火電廠煙氣凈化設(shè)備腐蝕防護措施研究

汪 鑫

（珠海信環(huán)環(huán)保有限公司，廣東 珠海 519000）

引言

煙氣凈化設(shè)備影響煙氣脫硫脫硝效益，是火電廠實現(xiàn)煙氣零排放的重要設(shè)施。煙氣凈化設(shè)備在使用過程中受到腐蝕問題的影響，影響煙氣脫硫脫硝效益以及火電廠的經(jīng)濟效益，因此，針對煙氣凈化設(shè)備存在的腐蝕問題采取具有針對性的措施，有效降低煙氣中的有害物質(zhì)，延長設(shè)備的使用壽命，為火電廠提供技術(shù)支持。

1 火電廠煙氣凈化設(shè)備腐蝕環(huán)境與腐蝕機理

1.1 腐蝕環(huán)境

火電廠煙氣來源于煤的燃燒轉(zhuǎn)化，煙氣中含有大量具有腐蝕性的酸性氣體，如HCl、HF等，煙氣進入空氣中，其再次發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)成分為水與氧氣，煙氣溫度在110～180℃范圍內(nèi)。排放原煙氣為干燥狀態(tài)，這時的煙氣不會對設(shè)備造成腐蝕，在煙氣凈化階段，煙氣溫度降到露點以下，煙氣凈化設(shè)備襯里層表面會出現(xiàn)的結(jié)露現(xiàn)象，形成鹽酸、亞硫酸、稀硫酸等酸性溶液霧滴或者液膜，這時，煙氣凈化設(shè)備出現(xiàn)被腐蝕現(xiàn)象[1]。

煙氣露點的溫度受到煙氣組分與含量的影響，鍋爐中的原始煙氣水分質(zhì)量為4%～12%，單一水蒸氣的露點溫度約為36～52 ℃，但是由于煙氣中含有NOx、HF等成分，增加露點溫度，導(dǎo)致酸露點的溫度達(dá)到110 ℃。鍋爐煙氣經(jīng)過換熱后溫度降低到80～110 ℃，進入吸收塔中進行脫硫，煙氣溫度再次降低，達(dá)到40～50 ℃，煙氣脫硫后，經(jīng)由除霧器排出吸收塔，在后續(xù)的脫硝過程會產(chǎn)生一系列腐蝕物質(zhì)，產(chǎn)生沉淀物，導(dǎo)致設(shè)備襯里層出現(xiàn)被腐蝕現(xiàn)象。煙氣脫硫系統(tǒng)工藝流程，煙氣凈化設(shè)備的腐蝕環(huán)境，見圖1。

圖1 煙氣脫硫系統(tǒng)工藝流程

1.2 腐蝕機理

造成煙氣凈化設(shè)備襯里層被腐蝕的根本原因為電化學(xué)腐蝕。煙氣在設(shè)備金屬層表面結(jié)露后形成的鹽酸等液膜，液膜中有溶解氧這一物質(zhì)，其作為電解液膜，為電化學(xué)腐蝕提供條件。煙氣凈化設(shè)備的金屬層材料中含有電極電位不同的碳和鐵，在材料受力不均、溫度變化等因素的影響下，金屬層表面形成具有腐蝕性的原電池。煙氣凈化設(shè)備的主要材料是普碳鋼，主要成分是熱力學(xué)上不穩(wěn)定的金屬，容易析出Fe2+融入介質(zhì)中，鐵作為腐蝕原電極，出現(xiàn)被腐蝕現(xiàn)象[2]。

腐蝕原電極中存在極化現(xiàn)象，腐蝕電路接通后，陽極與陰極電勢差下降，腐蝕電流下降，這時一般不會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。煙氣凈化設(shè)備處于腐蝕環(huán)境中，電解液中含有溶解氧與H+，這些物質(zhì)在陰極吸收電子，發(fā)生還原反應(yīng)，推動電化學(xué)反應(yīng)，造成煙氣凈化設(shè)備腐蝕。

2 煙氣凈化設(shè)備腐蝕防護措施

2.1 濕法煙氣脫硫設(shè)備的腐蝕防護

2.1.1 工藝概述

濕法煙氣脫硫技術(shù)包括石灰石/石灰－石膏法、間接石灰石－石膏法，濕法煙氣脫硫設(shè)備與含有濕酸性腐蝕氣體的接觸面積較大，且設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)備防腐的難度較大，因此，濕法煙氣脫硫設(shè)備的腐蝕情況較為嚴(yán)重。利用石灰法進行煙氣脫硫，需要用到氫氧化鈣去吸收煙氣中的二氧化硫，生成亞硫酸鈣，之后分離出的亞硫酸鈣可以拋棄，最后將生成物以石膏形式進行回收，石膏的特點為細(xì)密，具有較大的粘度，出現(xiàn)設(shè)備結(jié)垢現(xiàn)象，設(shè)備會出現(xiàn)堵塞、損壞等問題。煙氣脫硫過程中，洗滌液中含有脫硫劑等物質(zhì)，這些物質(zhì)對設(shè)備襯里層材料帶來損傷，影響設(shè)備的防腐性能，降低設(shè)備使用壽命。

2.1.2 主體脫硫塔防腐防護

煙氣在主體脫硫塔經(jīng)過除塵、脫硫等工藝后產(chǎn)生酸性物質(zhì)，這些物質(zhì)在與煙氣凈化設(shè)備接觸后，對接觸部位帶來腐蝕。主體脫硫塔的防腐需要考慮到脫硫塔的規(guī)格、結(jié)構(gòu)、制造工藝等，其次，考慮到塔內(nèi)材料與酸性物質(zhì)接觸，可以將襯里層的防護材料進行更換，如更換為膠泥與磚板襯里、橡膠裝置，膠泥與磚板襯里是在設(shè)備襯里層金屬層上涂一層耐腐蝕膠泥，該材料具有良好的抗腐蝕能力。此外，該材料的機械強度較高，應(yīng)用效益良好；橡膠裝置的優(yōu)點在于化學(xué)組成較為穩(wěn)定，滲透率較低，能夠最大限度阻止水蒸氣、二氧化硫、氧氣等污染物的進一步擴散，不容易被損壞，能夠有效保護煙氣凈化設(shè)備。以上兩種材質(zhì)的優(yōu)點在于價格低廉，從經(jīng)濟角度出發(fā)，具有良好應(yīng)用優(yōu)勢[3]。

此外，主體脫硫塔的制作材料可以選擇耐腐蝕合金，或者主體脫硫塔本體使用普通碳，在其表面襯一層耐腐蝕合金箔片，箔片厚度根據(jù)腐蝕環(huán)境的因素進行設(shè)計。耐腐蝕合金箔片與橡膠裝置相比，其使用壽命長，維護成本低，但一次性投資較高，需要火電廠從經(jīng)濟角度謹(jǐn)慎考慮。

如果主體脫硫塔的體積適中，結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，其襯里材料可以更換為碳鋼緊襯聚烯烴材料，之后利用該材料進行管道等配套設(shè)施的制作與應(yīng)用；如果主體脫硫塔的直徑較大，可以利用改性聚脲防腐材料或者改性玻璃鱗片在設(shè)備襯里材料上進行涂刷，這一方式達(dá)到防腐效果。其中，玻璃鱗片能夠在較強的腐蝕環(huán)境下工作，其防滲性較好，施工周期短，壽命較長且維護成本較低，具有良好應(yīng)用效益。

2.1.3 洗滌塔防腐防護

煙氣脫硫過程中，氣相與液相接觸，產(chǎn)生煙氣除塵脫硫的質(zhì)量傳遞，也就是動量與熱量進行傳遞，洗滌塔內(nèi)出現(xiàn)煙氣溫度的梯度變化。根據(jù)塔內(nèi)溫差，將洗滌塔劃分為上、下兩部分，分別采用不同的防腐措施。上面部分可以利用碳鋼緊襯聚四氟乙烯材料進行防腐防護，下面部分涉及管道等部件，可以利用碳鋼緊襯聚烯烴材料進行防腐防護，在材料利用過程中，需要注意的是，材料涂刷的設(shè)定高度需要根據(jù)塔內(nèi)溫度梯度進行設(shè)計，不可采用平均劃分的方式。

2.1.4 脫硫塔內(nèi)部組件防腐防護

濕法煙氣脫硫設(shè)備包含噴淋裝置、消毒裝置等，針對這些裝置的防腐防護需要設(shè)計針對性的防護措施，例如，將各個裝置改造為流線型，避免拐角、死角，原因在于：煙氣脫硫結(jié)束后物質(zhì)形態(tài)為液體或者淤渣，其具有腐蝕性且處理較為困難，需要工人定期、及時清理，增加工人工作量，但流線型設(shè)計能夠提高煙氣洗滌的流暢度，減少或者避免管道等裝置出現(xiàn)結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象，避免塔內(nèi)裝置被腐蝕；利用非極性高聚物或特種耐酸鋼進行組件制作，提高組件表面的不粘性，例如，利用該材料制作噴淋裝置的襯里層，避免噴淋裝置出現(xiàn)堵塞或者結(jié)垢現(xiàn)象。塔內(nèi)各個裝置的組件安裝可以采用榫卯的結(jié)構(gòu)方式，利用榫卯結(jié)構(gòu)沒有縫隙這一優(yōu)點，避免液相物質(zhì)進入到縫隙中，如果采用傳統(tǒng)的螺絲連接方式，螺絲與組件之間存在縫隙且螺絲本身容易被腐蝕，影響裝置整體的防腐效果[4]。

考慮到濕法煙氣脫硫的設(shè)備本身體積較大，其比較容易受到頻繁溫度變化問題的影響。由于設(shè)備襯里層與基體受到熱脹冷縮問題的影響，容易出現(xiàn)鼓包、脫皮以及龜裂現(xiàn)象，此外，不同項目的脫硫工藝存在不同，防腐性能也出現(xiàn)不同，因此，在煙氣脫硫設(shè)備的防腐防護中，在襯里材料選擇上，選擇具有針對性防腐性能材料，并在此基礎(chǔ)上進行改進，滿足不同脫硫工藝的需求。

2.2 電暈放電煙氣凈化設(shè)備的防腐防護

電暈放電煙氣凈化設(shè)備不涉及導(dǎo)電問題的煙道等防腐防護，但是，電暈放電的反應(yīng)器、除塵器等無法采用防腐措施，原因在于：橡膠裝置、玻璃鱗片材質(zhì)的襯里以及玻璃鋼無法滿足電暈放電對設(shè)備導(dǎo)電性能的要求，因此，襯里材料需要選擇耐蝕合金，但該材料的價格較為昂貴，會增加火電廠的煙氣脫硫脫硝成本。因此，電暈放電煙氣凈化設(shè)備的防腐防護需要設(shè)計新的防腐技術(shù)，如自主研發(fā)導(dǎo)電防腐材料，滿足不同溫度煙氣脫硫脫硝需求。

例如，導(dǎo)電防腐材料進行涂刷后，其附著力要求為1～2級，耐沖擊性≥45 cm，具有良好的耐腐蝕性，此外，對該材料的涂層進行試驗，要求其浸泡在5%硫酸、鹽酸、氯氧化鈉80 ℃熱溶液中，在168 h內(nèi)不出現(xiàn)任何破壞現(xiàn)象。在設(shè)備極板涂層涂裝結(jié)束后，該設(shè)備的直流電流暈出現(xiàn)小幅度下降，但如果提高電壓，該設(shè)備可以恢復(fù)到原本的電流強度。該材料作為防腐涂層對脈沖放電的影響較小，當(dāng)脈沖放電的電壓與電流波形不變，該防腐涂層具有剝離極板灰塵的效果。這一導(dǎo)電防腐材料滿足煙氣凈化設(shè)備的防腐需求，不會影響設(shè)備性能。

利用導(dǎo)電防腐材料進行涂刷之前，需要先對設(shè)備的基層表面進行清理，可以利用手工清潔與噴砂清潔方式；工人涂刷之前，將固化組分與的涂料的主組分進行混合，要求涂層厚度在0.5～2 mm范圍內(nèi)；涂刷結(jié)束后，讓其在常溫環(huán)境下進行固化，其表面固化時間在3 h以內(nèi)，整體固化時間在24 h以內(nèi)，因此，經(jīng)過涂刷防腐材料的設(shè)備需要在24 h后投入使用。

2.3 把控防腐襯里層的施工質(zhì)量

在原材料驗收方面：檢查原材料的品種、質(zhì)量、壽命等，在膠板驗收方面，需要檢查其品種、厚度、硬度等，玻璃鱗片以及膠板需要儲存在10～20 ℃的環(huán)境下，相對濕度不得超過75%。

材料預(yù)處理：在煙氣凈化設(shè)備的防腐施工與處理階段，對施工部位基體進行補焊打磨、噴砂，如果采用玻璃鱗片或者膠板進行施工，要求基體表面的清潔達(dá)到SA2.5級，粗糙度標(biāo)準(zhǔn)為Ra≥75um?？刂茋娚碍h(huán)節(jié)的壓縮空氣質(zhì)量以及砂的質(zhì)量，檢查壓縮空氣中是否含有水汽、油污等物質(zhì)，其壓力控制在0.6～0.8 MP范圍內(nèi)為宜，確保噴砂環(huán)節(jié)質(zhì)量。

噴砂環(huán)節(jié)的介質(zhì)可以利用鐵礦砂或者銅礦砂，打光合格的設(shè)備金屬面需要當(dāng)天內(nèi)涂刷底層防銹，這一施工環(huán)節(jié)在早上10點之后到太陽下山之前這一期間內(nèi)完成，原因在于：這一期間內(nèi)的金屬材料溫度適宜、穩(wěn)定；對吸收塔進行打磨處理后，檢查其整體焊縫著色質(zhì)量，針對煙道等部件進行滲油實驗，如果金屬面存在0.5 mm以上的咬邊、凹坑等問題，需要立即進行焊縫補焊、打磨，直到塔內(nèi)金屬面整體質(zhì)量滿足的噴砂施工要求。

施工過程控制：第一，配料方面，膠板施工需要的粘接劑、底涂，玻璃鱗片需要的玻璃鱗片底涂、玻璃鱗片樹脂等物質(zhì)需要在施工現(xiàn)場進行現(xiàn)場配置，相關(guān)人員監(jiān)督各個配料的配比，確保防腐材料的活性，配置結(jié)束后再次進行實驗檢查，確保施工質(zhì)量。第二，工序銜接方面，煙氣設(shè)備襯里層的金屬面噴砂結(jié)束后，24 h內(nèi)完成防腐材料涂刷的第一遍與第二遍，底涂在第一遍粘接劑與第二遍粘接劑之間，第二遍粘接劑與貼膠板、每道玻璃鱗片涂層之間把控好最長與最短的時間間隔，時間間隔需要根據(jù)實際施工情況進行設(shè)置，確保施工工藝的有效銜接，避免影響仿佛材料的整體施工質(zhì)量，具體情況需要注意以下三個方面。

（1）膠板搭接：搭接方向與煙氣凈化設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)流動方向一致，避免介質(zhì)流動產(chǎn)生的能量對搭接縫造成沖擊，造成搭接縫出現(xiàn)縫隙，進而造成該部位的腐蝕，因此，施工過程中，施工管理人員以及工人需要對每一個膠板搭接縫進行仔細(xì)檢查，確保接縫方向正確，保障搭接牢固。

（2）質(zhì)量檢測：以玻璃鱗片施工質(zhì)量檢查為例，其質(zhì)量檢查包括材料厚度、硬度、外觀以及材料粘接強度，例如，在厚度檢查方面，利用測厚儀進行檢查，確保煙氣凈化設(shè)備內(nèi)整體玻璃鱗片厚度平均。

（3）吸收塔現(xiàn)場制作：確保其襯里層的金屬面焊接質(zhì)量，要求焊接部位光滑、平整，沒有氣孔等缺陷，塔內(nèi)的支撐件以及框架不能使用角鋼、工字鋼，應(yīng)當(dāng)以方鋼為主，外接管不能利用焊接方式進行連接，需要利用法蘭，原因在于，法蘭具有良好的抗腐蝕能力，且法蘭的拆卸、安裝較為便利，為吸收塔的維護工作提供便利。

3 結(jié)語

火電廠煙氣凈化設(shè)備的腐蝕防護可以在設(shè)備襯里層涂刷防腐材料，或者利用新型材料作為的襯里層，提高煙氣凈化設(shè)備的腐蝕性能。在防腐材料選擇方面，需要考慮到煙氣脫硫脫硝的工藝要求，經(jīng)濟成本等，選擇經(jīng)濟適用的防腐材料，降低煙氣凈化設(shè)備的維護成本。此外，把控防腐襯里層的施工質(zhì)量，確保防腐材料各項標(biāo)準(zhǔn)滿足要求，監(jiān)督施工流程與工藝，提升煙氣凈化設(shè)備的腐蝕能力。