內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道在大型火力發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用

高樹愛

華電國際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522

1 概述

華電國際鄒縣發(fā)電廠三期2×600mW、四期2×1000mW、一二期4×335mW機組脫硫系統(tǒng)先后于2006年、2007年、2009年相繼正式投入運行，配置為一爐一塔，均為石灰石－石膏濕法脫硫工藝，其中一二、四期每塔配4臺漿液循環(huán)泵、三期每塔配3臺漿液循環(huán)泵，全廠8套脫硫系統(tǒng)共30臺漿液循環(huán)泵運行。作為總裝機容量為4540mW的全國電力的窗口企業(yè)，經(jīng)濟效益、社會責任和環(huán)保壓力都要求脫硫設(shè)備健康穩(wěn)定運行。

隨著脫硫系統(tǒng)運行時間的延長，尤其是三、四期脫硫系統(tǒng)逐步出現(xiàn)了漿液管道內(nèi)襯橡膠脫落、撕裂進而堵塞噴淋噴嘴以及管道脫膠部位腐蝕泄漏的情況，維護量增大，影響了脫硫系統(tǒng)投運率，對現(xiàn)場安全文明生產(chǎn)也造成不利影響。

2 襯膠管道損壞原因及危害

2.1 襯膠管道損壞原因分析

2.1.1 漿液的磨損性

濕法煙氣脫硫的吸收劑以石灰石為主，其顆粒直徑取決于石灰石粉的目數(shù)，一般小于60μm。隨著煙氣的不斷通過，石灰石漿液吸收二氧化硫的化學反應(yīng)不斷進行，反應(yīng)過程中生成的硫酸鹽沉淀、分離并形成石膏漿液，其主要成分為2CaSO3·H2O、CaCO3、CaSO4·2H2O，其中也包含硬度極高的二氧化硅、氧化鋁等固體顆粒。漿液循環(huán)泵不斷地將漿液吸進排出、來回循環(huán)，漿液對管壁進行強烈撞擊、沖刷，對管道的內(nèi)襯橡膠產(chǎn)生嚴重的磨損或沖蝕。隨著漿液管道使用時間的延長，漿液對內(nèi)襯橡膠長期磨損、減薄，最終導(dǎo)致橡膠損壞，露出金屬層。

2.1.2 漿液的腐蝕性

因漿液具有弱酸性，并且還夾雜著部分氯離子和氟離子，這些物質(zhì)會與內(nèi)襯橡膠損壞部位的金屬層發(fā)生化學反應(yīng)而使管道腐蝕。另外，氯離子比氧更容易吸附在金屬表面，并把氧排擠掉，從而使金屬的鈍化狀態(tài)遭到局部破壞而發(fā)生孔蝕，某些不銹鋼材料也難以避免。通過管道金屬層被腐蝕時間的延長，直至腐蝕透，最終導(dǎo)致管道泄漏，影響脫硫系統(tǒng)的正常投運。

2.1.3 管道橡膠內(nèi)襯的脫落、剝離因素

1）結(jié)合強度的大小：內(nèi)襯橡膠的粘結(jié)強度直接影響襯膠管道的使用壽命，目前大量使用的襯膠管道粘結(jié)強度低。施工工藝質(zhì)量的優(yōu)劣，也影響粘結(jié)強度。

2）膨脹系數(shù)的差異：橡膠等有機聚合物的膨脹系數(shù)是鋼材的十幾倍，兩種材料在溫度變化時，都易發(fā)生襯膠與管壁金屬層的剝離。而啟停機組、投停脫硫系統(tǒng)時，尤其在冬季，熱漿液與冷管道的瞬間接觸，都將加劇這種剝離。

3）正負壓剝離撕裂：在脫硫管道運行時處于正壓狀態(tài)，停運時將呈負壓狀態(tài)，在正、負壓交替、擾動的作用下，極易發(fā)生鼓泡、剝離現(xiàn)象。

以上三點脫落、剝離因素，加之前述漿液具有磨損性，最終將磨透脫落、鼓泡、剝離部分，引起大面積腐蝕、脫膠。

2.2 襯膠管道損壞的危害

2.2.1 管道泄漏

一旦襯膠層出現(xiàn)損壞，加之漿液的磨損、腐蝕特點，管道不久就將出現(xiàn)泄漏。漿液管道泄漏后，會對設(shè)備進行腐蝕，降低使用壽命、甚至損壞；同時因漿液污染路面衛(wèi)生，堵塞排水溝，增加了清淤工作量和汛期排水隱患。

2.2.2 脫膠堵塞管道及噴淋噴嘴

管道內(nèi)襯橡膠層損壞后，將導(dǎo)致襯膠從鋼管基體上脫落，堵塞管道及閥門，引起輸送設(shè)備出力不均勻，甚至燒毀電機，誤以為是電機或泵自身的原因造成的，增加了排查難度，浪費了人力物力。另外，因堵塞部位不容易排查到，只能將整條管線解體，大大增加了檢修的強度和難度。

漿液噴淋的原理是漿液由各個噴嘴自上而下的向下噴淋，與自下而上的煙氣逆流發(fā)生反應(yīng)來完成二氧化硫的吸收，一旦管道內(nèi)襯橡膠脫開、撕裂，將堵塞噴淋支管及噴嘴，導(dǎo)致有效噴淋量減小，根據(jù)設(shè)計，噴嘴每堵1%約降低脫硫效率0.2%，所以將導(dǎo)致脫硫效率下降。

2.2.3 更換或修復(fù)損壞部位施工成本高，消耗大量費用

漿液循環(huán)泵管道在整個脫硫系統(tǒng)中管徑最大，屬于主要管道，60%以上的管道費用來自此部位。若管道出現(xiàn)磨穿泄漏或襯膠脫落，后果將非常嚴重，因為每根管道的重量都超過3t以上，都需要大型車輛配合安裝及拆卸，需要的費用動輒上萬元，增加了生產(chǎn)成本。另外，排除噴淋系統(tǒng)的堵塞需要排空吸收塔，在塔內(nèi)搭滿腳手架，拆除噴淋支管進行疏通，需要的費用高達幾十萬元。

2.2.4 經(jīng)濟損失大

因管道檢修造成該臺漿液循環(huán)泵不能投入運行，將直接影響脫硫系統(tǒng)的脫硫效率，一旦超標，將受到環(huán)保部門的處罰。

因管道損壞、內(nèi)襯層脫落導(dǎo)致的膠板沖刷到噴淋系統(tǒng)中時，往往造成噴淋支管、噴嘴堵塞，或更換管道，均需長時間退出脫硫系統(tǒng)來處理，隨著環(huán)保壓力的增大，旁路擋板門進行了鉛封，每次因系統(tǒng)的退出造成的經(jīng)濟損失高達上百萬元。

另外，隨著國家更為嚴格的環(huán)保政策的實施，退出脫硫系統(tǒng)將按機組非停對待，包括脫硫電價的兌現(xiàn)，損失更是巨大。

3 內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道的選擇及其特點

3.1 內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道的選擇

針對漿液襯膠管道所出現(xiàn)的問題，進行了廣泛的考察研究，包括到國內(nèi)十余家大型電廠進行調(diào)研，結(jié)合生產(chǎn)廠家，研究新型材料的可行性，包括襯塑碳鋼管道（PL）、內(nèi)襯陶瓷復(fù)合管道、玻璃鋼管道（FRP）、聚丙烯管道（PPR、PPH）、不銹鋼管道（304、316、2205、1.4529）等，最終選定將內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道作為襯膠管道的替代。

3.2 內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道的特點

1）內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道可根據(jù)使用環(huán)境對內(nèi)襯材料進行設(shè)計，以適應(yīng)各種磨損、腐蝕場合；

2）應(yīng)用尺寸廣泛、可靠性高。與傳統(tǒng)襯膠管道相比單根管道長度長、內(nèi)襯層無縫連接，一般管徑在32mm以上的管件均能加工制作；

3）經(jīng)過試驗對比，比襯膠管道使用壽命有明顯提高，一般在5倍以上；

4）復(fù)合陶瓷管道的內(nèi)襯層與鋼管基體的結(jié)合強度在15MPa以上，最大可達25MPa，是襯膠襯塑管道的100倍以上；

5）內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道法蘭面沒有傳統(tǒng)管道10mm的軟連接，使管道系統(tǒng)跑、冒、滴、漏的現(xiàn)象大大降低；

6）在管道使用中出現(xiàn)的缺陷多為襯層減薄、局部穿孔等，只要外部鋼管基體滿足強度要求，就可對管道進行修復(fù)，節(jié)省成本。

4 應(yīng)用效果

通過在四期1000mW機組脫硫系統(tǒng)漿液管道彎頭、三通、變徑以及部分直管段的上進行內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道的應(yīng)用，降低了脫硫系統(tǒng)缺陷率，提高了脫硫系統(tǒng)可靠性，取得了良好的效果。

4.1 經(jīng)濟效益

2009年，脫硫管道缺陷次數(shù)128次，更換64件，平均1.2萬元/件，發(fā)生費用約76.8萬元。若按照內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道是襯膠管道的5倍使用壽命來計算，每年就可節(jié)約費用40.96萬元。

因漿液循環(huán)泵管道與吸收塔直接相連，無法隔離，每次缺陷處理，都必須退出脫硫系統(tǒng)，按平均每次消缺工期3小時、脫硫電價0.015元/ kWh、平均發(fā)電功率80萬千瓦計算，因減少管道消缺所挽回的脫硫電價為3h×48次×800000kW×0.015元/kWh=172.8萬元。

使用內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道后，噴嘴堵塞率由11%降至0%。兩臺機組減少噴嘴堵塞個數(shù)為3200×11%=352個，按每個噴嘴疏通檢修費用200元計算，共節(jié)省檢修費用352×200=7.04萬元。另按照阻塞率11% 計算，漿液覆蓋面積減少11%，噴淋層覆蓋面積的降低而導(dǎo)致的脫硫效率的降低必須增開一臺漿液循環(huán)泵來彌補，更換內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道后，滿足95%以上的脫硫效率，減少增開一臺漿液循環(huán)泵時間為2880小時,節(jié)約電費約2880h×1800kW×0.3元/kWh =155.52萬元。

綜上計算，更換陶瓷管道后每年可節(jié)約支出376.32萬元，投入更換內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道的成本可在3年內(nèi)回收，經(jīng)濟效益明顯。

4.2 社會效益

脫硫管道缺陷發(fā)生次數(shù)由11次/月降低到3次/月后（主要是小管徑、非復(fù)合陶瓷管道發(fā)生所致）,脫硫系統(tǒng)未發(fā)生因管道缺陷造成停運的現(xiàn)象，脫硫設(shè)備投運率達到100%，實現(xiàn)二氧化硫達標排放，維護了企業(yè)良好的社會形象。

內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道被公司系統(tǒng)內(nèi)部分兄弟電廠借鑒、采用，提高了公司系統(tǒng)脫硫系統(tǒng)的總體運行水平。

5 結(jié)論

通過分析，內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道在大型火力發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了良好的效果，能大大提高脫硫系統(tǒng)的可靠性，能取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有一定的推廣價值，同時也建議新建脫硫工程在建設(shè)之初就采用此種管道，避免出現(xiàn)問題后再投入、治理，節(jié)省資金。但在試用過程中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道不適用于小管徑的石灰石原漿液，主要是該漿液顆粒度大，磨損快，目前采用SiC管道，也可嘗試用A49材質(zhì)管道。

[1]王穎聰.濕法脫硫裝置的設(shè)備與管道的腐蝕及對策[M].中國電力出版社，2003.

[2]羅保.襯膠管道的現(xiàn)場制作安裝[M].中國電力出版社，1999.

[3]周至祥.火電廠濕法煙氣脫硫技術(shù)手冊[M].中國電力出版社，2006.