引言
根据环保标准的要求,新建大型火力发电机组须对烟气脱硫以控制二氧化硫的排放。湿法脱硫主要有石灰石-石膏法脱硫、氨法脱硫、海水脱硫法和双碱法等工艺,其原理是以碱性吸收剂中和脱硫过程中产生的酸。目前我国的火力发电厂大多采用FGD(烟气脱硫)工艺,这也是目前应用最普遍、技术最成熟的脱硫工艺。湿法脱硫中的装置腐蚀问题一直是FGD领域中一项十分重要的课题。由于FGD装置结构庞大、运行周期长、维修困难等,因此对装置防腐提出了更高的要求。
1.腐蚀成因及危害
烟气经过湿法脱硫后,虽然烟气中的SO2的含量大大减少,但仍有少部分的残留,并且湿法脱硫系统对形成腐蚀性酸液的主要成分SO3的脱除效率不高(约20% -30%左右),这就导致烟气中原有的SO3在脱硫后绝大部分保留在了排放的净烟气中。同时,烟气进入脱硫系统后,未饱和的高温原烟气经吸收塔内浆液洗涤而变为饱和的低温净烟气,湿度增加、温度降低(无GGH时,一般在50℃左右),这就使得脱硫净烟气极易在吸收塔出口后的烟道、烟道挡板、膨胀节及烟囱的内壁结露,烟气中残留的SO2、SO3等酸性气体在烟气结露中溶解,形成腐蚀性很强的酸液,酸液的主要成分为稀硫酸,而低浓度的稀硫酸要比高浓度的硫酸液腐蚀性更强,以钢材为例, 40℃~80℃时其腐蚀速度比其它温度下高出约3-8倍。
另外经湿法脱硫处理后的净烟气中还含有少量氟化氢、氯化物、NOX等强腐蚀性物质,所以,如果不对与湿法脱硫净烟气接触的烟道、烟道挡板、膨胀节及烟囱等装置采取严格的防腐措施,将会使上述装置和构建物处于腐蚀强度高、渗透性较强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况下,这些装置和构建物很快会因腐蚀而被破坏。
2.腐蚀的主要机理
2.1化学腐蚀
除尘后的高温烟气含有SO2、SO3、HCl、HF、NOx、烟尘及水气等成分,其中腐蚀源的主体成分是烟气中的SO2。在一定温度和湿度条件下SO2、NOx、CI-、F-等与金属材料发生化学反应生成可溶性盐。脱硫系统中,腐蚀源复杂和环境温度较高的地方化学腐蚀更为严重。Cl-、F-则是引起金属腐蚀和应力腐蚀的主要原因。
2.2电化学腐蚀
点腐蚀和缝隙腐蚀是脱硫系统中最常见的局部腐蚀。脱硫装置中焊接、铆接及螺栓连接部位较多,不可避免地有缝隙存在,而这些缝隙在化学介质中极易形成封闭电化学腐蚀。在裂纹尖端区pH值及氧含量低,形成了极小面积的阳极,而在其外部氧量供应充分,则形成了极大面积的阴极,在小阳极和大阴极作用下,电化学腐蚀更为严重。
2.3机械腐蚀
喷淋浆液中含有大量石膏晶体和石灰石颗粒,在流动过程中,因固体颗粒被带入脱硫系统,流体中的固体颗粒对金属表面造成冲刷和摩擦,这是一种以机械作用为主的腐蚀过程。
2.4结晶腐蚀
脱硫过程中,生成的可溶性硫酸盐或亚硫酸盐(CaSO4,CaSO3等),渗入防腐层的毛细孔内,当设备停用时生成结晶盐,产生体积膨胀,使材料自身产生内应力,造成材料脱皮、粉化、疏松,甚至裂纹损伤,特别在干湿交替作用下,这种现象更加严重。
3.防腐蚀技术
3.1防腐材料
⑴玻璃鳞片涂料(或胶泥)。以玻璃鳞片涂料为代表的防腐材料在FGD工艺系统中得到了确认,我国引进的脱硫装置中均采用该材料,它的耐腐蚀耐温等性能取决于合成树脂。
⑵耐蚀金属材料
耐蚀金属在脱硫装置上一般有两种使用方式:一是全合金材料,尽管成本高,但在某些腐蚀条件恶劣、环境温度高的区域,采用合金钢防腐显得很必要;另一种使用方式是采用复合轧制钢板或内贴耐蚀钢板,复合轧制钢板是在基板(一般为普通碳钢)的内侧(腐蚀侧)增加耐腐蚀材料并一次轧制而成。
⑶橡胶材料。橡胶板复合技术和粘接技术的发展,拓宽了橡胶材料在FGD装置中的应用,合成丁基橡胶作为防腐衬里具有耐磨耐腐蚀,弹性好及化学稳定性好等特点,有的性能甚至超过了合金钢,如在相同条件下,氯丁橡胶的耐腐蚀性优于C-276合金,因此这类橡胶可广泛应用于FGD系统。
⑷玻璃钢。玻璃钢作为衬里或整体用于防腐已显示出独特优势,国内璐璜电厂、深圳西部电力公司、安徽金隆公司等单位在FGD系统中均采用了玻璃钢技术,至今效果良好。
3.2改善烟气条件
锅炉方面加强燃烧调整,减少烟气中SO3含量。烟气中SO3的多少与燃料硫分、火焰温度、燃烧热强度、燃烧空气量、飞灰的性质与数量以及锅炉受热面的催化作用等因素有关。当燃烧空气量增加时,火焰中的氧原子浓度增加,形成的SO3量也增加,因此在运行中应加强燃烧调整,保持合适的过量空气系数,减少SO3生成,从而最大限度地降低换热器的腐蚀; 保证电除尘器的正常和高效运行,减少烟气中的粉尘含量,加强换热器出、入口差压的监视,加强对换热器出、入口差压的监视,加强换热器的吹灰工作或水冲洗,减少换热器积灰堵塞;加强换热器入口水温监视,适时投入辅助蒸汽加热系统,提高低温受热面壁温,使低温受热面壁温高于烟气露点,减少硫酸蒸汽在金属表面凝结。
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