濕法煙氣脫硫設(shè)備不銹鋼及高合金材料的運用探析

張 李

（江蘇科達電力有限公司，江蘇 南京 210000）

工業(yè)帶動著社會經(jīng)濟增長，但隨之而來的大氣污染問題突出，在各類燃煤發(fā)電廠、火電廠中，二氧化硫成為主要污染物質(zhì)。濕法煙氣脫硫是脫除二氧化硫的重要工藝，基于該方法所設(shè)計的濕法煙氣脫硫設(shè)備，可保障煙氣脫硫效果。然而在該類工藝實施期間，設(shè)備內(nèi)腐蝕風(fēng)險較大，易損害設(shè)備脫硫性能，所以需采用新型高合金材料、不銹鋼，增強設(shè)備耐腐蝕能力，優(yōu)化濕法脫硫設(shè)備運行參數(shù)。

1 濕法煙氣脫硫設(shè)備運行原理

工業(yè)生產(chǎn)中，各類先進生產(chǎn)活動中均會產(chǎn)生有害的大氣污染物質(zhì)，其中硫化物污染情況尤為突出。濕法煙氣脫硫設(shè)備屬于擁有完整處理工藝裝置，內(nèi)包括石膏脫水、排放、石灰石漿液制備、煙氣、空氣壓縮、吸收塔等下級設(shè)備，具體結(jié)構(gòu)包括石膏脫水機、煙氣換熱器、升壓風(fēng)機、增壓風(fēng)機、除霧器、氧化風(fēng)機、吸收塔、旋流器、循環(huán)泵等[1]。其基本的運行原理是將水與石灰石粉混合，制備為漿液后倒入吸收塔內(nèi)，使其作為吸收劑充分與設(shè)備內(nèi)煙氣融合。待該漿液與煙氣內(nèi)二氧化硫產(chǎn)生反應(yīng)后，吸收塔可生成硫酸鈣，且在飽和后結(jié)晶為石膏。石膏漿液從吸收塔濃縮、脫水排出后，整體含水量將低于10%，而脫硫處理后的煙氣會進入除霧器，經(jīng)煙囪排出大氣[1]。在此期間，吸收塔內(nèi)各類吸收劑會在循環(huán)泵協(xié)助下與煙氣密切接觸，對煙氣脫硫，降低煙氣內(nèi)鈣硫比，使?jié)穹煔饷摿蛟O(shè)備整體脫硫率保持在96%～99%之間。

2 濕法煙氣脫硫設(shè)備應(yīng)用不銹鋼及高合金材料的必要性

作為脫硫設(shè)備，濕法煙氣脫硫系統(tǒng)在脫硫過程中，內(nèi)部環(huán)境會伴有酸凝結(jié)情況，而酸濃度增高后則會對脫硫系統(tǒng)造成腐蝕，損害系統(tǒng)脫硫性能[2]。譬如在煙氣輸送至吸收塔后，其與濕漿液混合、冷卻后則會產(chǎn)生腐蝕性較強的亞硫酸、硫酸。這類酸溶液的PH值會低至1～1.5。隨著吸收劑的反應(yīng)、吸收，系統(tǒng)內(nèi)PH值明顯上升，保持在4～5左右，但煙氣在洗滌后仍然會攜帶部分酸溶液，伴著冷煙氣凝結(jié)于煙道口，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)各結(jié)構(gòu)受到腐蝕。高合金材料、不銹鋼使用后，ND鋼、鈦鋼復(fù)合板、鈦合金等材料可憑借內(nèi)部的氮、鉻、鉬增強系統(tǒng)耐腐蝕性，使其能夠在運行中具有耐縫隙腐蝕、耐酸溶液腐蝕等性能，甚至可促進系統(tǒng)內(nèi)壁保護膜恢復(fù)，完善濕法煙氣脫硫設(shè)備的整體性能[2]。

3 濕法煙氣脫硫設(shè)備內(nèi)高合金材料與不銹鋼的具體運用

3.1 材料選用

濕法煙氣脫硫設(shè)備中，內(nèi)部金屬材料腐蝕通常包括磨損腐蝕、電化學(xué)腐蝕、普通化學(xué)腐蝕等類型，為強化設(shè)備耐腐蝕性能，在選用高合金、不銹鋼材料時，同樣應(yīng)注重材料選擇的合理性、科學(xué)性。具體來說，相關(guān)人與篩選高合金材料時，可根據(jù)濕法煙氣脫硫工藝中濕度、溫度、PH值等參數(shù)，估算設(shè)備腐蝕程度，隨后選擇具有對應(yīng)性能的高合金材料，布設(shè)在相應(yīng)腐蝕區(qū)域。

目前，傳統(tǒng)濕法脫硫設(shè)備中，Alloy 31合金、Incoloy 926合金、625合金、N08367、1.4529、C276合金等高合金材料使用頻次多，但自21世紀后，59合金被廣泛運用在濕法煙氣脫硫設(shè)備內(nèi)。另外，脫硫裝置中選用高合金材料時，會從復(fù)合軋鋼板、碳鋼板貼襯合金、全合金結(jié)構(gòu)、耐腐蝕鋼板中選出具體的材料，具體選擇對象與企業(yè)生產(chǎn)成本控制目標(biāo)息息相關(guān)。而在選擇不銹鋼材料時，相關(guān)人員已摒棄傳統(tǒng)奧氏不銹鋼，將雙相不銹鋼投入脫硫項目內(nèi)，將其作為濕法煙氣脫硫設(shè)備主材料，使脫硫系統(tǒng)內(nèi)部保護層具有較強耐蝕性、塑韌性。同時能夠與耐氯化物、高合金材料融合后，讓脫硫設(shè)備兼具三者使用優(yōu)勢，增強濕法脫硫設(shè)備耐腐蝕性能，為濕法脫硫工藝的高效實施創(chuàng)造有利條件。

3.2 應(yīng)用部位

為發(fā)揮高合金、不銹鋼等材料在濕法脫硫設(shè)備中的應(yīng)用價值，還應(yīng)合理將相關(guān)參數(shù)設(shè)置在設(shè)備內(nèi)對應(yīng)位置上。濕法煙氣脫硫系統(tǒng)內(nèi)，吸收塔、煙道、煙囪、吸收塔內(nèi)件、攪拌裝置是腐蝕現(xiàn)象主要集中區(qū)域，其中吸收塔是濕法煙氣脫硫的重要場所。在運用高合金、不銹鋼等材料時，吸收塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的噴淋管、攪拌器、除霧器均需運用防腐材料，即將不銹鋼、高合金作為該類結(jié)構(gòu)的主材料[3]。另外，對于濕法脫硫設(shè)備中“非干濕交替”區(qū)域，可使用碳鋼貼襯合金板、碳鋼復(fù)合板、普通不銹鋼材料，例如316L不銹鋼。

需要注意的是，在關(guān)鍵部位中運用高合金、普通不銹鋼材料時，需根據(jù)材料性能對濕法脫硫設(shè)備進行耐腐蝕設(shè)計，使其在運行中整體耐蝕性能符合脫硫工藝要求。首先，吸收塔內(nèi)循環(huán)泵需要設(shè)置在吸收塔周圍區(qū)域，使其作用于吸收塔內(nèi)石膏，進入再循環(huán)階段。因此，在選擇不銹鋼材料時，應(yīng)將鑄鋼作為循環(huán)泵外部材質(zhì)，用A51作為循環(huán)泵頸套、葉輪，內(nèi)部襯里材料為具有防滲漏作用的橡膠，密封劑SIC。其次，濕法煙氣脫硫設(shè)備中，脫硫裝置需借助煙氣擋門板進行輔助，且擋門板后方煙道會處于干濕交接區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)煙氣整體溫度將低于80℃，濕度大，內(nèi)含亞硫酸、氯化物、氟化物等腐蝕性較強的物質(zhì)，所以需應(yīng)用耐腐蝕合金鋼板、雙相不銹鋼、鎳基合金等材料，增強系統(tǒng)整體耐腐蝕性。

表1 濕法煙氣脫硫中常用合金及不銹鋼的性能

3.3 具體應(yīng)用

濕法煙氣脫硫設(shè)備中，雙相不銹鋼、鈦合金、鎳基合金屬于常用高合金材料、不銹鋼，可綜合各類材料的塑韌性、焊接性、耐蝕性特點，為濕法煙氣脫硫工藝的實施創(chuàng)造有利條件。首先，設(shè)備結(jié)構(gòu)中2507合金、2205雙相不銹鋼的運用，可使?jié)穹煔饷摿蛳到y(tǒng)在脫硫過程中，各結(jié)構(gòu)可抗裂隙腐蝕、酸溶液腐蝕，整體抗腐蝕能力強[4]。不僅如此，2507合金、2205雙相不銹鋼等材料在具體應(yīng)用中，材料抗點蝕能力強，相較于傳統(tǒng)奧氏體相不銹鋼，材料的導(dǎo)熱性高、熱膨脹系數(shù)低。2205雙相不銹鋼中氮、鉬、鉻材料含量低，其微觀結(jié)構(gòu)有助于提升設(shè)備內(nèi)各裝置的抗應(yīng)力、抗腐蝕能力，具體性能參數(shù)如表1所示。

其次，濕法煙氣脫硫設(shè)備中除高合金、不銹鋼材料外，金屬鈦也有著一定的應(yīng)用。雖然它具有熱學(xué)不穩(wěn)的特點，但在各類耐腐蝕介質(zhì)中，純鈦耐腐性較強，在氯化物、氧化性介質(zhì)處理中的耐腐蝕性可達最佳狀態(tài)中。所以在選用鈦合金作為煙氣脫硫主材料時，可有效增強脫硫設(shè)備的耐腐蝕性能。與此同時，相關(guān)人員可將10%～30%的鉬增加至鈦合金材料結(jié)構(gòu)中，提升其在抗還原介質(zhì)中的腐蝕性能增強。工業(yè)領(lǐng)域中，濕法煙氣脫硫設(shè)備中，純鈦、鉬、鋼材制作的鈦合金被廣泛應(yīng)用，可作為設(shè)備煙道、排出裝置、煙囪內(nèi)的防腐材料。

最后，制作鈦合金時，可采用爆炸一軋制、爆炸復(fù)合軋制等工藝，成本控制良好，加工流程更為成熟，值得在煙氣脫硫系統(tǒng)、設(shè)備內(nèi)推廣應(yīng)用。某火電廠在采用濕法煙氣脫硫工藝時，大范圍的制作鈦合金，且基于鈦合金抗金屬熔化、成套設(shè)施簡單等優(yōu)勢，將其制作為濕法煙氣脫硫設(shè)備中的煙囪內(nèi)壁、吸收塔內(nèi)壁材料，代號為BRl、BR2、B0、Bl、B2的鈦鋼復(fù)合板使用效果明顯，可控制脫硫過程中酸溶液、內(nèi)部有害物質(zhì)對設(shè)備造成的腐蝕。其中B0、Bl、B2等2類管板、BRl、BR2等1類管板，可在煙氣脫硫設(shè)備防腐設(shè)計中作為個區(qū)域鋼板、保護層內(nèi)壁，整體強度、耐腐蝕性符合設(shè)備脫硫需求。

4 結(jié)語

綜上所述，工業(yè)文明發(fā)展中，煙氣脫硫?qū)儆谏a(chǎn)活動中的重要貢獻，濕法煙氣脫硫設(shè)備的應(yīng)用可有效提升煙氣脫硫率，凈化煙氣使其達到排放標(biāo)準(zhǔn)。但是為避免各類酸溶液、內(nèi)部吸收劑引起的腐蝕，需重視雙相不銹鋼、鎳基合金等高合金、不銹鋼材料的運用，同時通過科學(xué)材料選用材料，確立材料規(guī)格型號，嚴格控制煙氣脫硫參數(shù)等方式，合理控制煙氣脫硫成本，突出濕法煙氣脫硫技術(shù)效率優(yōu)勢，為我國工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)范化發(fā)展。