蝙辑 督幼贞 An t i c o r r o s i v e Pr o bl e m of Fl u e Ga s De s ul f ur i z a t i on S y s t e m LI S h o u x i n Z HAO Yi WANG De h o n g 2 1 D e p t o f E n v i r o me n t E n g i n e e r i n g No r t hC h i n aE le c t r i c P o w e r U n N e mi B a o d i n g 0 7 1 0 0 3 C h i n a 2 G e o p h y s i c a l E x p l o ri n g I n s t i t u t e o f Me t a l l u r g i c a l Mi n i s t r y B a o d i n 县 0 7 1 0 5 I C h i n a Ab s t r a c t Th e e q u i p me n t o f t h e fl u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n u s u a l l y s u ffe r s f r o m s e r i o u s c o r r o s i o n Th e c o r r o s i ve p o rt i o n s o f eq u i p me n t i n p r o c e s s e s s y s t e m a t e p