氨法脫硫吸收塔內防腐技術探討

◇西安航天源動力工程有限公司 康瑞龍

針對現(xiàn)階段氨法脫硫技術吸收塔的腐蝕問題，介紹了脫硫裝置的腐蝕機理，并分析了幾種不同防腐結構型式脫硫塔的防腐原理和應用情況。選取最常用碳鋼內襯玻璃鱗片吸收塔形式，重點介紹了玻璃鱗片在設計和施工方面的注意事項，指出吸收塔的防腐不僅取決于材料和施工，后期良好的運維也能提高設備長期穩(wěn)定地運行。

在工業(yè)煙氣污染物超低排放背景下，氨法脫硫因其占地面積小、脫硫效率高、運行能耗低等方面的優(yōu)勢，在煙氣治理市場的占比逐年上升。與傳統(tǒng)石灰石-石膏法相比，在脫硫劑生產(chǎn)、脫硫反應過程中不產(chǎn)生新的二氧化碳，符合現(xiàn)階段的“雙碳”政策。氨法脫硫是利用氨水與含S02的煙氣接觸并吸收S02的技術，(NH4)2S03吸收S02形成NH4HS03，補充的氨使NH4HS03又轉化為(NH4)2S03，依次循環(huán)反復，從而完成對煙氣中S02的凈化吸收[1]。氨法脫硫吸收塔為空塔噴淋結構型式，塔內由漿液區(qū)、濃縮區(qū)（1-2層噴淋層）、吸收區(qū)（3-4層噴淋層）、除霧區(qū)、水洗區(qū)等區(qū)域組成，塔內件還包括集液器、填料和絲網(wǎng)等，噴淋層間距一般為1.8～2m。在設備運行過程中，煙氣中的酸性氣體、漿液中的顆粒物造成了脫硫塔的腐蝕、沖刷和磨損，影響了整套脫硫裝置的穩(wěn)定運行，因此脫硫吸收塔防腐蝕設計和優(yōu)化至關重要。本文深入分析了造成氨法脫硫吸收塔內的腐蝕的原因，并針對不同塔型提出防腐工程的設計施工建議，其結果可以為今后氨法脫硫的建設和改進提供參考依據(jù)。

1 腐蝕環(huán)境

鍋爐煙氣中的S02、S03、NOX、HCI、HF等腐蝕性氣體對脫硫裝置造成損傷，氨法脫硫的腐蝕機理主要有化學腐蝕、物理腐蝕和晶間腐蝕等[2-3]。

1.1 化學腐蝕

煙氣中的腐蝕性介質在一定的溫度、濕度下和金屬材料發(fā)生化學反應生成可溶性鹽，使設備逐漸腐蝕[2]。Fe、SO2和水生成FeSO3，F(xiàn)e、SO2和氧生成FeSO4，F(xiàn)eSO4水解生成4Fe(OH)3和硫酸。

1.2 物理腐蝕

氨法煙氣脫硫過程中生成了可溶的(NH4)2SO3、NH4HSO3和(NH4)2SO4，液相滲入防腐層直至基材對其腐蝕，漿液中硫酸銨結晶的固體顆粒在循環(huán)噴淋過程中對塔體和內件支撐的沖蝕。

煙氣中的S02、HCI、HF等酸性氣體在與液體接觸時，生成相應的酸液，其SO3

2-、Cl-、SO42-對金屬本體和內防腐層有很強的腐蝕性和滲透破壞作用，主要表現(xiàn)為溶脹、鼓泡、分層、剝離、脫粘、龜裂、開裂等[3]，從而加快對整個設備的腐蝕。

1.3 晶間腐蝕

鍋爐煙氣中一般含有HCl，在漿液不斷循環(huán)過程中氯離子含量持續(xù)增加，在pH偏低情況下很容易導致不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕。

2 脫硫塔結構型式

氨法脫硫塔內部環(huán)境惡劣，設計和實踐中選擇不同的塔體材料和內防腐材料解決腐蝕問題。國內脫硫塔材質和防腐型式主要有：金屬復合板或高鎳合金鋼、鋼筋混凝土、玻璃鋼（FRP）、碳鋼襯玻璃鱗片等。

2.1 金屬復合板或高鎳合金鋼塔

氨法脫硫項目中選擇2507、C276、1.4529、TA2等材質與碳鋼（Q235B、Q345R等）基材經(jīng)爆炸、軋制等復合制成具有耐腐蝕較好的復合板，或直接用2507、C276、1.4529等材質制作吸收塔，但這兩種形式的設備價格較高，不利于前期投資[4]。

2.2 鋼筋混凝土吸收塔

吸收塔塔體采用鋼筋混凝土結構，內襯耐腐蝕的高分子材料防腐層，施工時鋼筋混凝土和內襯防腐層同時進行。鋼筋混凝土增大了塔體的穩(wěn)定性，保溫性能好、塔內高分子材料的防腐層防腐耐磨性能好，克服了脫硫煙氣對塔體的腐蝕，大大延長了塔體的使用壽命，且平時不需要檢修與維護。但一次投資的資金需求會比較高，因此氨法脫硫中使用鋼筋混凝土塔的項目并不多[4]。

2.3 玻璃鋼（FRP）塔

玻璃鋼具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、耐熱性能、耐磨蝕性能等特點，與金屬材料或其它無機材料相比，它重量輕、比強度高、電絕緣、耐瞬時超高溫、傳熱慢、隔音、防水、易著色、能透過電磁波，是一種兼具功能和結構特性的材料，在腐蝕環(huán)境中玻璃鋼的耐磨性能優(yōu)于鋼材，為提高玻璃鋼的耐磨性，可以在樹脂基體中加入適當?shù)奶盍希ㄌ蓟瑁5]。由于其優(yōu)良的綜合性能優(yōu)勢，氨法脫硫系統(tǒng)裝置中脫硫吸收塔（塔體、集液器、噴淋內管等）、非標槽罐、煙道、外管道中得到了廣泛應用。但玻璃鋼塔的剛度不強，容易引起變形和老化[3]，煙氣量較大及煙塔合一的裝置中，脫硫塔直徑大且總高較高，直排塔煙囪為保證脫硫塔整體的穩(wěn)定性和剛度還需要另外設置鋼塔架，裝置整體成本較高，這時選擇碳鋼防腐結構或其他結構形式的塔則更具有價格優(yōu)勢。

2.4 碳鋼襯玻璃鱗片吸收塔

氨法脫硫工藝中最為常見的是碳鋼內襯玻璃鱗片吸收塔。璃鱗片多采用乙烯基鱗片材料，乙烯基鱗片材料是以乙烯基樹脂為主要材料，并加入10%～40%不等片徑的玻璃鱗片和其它一些功能性填料混合而成的一種防腐蝕材料，具有耐腐蝕、抗?jié)B透、耐高溫、耐磨性等優(yōu)勢。鱗片膠泥涂層的線膨脹與鋼鐵的線膨脹系數(shù)相近，使鱗片膠泥適合于溫度交變的重腐蝕環(huán)境。涂層硬度較高，另受外機械損傷時的破壞是局部的，其擴散趨勢小，易于修復[2]。

3 碳鋼襯玻璃鱗片吸收塔防腐工程的設計施工

考慮到述幾種防腐型式吸收塔的技術性能和經(jīng)濟性，目前國內氨法脫硫工藝裝置中常選用碳鋼襯玻璃鱗片吸收塔的型式。

3.1 鱗片施工注意事項

脫硫塔焊接、組裝完畢，盛水試漏合格后，對塔內表面進行全面的玻璃鱗片襯里防腐施工。鱗片施工前首先對設備表面進行全面的表面處理（打磨、噴砂等），表面處理等級不低于GB/T 8923《涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評定》中規(guī)定的Sa2.5級、粗糙度Rz≥50μm。表面處理過程和檢驗嚴格遵循HG/T 20678《襯里鋼殼設計技術規(guī)定》，包括焊縫打磨、接管管端銳角磨圓、角焊縫的圓弧過渡等。焊縫打磨后按施工圖及相關標準、規(guī)范要求做無損檢驗，修復檢驗不合格的焊縫，須保證全部焊縫質量為合格。

打磨質量經(jīng)檢驗合格且施工環(huán)境符合相關文件要求后，設備內表面按照HG/T 2640《玻璃鱗片襯里施工技術條件》和DL/T 5418《火電廠煙氣脫硫吸收塔施工及驗收規(guī)程》規(guī)定的工序和質量要求進行防腐襯里施工、質量檢測和保養(yǎng)。

據(jù)參考文獻6中介紹，玻璃鱗片在施工后，橫縱比可達到30～120的扁平不連續(xù)的玻璃鱗片呈平行重疊排列的宮式結構，形成致密的防滲層結構。腐蝕介質在固化后的樹脂中滲透必須經(jīng)過無數(shù)條曲折的途徑，因此在一定厚度的耐腐蝕層中，腐蝕滲透的距離大大地延長，相當于有效地增加了玻璃鱗片防腐層的厚度。鱗片涂裝方法可采用刷涂、輥壓等。

3.2 設計和施工注意事項

吸收塔內件支撐梁設計中，目前多采用矩形管和H型鋼，矩形管相較于H型鋼支撐梁方便鱗片襯里的施工，但鋼材耗用量多于H型鋼。設計時構件要盡量避免設置成銳角，從而增加焊接、打磨及襯里施工難度并影響設備防腐質量。內件安裝時，在內件與塔壁、支撐結構接觸面上設置防腐蝕的軟性墊片，防止在安裝過程中損傷鱗片襯里層。

鱗片襯里施工期間要做好防火、防爆工作，合理安排施工順序和資源，減少受限空間作業(yè)，配備足夠的安全保障設備。襯里施工完畢后，塔內嚴禁動火施工，塔外需要焊接施工時應在設計時設置預埋件，防止高溫破壞襯里層。

3.3 脫硫塔高溫區(qū)防腐設計

從原煙道過來的煙氣溫度一般在120℃左右，在該溫度條件下，煙道內防腐材料的許用應力急劇降低，耐腐蝕性和抗?jié)B透性也隨之減弱。吸收塔入口煙道與塔壁結合處是處于冷熱交匯處，由于高溫煙氣與低溫的漿液接觸，會形成干濕交界面，在溫差變化、機械振動、煙氣流速高等外因的共同作用下，導致脫硫吸收塔入口煙道內的防腐鱗片容易起鼓、脫落[7]。

當漿液碰撞到塔壁和干濕交界面時，一小部分黏附于塔壁而沉積下來，煙氣具有較高的溫度，加快沉積層的水分蒸發(fā)，沉積層逐漸形成結構致密的硬垢。當垢層達到一定厚度后，也可能脫落，砸傷漿液區(qū)管道、噴嘴和防腐內襯，嚴重影響塔運行的安全性和氣流流向。因此，需要及時進行沖洗。沖洗方式一般采用噴嘴進行連續(xù)沖洗或間隔沖洗，間隔沖洗的周期一般應小于2h[7]。吸收塔高溫區(qū)包括入口煙道和漿液表面至吸收集液器間的區(qū)域。

（1）入口煙道防腐設計。

設計時在煙道入口設置擋水板，防止?jié)饪s漿液直接噴進煙道內或在背壓下將漿液卷吸到煙道內。入口煙道斜接插入脫硫塔，角度一般在10°～30°之間，插入深度一般為200～400mm之間，這種結構有利于削弱塔內回流旋渦，防止?jié){液倒流。還可以在入口煙道區(qū)域增設導流板等方式提高氣流分布的均勻性且減小壓力損失[8]。并且控制好入口煙道頂板與濃縮噴淋層噴嘴及入口煙道底板與正常運行漿液液位的距離。

氨法脫硫裝置中入口煙道主要采用襯非金屬材料或金屬材料，采用玻璃鱗片（高溫型）防腐工藝施工簡單，單位工程造價較低，但缺點是防腐層容易發(fā)生損壞或脫落[7]。為保證脫硫系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，防止煙道因防腐層損壞而產(chǎn)生泄漏，目前主要選擇合金材料（1.4529、C276、2507等合金材料）作為吸收塔入口煙道的內襯防腐材料，該防腐工藝經(jīng)久耐用，防腐效果好。

（2）濃縮段區(qū)域。

濃縮噴淋層腐蝕主要包括塔壁、噴淋層和積液盤支撐梁的積料、濃縮漿液對塔壁的沖刷等。濃縮段區(qū)域鱗片結構一般為底涂層、鱗片層（高溫型，2～3mm）、耐磨層（1mm）FRP加強層（1mm）、耐磨層（1mm）及面涂層。內件設計時在保證覆蓋率的情況下合理布置支撐梁和選取噴嘴，減少噴嘴直接沖刷塔壁，特殊情況下還可增加設置防沖刷裝置。

3.4 吸收集液器以上區(qū)域

與相比高溫區(qū)域，吸收集液器以上區(qū)域的腐蝕環(huán)境大為改善，甚至水洗段以上區(qū)域時煙氣已經(jīng)相當干凈。吸收段漿液來自氧化槽，吸收層漿液中含有較少的細小結晶顆粒對塔壁的沖刷不強，吸收段以上區(qū)域漿液為工藝水和水洗水，基本不會對塔壁產(chǎn)生沖蝕。因此在吸收集液器以上至煙氣出口鱗片結構減少了耐磨層，自里向外防腐結構為底涂層、鱗片層（中溫型，2mm）、FRP加強層（1mm）、及面涂層，內件支撐梁可增加1mm的耐磨層防止上層噴嘴的沖刷。煙氣出口或直排煙囪鱗片結構一般為底涂層、鱗片層（中溫型，2mm）和面涂層。

3.5 漿液區(qū)

為了保持塔內漿液含固物的懸浮和避免結晶塊增大，需保證漿液有足夠的流體速度，流速不夠的區(qū)域將出現(xiàn)沉積物堆積，但流動強度不宜過大，劇烈的擾動不利于硫酸銨晶體成長[7]。塔底漿液中含有較多的粒徑相對較大結晶顆粒，漿液流動過程中不可避免地對塔壁和塔底板造成了沖刷，且沖蝕強度大。漿液區(qū)鱗片結構一般為底涂層、鱗片層（中溫型，2mm）、FRP加強層（1mm）、耐磨層（1-2mm）及面涂層。

4 結束語

氨法脫硫吸收塔的腐蝕環(huán)境嚴重，上述主要從防腐材料、設計和施工方面淺析了如何避免設備的腐蝕。在實際應用中吸收塔內防腐受到鱗片材料的質量、施工過程的監(jiān)督和檢驗等因素的制約，同時后期的運維保養(yǎng)同樣能大幅提高吸收塔長期穩(wěn)定安全運行。