電力行業(yè)煙氣脫硫腐蝕技術(shù)介紹

胡開兵

摘要：現(xiàn)今，國內(nèi)外已開發(fā)出數(shù)百種煙氣脫硫技術(shù)。我國作為發(fā)展中國家，在經(jīng)濟(jì)實(shí)力有限的情況下，如何科學(xué)地評估和優(yōu)選先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的煙氣脫硫技術(shù)，是控制火電廠SO2，排放迫切需要解決的問題。本文在環(huán)境保護(hù)與治理的經(jīng)濟(jì)學(xué)理論研究的基礎(chǔ)上，以電力行業(yè)煙氣脫硫腐蝕技術(shù)為個案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價分析，從而為今后中國電力系統(tǒng)環(huán)境保護(hù)所面臨的挑戰(zhàn)提供參考對策。

關(guān)鍵詞：濕法煙氣脫硫，氨法煙氣脫硫，煙氣脫硫系統(tǒng)

一、濕法煙氣脫硫

濕法煙氣脫硫就是采用液體吸收劑洗滌煙氣，吸收煙氣中含有的SO2。目前實(shí)際應(yīng)用中被普遍采用的濕法煙氣脫硫有石灰/石灰石-石膏法、雙堿法、碳酸鈉法、氨法等。濕法煙氣脫硫具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡單、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及易造成二次污染等問題。

二、氨法煙氣脫硫簡介

氨法煙氣脫硫利用NH3吸收煙氣中的SO2，生產(chǎn)的脫硫產(chǎn)物在進(jìn)行處理，從而脫除SO2。氨法煙氣脫硫工藝過程一般分成三大步驟：脫硫吸收、中間產(chǎn)品處理、副產(chǎn)品制造。其主要化學(xué)反應(yīng)式如下：

（1）吸收過程：

脫硫吸收過程是氨法煙氣脫硫技術(shù)的核心，它以水溶液中的SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)：

SO2+H2O+xNH3 = （NH4） xH2-XSO3 （1）

得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品。其中，x=1.2-1.4。

直接將亞銨制成產(chǎn)品即為亞硫酸銨法

（2）中間產(chǎn)品處理

中間產(chǎn)品的處理主要分為兩大類：直接氧化和酸解。

a） 直接氧化——氨-硫銨肥法

在多功能脫硫塔中，鼓入空氣將亞硫銨氧化成硫銨，其反應(yīng)為：

（NH4）XH2-XSO3+1/2O2 +（2-x）NH3=（NH4）2SO4 （2）

b） 酸解——氨酸法

用硫酸、磷酸、硝酸等酸將脫硫產(chǎn)物亞硫銨酸解，生成相應(yīng)的銨鹽和氣體二氧化硫。

（3）副產(chǎn)品制造

中間產(chǎn)品經(jīng)處理后形成了銨鹽及氣體二氧化硫。銨鹽送制肥裝置制成成品氮肥或復(fù)合肥;氣體二氧化硫既可制造液體二氧化硫又可送硫酸制酸裝置生產(chǎn)硫酸。而生產(chǎn)所得的硫酸又可用于生產(chǎn)磷酸、磷肥等【1】。

三、氨法煙氣脫硫的腐蝕機(jī)理

吸收塔內(nèi)部的腐蝕主要是由于氨水混合物噴淋液中氯化物的含量過高引起的麻點(diǎn)腐蝕及煙氣從刷帶來的磨損腐蝕。含SO2的煙氣經(jīng)過脫硫系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)都會造成對設(shè)備的腐蝕，腐蝕的形式多種多樣，主要有化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、結(jié)晶腐蝕。氨法脫硫固體顆粒少，磨蝕基本不存在。

3.1化學(xué)腐蝕

煙氣中的腐蝕介質(zhì)在一定的溫度、濕度下和金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)可溶解性鹽，使設(shè)備逐漸被腐蝕。主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：

水解生產(chǎn)游離的硫酸：

4 FeSO4+10H2O+O2=4Fe（OH）3+4H2SO4

2HCl+Fe=FeCl2+H2

如此循環(huán)反復(fù)，使腐蝕不斷進(jìn)行下去。

3.2電化學(xué)腐蝕

在潮濕的條件下，金屬表面直接與煙氣介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕，在焊縫處特別容易發(fā)生。主要反應(yīng)為：

Fe→Fe2+ +2e

Fe2+ + 8FeO·OH +2e→3Fe3O4 + 4H2O

四、煙氣脫硫系統(tǒng)的防腐措施

長期以來，人們對煙氣脫硫系統(tǒng)采取了多種多樣的防腐蝕措施，歸納起來大致分為兩大類。

4.1 采用耐腐蝕材料

國外對煙氣脫硫系統(tǒng)的防腐蝕重點(diǎn)，首先是煙道和脫硫塔 ，主要采用以下措施：

（1）應(yīng)用不銹鋼

根據(jù)煙氣脫硫腐蝕介質(zhì)特點(diǎn)，一般選擇耐化學(xué)腐蝕的不銹鋼，如316或317不銹鋼，即00Crl7NiI4Mo3和0CrI 8NiI2Mo3"I～ 這是一類超低碳和低碳的奧氏體不銹鋼，這類不銹鋼既能耐氧化性介質(zhì)腐蝕，電能抗還原性介質(zhì)腐蝕：同時由于Mo和Ti的加入，還增加了其抗孔蝕和晶間腐蝕的能力。因此，在不少煙氣脫硫系統(tǒng)尤其早期工程的煙道和脫硫塔中都采用了316或317不銹鋼。盡管如此，使用效果并不十分理想，有些也發(fā)生了點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和沖刷腐蝕等現(xiàn)象【2】。

（2）應(yīng)用碳鋼和高合金鋼復(fù)合鋼板

高合金鋼由于臺金含量低于不銹鋼而價格便宜，由它與碳鋼組成的復(fù)合鋼板與純不銹鋼相比，既具有優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度，又有一定的耐腐蝕性能。因此，在早期的煙氣脫硫設(shè)備上采用此種材料的較多。但是通過多年運(yùn)行考核發(fā)現(xiàn)，其點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和沖刷腐蝕也相當(dāng)嚴(yán)重。因此在脫硫系統(tǒng)的主要部件上已不再采用。

（3）應(yīng)用鎳基合金

鎳基合金是以鎳為主與Co，Mo，F(xiàn)e，W，Cr等形成的連續(xù)固溶體合金，其中以蒙耐爾合金和哈氏合金為代表。它們的耐腐蝕性能和加工性能都相當(dāng)優(yōu)越，使用效果也非常理想。但由于價格昂貴，現(xiàn)在一般不再設(shè)計采用。

（4）應(yīng)用整體玻璃鋼

玻璃鋼是以合成樹脂為粘合劑，以玻璃纖維制品作增強(qiáng)材料而制成的，它質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、成型工藝簡單、化學(xué)穩(wěn)定性好。性能優(yōu)良的玻璃鋼使用溫度可達(dá)IO0'C一120℃，個別可達(dá)160℃ 。要使用玻璃鋼制作大型的脫硫塔相當(dāng)困難，主要是模具問題。而采用玻璃鋼制作管道，法蘭，閥門等卻是一種很好的材料。國外有采用整體玻璃鋼煙道的。但玻璃鋼容易產(chǎn)生加工缺陷，如氣泡、裂紋等，加之煙氣脫硫條件苛刻，顯得安全可靠性不足，因此可以考慮在工業(yè)鍋爐的煙氣脫硫系統(tǒng)中使用，但要注意使用溫度。

4.2 采用非金屬材料襯里

由于整體采用耐腐蝕材料價格昂貴或性能達(dá)不到要求，因此，以碳鋼作基體，采用相對便宜的非金屬耐腐蝕材料作襯里，是煙氣脫硫系統(tǒng)防腐蝕的一種重要手段，也是目前的通用方法。

（1）橡膠襯里

橡膠襯里技術(shù)己成為煙氣脫硫系統(tǒng)防腐蝕的主要技術(shù)之一，其材料已納入煙氣脫硫的防腐蝕設(shè)計規(guī)范。實(shí)踐證明，橡膠襯里可以長期有效地適應(yīng)煙氣脫硫的腐蝕環(huán)境。橡膠襯里的突出優(yōu)點(diǎn)首先是與鋼鐵的結(jié)合力強(qiáng)，襯層致密，無針孔和氣泡，抗?jié)B性強(qiáng)：再是具有定的彈性，抗機(jī)械沖擊和熱沖擊性能好，在煙氣脫硫中抗磨性也較好。目前使用的材料多為合成橡膠，這類材料在耐溫、耐磨、耐油、抗?jié)B、耐蝕等方面，均優(yōu)于天然橡膠。

（2）玻璃鋼襯里

玻璃鋼襯里主要也是起屏蔽作用，將基體金屬與腐蝕介質(zhì)隔開。目前使用的玻璃鋼因樹臘不同而異，它的使用溫度以及耐蝕、抗?jié)B性能各有差異。在煙氣脫硫中多用在吸收塔類、液體輸送管道等溫度相對較低的部位作襯里材料。由于玻璃鋼加工中易出現(xiàn)針孔、起泡和微裂紋，所以對要求安全可靠、使用壽命長的電廠煙氣脫硫系統(tǒng)，只能部分采用。

（3）玻璃鱗片樹脂襯里

此項(xiàng)技術(shù)是70年代末8O年代初在樹臘涂層基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。純粹的樹脂涂層雖抗蝕、耐溫（如乙烯酯樹脂干燥時可耐180℃），但抗?jié)B性能差，而在此基礎(chǔ)上開發(fā)出的玻璃鱗片樹～lfl，lJ具有優(yōu)良的性能。這種涂層首先在國外得到了大面積應(yīng)用，我國在8O年代末期也開發(fā)成功并應(yīng)用于煙氣脫硫系統(tǒng)的許多部位。所謂玻璃鱗片樹脂，是將一定片徑（0.4 mm～2.4 ram）和一定厚度（6 grn～40 m）的玻璃鱗片與樹脂混合制成的膠泥或涂料，將其用涂抹或噴涂的方法涂敷于金屬表面即成為防腐涂層。這種襯里技術(shù)已成為煙氣脫硫防腐的首選技術(shù)，在發(fā)達(dá)國家，其材料及施工技術(shù)己完全標(biāo)準(zhǔn)化。經(jīng)考核，其使用性能良好，有的己安全使用100 000 h以上。我國現(xiàn)行引進(jìn)的煙氣脫硫裝置中均采用此技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

【1】戚瑞闖.一流高職院校建設(shè)與高職院?？沙掷m(xù)發(fā)展研究[J].濟(jì)南職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2020，（3）：14-16.

【2】田超凱.玻璃鋼煙道在電廠脫硫系統(tǒng)中的設(shè)計與應(yīng)用[J].纖維復(fù)合材料，2008（3）：7-10.