烟气脱硫系统中如何选择防腐蚀材料和内衬材料

烟气脱硫系统中如何选择防腐蚀材料和内衬材料
原文取自美国电站排烟污染控制研讨会MEGA论文集#32；由美国能源部，美国电力研究院，美国国家能源技术研究所等主办。

在安装湿法或干法烟气脱硫装置时，需要考虑许多因素。

这些因素包括初期投资、合金和其他内衬材料的可用性、时间进度，以及以后的运行和维护费用。

如何选择防腐蚀材料，确保设备长期免维护运行也是需要考虑的重要因素之一。

当前的市场条件对设备的要求很高，建设周期又短，很难获得适当的合金和内衬材料，以及恰当的烟气脱硫工艺设计。

通常情况下，发电公司必须在技术路线和时间安排之间进行优化选择。

了解目前可行的最优技术将有助于项目的执行。

自从二十世纪六十年代，火力发电机组第一次大规模安装脱硫设备投产以来，在设计烟气脱硫系统时，抗腐蚀已经成为重点关心的问题。

在60年代、70年代和80年代，大多数烟气脱硫设备的制造是用碳素钢内衬橡胶、乙烯基树酯、环氧树脂、高合金钢和硼硅砌砖。

还有像不锈钢或镍基合金这类的合金材料可用作为整体板材或者贴在
碳素钢表面构成复合板。

所有的防腐材料有成功的、失败的和不同的寿命性能。

自80年代，尤其是最近15至20年，这类特殊配方的、含100%固体、零挥发性有机化合物，环氧树脂衬里的产品已被用来取代和修复原防腐损坏的部位。

长期免维护、高性能、易用性和安全性等在应用和经济性方面都有了显着地改善。

在大多数情况下，这些高性能环氧树脂衬里材料是很有竞争力的，在长期性能和安装成本方面都超越所有其它内衬材料。

本研究主要涉及各种烟气脱硫的防腐领域，以及当前常用的内衬和复合板，就其优势、局限性、适用情况，给出实用性的成本比较。

1 烟气脱硫（FGD）系统
烟气脱硫技术采用了石灰或石灰石浆液除去化石燃料燃烧烟气中的二氧化硫。

按照清洁空气法案规定，新建电厂必须装备烟气脱硫系统，旧电厂也要逐步加装烟气脱硫装置。

烟气脱硫系统有湿法和干法二种，前者可用性高且效率也高，已安装的脱硫装置中有75
%以上是湿法系统。

湿法系统占用空间较小，它们更容易在现有的工厂中加装。

湿法和干法烟气脱硫系统都有烟气温
度低于硫酸露点温度的区域。

这些区域暴露于恶劣的化学和机械环境（飞灰＋酸=磨损＋腐蚀）中，从空气预热器出口烟道一直延伸到烟囱。

可见，选择合适的防腐材料尤为重要。

2 湿法烟气脱硫系统条件
图1是一个典型的湿法烟气脱硫系统示意图。

考虑到副产品石膏的商用质量，大部分湿法烟气脱硫系统的设计都应包括除灰系统。

主要采用静电除尘器，偶尔也采用布袋除尘器。

湿法烟气脱硫系统可分为三个不同区域。

第一区域（图1中的A区）从空气预热器接口开始，包括除尘器、锅炉送风机和引风机，还有从除尘器到吸收塔入口的烟道。

这一区域的烟气含有微粒、燃烧气体以及一些金属气体，其中汞是目前比较关注的污染物。

对燃烧气体中所关注的是二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物、氯化物和二氧化碳。

其中只有二氧化硫，三氧化硫和氯化物影响到抗腐蚀材料和内衬的选择。

在典型的操作条件下，烟气温度在300°F（149°C）至385°F（196°C）之间。

有时会超过此温度范围，可能在一些设计或在非正常条件遇到。

从空气预热器出口到除尘器包括锅炉送风机的管道都可能被腐蚀和磨损。

除尘器（通常是外墙）、锅炉引风机，
以及从除尘器到吸收塔入口的烟气可能被腐蚀。

这些区域通常由结构碳钢或耐候特种钢制成。

通常由于漏入的冷空气造成低温环境，在烟道壁上、膨胀节和检修口等处产生腐蚀。

耐腐蚀里衬还必须能够承受高温（包括意外温度升高）、强酸，以及在机组启停机时金属衬底的热胀和收缩。

第二区域（图1区域B），是由脱硫系统入口烟道，出口烟道和吸收塔组成的吸收区域。

这个吸收塔包含反应罐、吸收塔、喷淋区和除雾区。

烟气温度从吸收塔入口混合区的300°F（149°C）~385°F（196°C）到吸收塔出口的120°F（49°C）到140°F（60°C）。

在吸收塔入口采用预饱和喷淋或吸收塔内部混合区喷雾反流到塔入口引起该段烟道热胀和冷缩，在这干/湿界面上产生了酸性侵蚀。

这可能是最需要保护的棘手区域。

这些区域的内衬必须能够抵御各种强酸和高温条件以及温度变化。

吸收塔四个不同的区域有不同的腐蚀/磨损的特点。

这些包括反应罐、混合区、喷淋区和除雾区。

吸收塔底部是“反应罐”。

此处收集的浆液含有过剩的石灰或石灰石，还有亚硫酸钙、硫酸钙及少量粉煤灰，还有需要特别注意的可溶性氯化物和氟化物成份。

低pH值浆液
腐蚀与钙盐的磨损起复合作用，所以，防腐蚀保护还必须包括防磨措施。

混合区是从反应罐的上方到喷淋母管的下方。

在这一区域，烟气与浆液混合，烟气中的二氧化硫气体被吸收并在浆液中和石灰或石灰石反应。

腐蚀是该区域的主要问题。

喷淋管区域及其附近，为了保证烟气完全被喷雾覆盖以防止烟气从塔壁边绕过喷淋，喷雾会喷在塔壁上造成塔壁的磨损。

在喷嘴里面和周围的渗漏或堵塞也会造成塔内壁严重磨损。

一旦经过喷嘴和喷淋管，未被吸收的腐蚀酸性气体，特别是三氧化硫被冷却形成硫酸蒸汽。

这时，腐蚀又成为主要问题。

通常除雾器用玻璃钢制成，所以腐蚀只限于吸收塔壁和支撑梁。

吸收塔出口烟道环境与除雾器的出口环境相同。

酸性蒸汽和除雾器未除去的浆液造成出口烟道腐蚀，腐蚀程度从严重到中度不等。

烟囱在烟气脱硫系统的末端，如图1区域C。

烟囱和/或烟囱的里衬可以根据自身所处的腐蚀环境选择合适的材料。

它们包括带有钢筋或者砖块衬里的混凝土烟囱、钢烟囱和合成玻璃钢烟囱或者内衬烟囱。

3 干法烟气脱硫系统的条件
从腐蚀和磨损的角度，干法脱硫系统的描述更为简单。

如图2所示，从空气预热器到喷雾塔的烟道与湿法烟气脱硫系统的入口环境条件基本一致。

产生的腐蚀磨损的问题与上面提到的相同。

图3是一个更详细的典型干法烟气脱硫/袋式除尘器系统的示意图。

喷雾塔进口受到粉煤灰的较严重磨损。

由于温度在300°F（149°C）~375°F（190°C）范围，腐蚀较轻。

当含尘的烟气和雾化的石灰或石灰石浆液在喷雾塔上部混合，混合流体溅到塔壁使塔壁温度降到140F（60°C）时，塔壁的腐蚀和磨损问题就非常严重。

含硫气体被石灰液滴吸收，干燥的泥浆在干燥/中和过程中仍具有酸性特点。

如果这些泥浆喷射并滞留在塔壁和灰斗等，将形成严重的腐蚀源。

如果浆液中石灰或者石灰石过量，干燥的微粒通常含碱性而不具有腐蚀性。

但是，未被吸收的任何可凝结的酸性气体，尤其是氧化硫气体，仍然会腐蚀喷雾塔
的下游。

一般会腐蚀布袋除尘器洁净气体侧和灰斗内壁。

4 辅助系统
根据“湿”或“干”的系统的流程，辅助系统由氧化箱、废浆箱、沉淀池、增稠池、石灰消化池、石灰石浆液罐、沟渠、地坑和结构钢组成。

辅助系统还包括脱硫塔排放的污水处理系统。

由于浆液的物化性质，在很多区域，我们采取保护措施时侧重于防磨损胜于防腐蚀。

但是在酸性浆液喷雾和溢流的结构钢外部，腐蚀比磨损更为严重。

5 耐腐蚀材料的选择
表1列出了在湿法烟气脱硫系统中，对上面提到的各个区域建议采用典型的防腐蚀材料。

在此表中，100%环氧树脂是指酚醛环氧树脂或专门配方的双苯酚－A型环氧胶泥。

乙烯树酯是指强化的或者传统的乙烯酯产品。

FRP材料是现场缠绕制造的玻璃纤维/乙烯树酯的复合材料。

硼硅酸盐砖是指在现场砌于碳钢或者混泥土表面的砌块。

各种合金墙纸（wall
paper/复合钢板）和合金板也是常用的。

选择时要考虑具体的环境尤其是温度和循环浆液中氯离子浓度。

早期的烟气脱硫系统中，采用橡胶里衬效果贬褒皆有。

在美国政府提议的新系统中，不提倡使用橡胶衬里，即便要用也只能是少量的，所以在这里就不讨论了。

表1 湿法脱硫系统中材料的选择
防腐的区域
内衬系统
内衬（厚度，μm）
应用
成本
美元/ft2
成人民币/m2
（换算×6.85/0.0929）空气预热器出口，除尘器，至FGD 入口的烟道
碳钢＋100%环氧酚醛
60 μ
喷~2层
$17~231
1253~1695碳钢CS＋乙烯树脂
N/A2
复合玻璃钢FRP,碳钢＋硼硅酸盐砖，碳钢表面贴合金板，全合金板
N/A
FGD入口
碳钢＋100%环氧酚醛
60 μ
喷～2层
$17～231
1253~1695碳钢＋乙烯树脂N/A
复合FRP
N/A
碳钢＋硼硅酸盐砖N/A
碳钢贴合金板
yes
线焊
$60～1201
4424~8848合金板
Yes
焊接
＋$120
8848以上反应箱
CS＋100%环氧树脂－双酚A 80-100μ
用喷射泵喷1层
$17～231
1253~1695CS＋乙烯树脂125μ
馒刀刮涂－3~5层
$34～491
2507～3613复合FRP
Yes
现场缠绕
$70～80
5161～5899碳钢＋硼硅酸盐砖Yes
现场贴砖
$90～1101
6636～8111碳钢贴合金板
Yes
线焊
$60～1201
4424～8848合金板
yes
焊接
＋$120
8848以上吸收塔混合区
CS＋100%环氧树脂－双酚A 80μ
用喷射泵喷1层
$11～171
811～1253CS＋乙烯树脂
90μ
馒刀刮涂－3~5层
$34～491
2507～3613复合FRP
Yes
现场缠绕
$70～80
5161～5899碳钢＋硼硅酸盐砖Yes
现场贴砖
$90～1101
6636～8111碳钢贴合金板Yes
线焊
$90～1201
4424～8848合金板
Yes
焊接
+$120
8848以上吸收塔喷淋区
CS＋100%环氧树脂－双酚A
125μ
用喷射泵喷1层
$11～171
811～1253碳钢（CS）＋乙烯树脂125-150μ
馒刀刮涂－3~5层
$34～491
2507～3613复合FRP
Yes
现场缠绕
$70～80
5161～5899碳钢＋硼硅酸盐砖Yes
现场贴砖
$90～1101
6636～8111碳钢贴合金板Yes
线焊
$90～1101
4424～8111合金板
Yes
焊接
+$120
8848以上除雾区
碳钢＋100%环氧酚醛
40-60μ
喷2层
$17～23
1253~1695碳钢（CS）＋乙烯树脂40-60μ
馒刀刮涂—3-5层
$32-411
2360～3023复合FRP
Yes
现场缠绕
$70-80
5161-5899碳钢＋硼硅酸盐砖Yes
现场贴砖
$90-1101
6636-8111碳钢贴合金板Yes
线焊
$90-1201
4424-8848合金板
Yes
焊接
+$120
8848以上出口烟道
碳钢＋100%环氧酚醛
40-60μ
喷2层
$17-231
1253~1695碳钢＋乙烯树脂
40-60μ
馒刀刮涂3-5层
$32-411
2360-3023复合FRP
Yes
现场缠绕
$70-80
5161-5899碳钢＋硼硅酸盐砖Yes
现场贴砖
$90-1101
6636-8111碳钢贴合金板Yes
线焊
$90-1201
4424-8848合金板
Yes
焊接
+$120
8848以上烟囱
碳钢＋100%环氧酚醛
40-60μ
喷2层
$20-281
1475-2065碳钢＋乙烯树脂40-60μ
馒刀刮涂—3-5层
$35-451
2581-3318复合FRP
Yes
现场缠绕
+$80
5899以上混泥土＋硼硅酸盐砖
Yes
现场贴砖
+$110
8111以上碳钢贴合金板N/A
合金板
N/A。