燃煤電廠脫硫系統(tǒng)腐蝕分析及防腐措施

殷曉紅，張金麗，佟 瑤，張 亮，畢紅巖

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱 150030;2.哈爾濱第三發(fā)電有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150024)

燃煤電廠脫硫系統(tǒng)腐蝕分析及防腐措施

殷曉紅1，張金麗1，佟 瑤1，張 亮1，畢紅巖2

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱 150030;2.哈爾濱第三發(fā)電有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150024)

闡述了燃煤電廠石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)的組成和工藝流程，指出了火力發(fā)電廠濕法脫硫系統(tǒng)發(fā)生腐蝕的危害，分析了濕法脫硫系統(tǒng)吸收塔入口段、煙氣加熱器、煙道及煙囪等部位的腐蝕原因，提出了相應(yīng)的防腐措施，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了所采用方法的正確性。

煙氣脫硫;濕法脫硫;脫硫系統(tǒng);腐蝕

0 引言

目前，黑龍江省建設(shè)的300 MW以上容量的燃煤火力發(fā)電機(jī)組都安裝了煙氣脫硫系統(tǒng)，其中，有16座發(fā)電廠的31臺(tái)機(jī)組(200 MW及以上)加裝了脫硫系統(tǒng)(包括增裝的脫硫系統(tǒng))。這些脫硫系統(tǒng)經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，煙囪和管線內(nèi)的設(shè)備都發(fā)生了不同程度的腐蝕問(wèn)題，影響了煙氣脫硫系統(tǒng)的脫硫效率，致使運(yùn)行工況變差。因此，為了解決燃煤電廠脫硫系統(tǒng)的腐蝕問(wèn)題，本文對(duì)黑龍江省電廠脫硫系統(tǒng)腐蝕情況進(jìn)行了調(diào)查，分析了脫硫系統(tǒng)腐蝕的原因，并提出了相應(yīng)的防腐對(duì)策。

1 石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)的組成和工藝流程

黑龍江省燃煤電廠采用的脫硫系統(tǒng)分為兩種，即帶有GGH和不帶有GGH石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)，帶有GGH石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

從圖1可以看出，該系統(tǒng)主要由SO2吸收系統(tǒng)和相應(yīng)的煙氣系統(tǒng)組成，煙氣系統(tǒng)有吸收塔1臺(tái)、攪拌器4臺(tái)、漿液循環(huán)泵3臺(tái)、氧化風(fēng)機(jī)2臺(tái)及相應(yīng)的管道閥門(mén)等。煙氣中的SO2吸收過(guò)程在吸收塔內(nèi)完成。石灰石漿液通過(guò)循環(huán)泵從吸收塔下部漿池送至吸收塔上部的噴淋系統(tǒng)，與煙氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)吸收煙氣中的SO2。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，黑龍江省內(nèi)脫硫機(jī)組的90%以上均存在腐蝕問(wèn)題。煙氣脫硫系統(tǒng)(FGD)不同位置的腐蝕環(huán)境是不同的，其腐蝕主要發(fā)生在吸收塔入口的干濕交界區(qū)域、煙氣加熱器(GGH)、煙道(特別是凈煙道)以及煙囪等部位。

不帶有GGH石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)與帶有GGH石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)的差別就是少了煙氣加熱器(GGH)，別無(wú)異樣。

圖1 帶有GGH石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)工藝流程

2 FGD系統(tǒng)的腐蝕部位及防腐措施

2.1 吸收塔入口

在某300 MW燃煤火力發(fā)電機(jī)組吸收塔入口的干濕交界處，由于蒸發(fā)導(dǎo)致了酸霧的濃縮和可溶性鹽的沉積，使其成為腐蝕環(huán)境最為嚴(yán)酷的區(qū)域。廣東電力科學(xué)研究院曾對(duì)吸收塔入口沉積物進(jìn)行了取樣分析，其分析結(jié)果如表1所示。

表1 吸收塔入口沉積物濾液分析結(jié)果

從表1可以看出，不同樣品的成分相差較大。Cl－的質(zhì)量濃度為7 418～60 819 mg/L，F(xiàn)－的質(zhì)量濃度為2 324～6 259 mg/L，SO2－4的質(zhì)量濃度為4 856 ～50 544 mg/L，pH 值為2.8 ～3.7。造成差別的主要原因是吸收塔漿液的成分不同和取樣的代表性不同，吸收塔沉積物濾液中Cl－1和SO2－4等的質(zhì)量濃度很高，pH值較低。考慮到沉積物的充分溶解，沉積物溶液的含固率(質(zhì)量分?jǐn)?shù))只有29%，而實(shí)際工況下沉積物溶液的質(zhì)量濃度會(huì)更高，因此，吸收塔入口區(qū)域沉積物溶液中的Cl－、F－、SO2－4的質(zhì)量濃度完全可達(dá)到100 000 mg/L和50 000 mg/L，pH值達(dá)到3左右。

黑龍江省內(nèi)電廠絕大數(shù)采用了C276合金作為吸收塔入口干濕界面區(qū)域的防腐材料，通常設(shè)計(jì)為C276加碳鋼的貼襯復(fù)合結(jié)構(gòu)，C276合金厚度為2 mm、寬度為2 m。C276防腐性能優(yōu)異，但其價(jià)格昂貴。采用合金6Mo或7Mo合金時(shí)，材料中的Ni在運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生腐蝕。所以，若采用金屬防腐材料時(shí)，在煙道底部有沉積物的區(qū)域應(yīng)采用C276合金［1］。某電廠采用了環(huán)氧樹(shù)脂涂料加玻璃纖維布作為吸收塔入口的煙道防腐材料，即在表面噴砂除銹后，刷1層環(huán)氧樹(shù)脂作底層，再襯6層復(fù)合玻璃鋼，最后刷2層面漆，涂層總厚度約2 mm。運(yùn)行5 a后檢查表明，其防腐效果良好，運(yùn)行過(guò)程中從未出現(xiàn)吸收塔漿液和煙氣泄漏的情況。另1個(gè)電廠采用乙烯基樹(shù)脂加惰性鱗片的防腐方案，也收到了良好的防腐效果，雖然煙道底部的防腐涂層出現(xiàn)局部脫落，但其上堆滿(mǎn)沉積物，反而阻止了腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生。

寧海電廠4×600 MW機(jī)組吸收塔入口煙道及吸收塔壁面采用玻璃鱗片防腐，運(yùn)行4～5 a都因玻璃鱗片的破壞而造成較嚴(yán)重的腐蝕，經(jīng)常出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，因此選用高質(zhì)量的防腐材料極為關(guān)鍵［2］。

2.2 煙氣加熱器

石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)采用煙氣加熱器(GGH)的目的在于提升煙氣經(jīng)煙囪排入大氣后的擴(kuò)散能力。脫硫后的煙氣溫度較低，約為50℃，造成煙氣的抬升作用降低，難以遠(yuǎn)距離擴(kuò)散，在沒(méi)稀釋之前就降落到污染源周邊的地面，易于造成二次污染。通過(guò)對(duì)FGD處理后的凈煙氣再加熱，將其溫度提高到80℃以上，即可使其擴(kuò)散到較大范圍，避免其在電廠周?chē)谐两怠?/p>

目前石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)采用較多的是GGH回轉(zhuǎn)式煙氣加熱器，由轉(zhuǎn)子、傳熱元件和本體組成。電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)轉(zhuǎn)子以1.6～4.0 r/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子扇形倉(cāng)中裝有許多波形受熱元件，高溫?zé)煔庾韵露贤ㄟ^(guò)預(yù)熱器，凈煙氣自上而下通過(guò)預(yù)熱器［3］。當(dāng)高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)時(shí)，傳熱元件被高溫?zé)煔饧訜岫旧頊囟壬撸又D(zhuǎn)到凈煙氣側(cè)時(shí)，又將熱量傳給凈煙氣而使本身溫度降低。濕法脫硫?qū)O3的脫硫效率不高，僅為20% ～30%，使絕大部分的SO3仍保留在凈煙氣中，是形成腐蝕性酸液的主要成分。煙氣加熱器本體一般由優(yōu)質(zhì)碳素鋼制成，內(nèi)壁采用持久、有效的鱗片樹(shù)脂涂層防腐，以適應(yīng)煙氣腐蝕的環(huán)境。煙氣加熱器本體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，鱗片樹(shù)脂涂層會(huì)發(fā)生局部脫落，造成本體腐蝕。所以，本體材質(zhì)及涂層材質(zhì)的選擇應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化，可采用環(huán)氧樹(shù)脂涂料加玻璃纖維布，或乙烯基樹(shù)脂加惰性鱗片的涂層防腐方案。為了避免傳熱元件腐蝕和保證其傳熱效果，應(yīng)防止霧沫在帶固體顆粒物的增加而沉積于傳熱元表面，造成傳熱元件的堵塞和腐蝕，通過(guò)有效的清洗來(lái)保持通道通暢;對(duì)GGH換熱元件進(jìn)行有效的清掃。

阜新發(fā)電有限責(zé)任公司脫硫系統(tǒng)停運(yùn)后，通常采用添加化學(xué)藥劑的高壓水進(jìn)行人工清洗，以高動(dòng)能的蒸汽取代壓縮空氣對(duì)換熱元件進(jìn)行清掃，始終保持傳熱元件的清潔。轉(zhuǎn)子隔板倉(cāng)一般采用16～20 mm的強(qiáng)耐腐蝕鋼制成，可運(yùn)行30 a，不易發(fā)生腐蝕，但應(yīng)在脫硫系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)進(jìn)行檢查［4］。黑龍江省只有為數(shù)較少的電廠采用了帶有煙氣加熱器(GGH)煙氣脫硫系統(tǒng)，運(yùn)行效果良好。

熱管換熱器與回轉(zhuǎn)式換熱器相比，具有傳熱效率高、流體阻力損失小、煙氣不泄露、脫硫系統(tǒng)有較高的脫硫效率、沒(méi)有附加動(dòng)力損耗、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，采用搪瓷玻璃解決了酸腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題，在濕法脫硫工藝中宜采用熱管換熱器。

2.3 煙道

原煙氣含有較多的SO2、SO3成分，其煙溫較高(120～150℃)，對(duì)原煙道的腐蝕程度比凈煙道輕，一般采用玻璃鱗片樹(shù)脂涂層即可收到較好的防腐效果。脫硫后的凈煙氣依然存在大部分的SO3成分，煙氣溫度降低(有GGH時(shí)為80℃，無(wú)GGH時(shí)為50℃)，濕度增加，特別是在無(wú)GGH時(shí)將形成濕度完全飽和的煙氣，極易在凈煙道、煙道擋板、膨脹節(jié)等處結(jié)露，形成腐蝕性很強(qiáng)的酸液，加之經(jīng)濕法脫硫后的凈煙氣中還會(huì)有少量氟化氫、氯化物、NOx等強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，所以，必須對(duì)凈煙道采取嚴(yán)格的防腐措施。通常對(duì)凈煙道采用噴涂玻璃鱗片樹(shù)脂的防腐措施，噴涂玻璃鱗片樹(shù)脂具有耐強(qiáng)酸腐蝕、致密性高、防滲透性強(qiáng)、工程造價(jià)低、耐火性高等特點(diǎn)，對(duì)濕法脫硫系統(tǒng)煙道腐蝕防護(hù)適用性強(qiáng)。但是，原煙道和凈煙道都存在玻璃鱗片樹(shù)脂涂層脫落的情況(約占30%)，應(yīng)加強(qiáng)檢查和修補(bǔ)，保證涂層完好［5］。

2.4 煙囪

火電廠煙囪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50 a，排煙功能設(shè)計(jì)壽命為30 a，由于施工質(zhì)量、防腐材料質(zhì)量等因素的影響，因此會(huì)對(duì)煙囪造成不同程度的損壞，如煙氣溫度相應(yīng)的降低，煙氣中的酸液成分導(dǎo)致了對(duì)煙囪的腐蝕，甚至在投產(chǎn)60 d后即可出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

當(dāng)鍋爐未設(shè)濕法脫硫系統(tǒng)時(shí)(或脫硫系統(tǒng)未投運(yùn)時(shí))，煙氣溫度較高，一般為120～150℃，濕度較低(僅為5%左右)，煙囪腐蝕情況并不嚴(yán)重，一般采用“鋼筋混凝土+耐酸磚內(nèi)襯單筒式煙囪”，不僅投資少，而且施工方法簡(jiǎn)單。但是，當(dāng)設(shè)置濕法脫硫系統(tǒng)時(shí)，腐蝕環(huán)境便發(fā)生了變化。脫硫系統(tǒng)設(shè)有煙氣加熱器時(shí)，煙氣溫度可達(dá)到80℃左右，濕度則相應(yīng)地增加到10%左右，增加了煙囪腐蝕的可能性;在役機(jī)組增加脫硫系統(tǒng)時(shí)，煙囪大多數(shù)維持原狀，仍為耐酸磚內(nèi)襯單筒式，并未考慮增加脫硫系統(tǒng)后對(duì)煙囪腐蝕帶來(lái)的不利影響;新建機(jī)組采用了套筒式煙囪，在鋼筋混凝土外筒內(nèi)布置單個(gè)或多個(gè)直筒型排煙管，排煙管和外筒脫開(kāi)，從而確保外筒不受腐蝕，防腐材料采用耐酸磚、玻璃磚、陶瓷磚及各種防腐涂料。從廣東電力科學(xué)研究院對(duì)5個(gè)電廠的調(diào)查情況來(lái)看，內(nèi)襯涂層2家為鱗片樹(shù)脂、1家為SH涂料、1家為進(jìn)口泡沫玻璃磚、1家為耐酸磚及陶粒硂+OM涂料，其防腐層均完好，各區(qū)域均未發(fā)現(xiàn)腐蝕、脫落、開(kāi)裂、磨損等異?，F(xiàn)象［6］。當(dāng)濕法脫硫系統(tǒng)未設(shè)置煙氣加熱器時(shí)，煙氣溫度僅為50℃左右，pH 為1.3～2.0，煙氣濕度完全飽和，煙囪處于較為嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境中，盡管采用各種防腐措施，煙囪也難免不發(fā)生腐蝕。由此來(lái)看，設(shè)置煙氣加熱器會(huì)帶來(lái)一些不利的因素，但是把煙氣加熱提高到一定溫度時(shí)，可使煙囪區(qū)域不出現(xiàn)冷凝液凝結(jié)情況。為了防止煙囪出現(xiàn)防腐失效的情況，應(yīng)選擇高質(zhì)量的防腐材料，對(duì)煙囪的防腐情況加強(qiáng)監(jiān)督檢查，及時(shí)對(duì)煙囪進(jìn)行維護(hù)、檢修。

3 結(jié)論

上述分析結(jié)果表明，黑龍江省各火力發(fā)電廠濕法脫硫系統(tǒng)腐蝕問(wèn)題較嚴(yán)重，主要腐蝕部位是吸收塔入口段、煙氣加熱器、煙道及煙囪等，必須采取切實(shí)可靠的防腐措施，同時(shí)，加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督、維護(hù)與檢修，才能延長(zhǎng)設(shè)備的使用周期，確保脫硫系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］袁永權(quán)，廖永進(jìn).濕法脫硫系統(tǒng)吸收塔入口腐蝕環(huán)境及防腐方案的探討［J］.廣東電力，2010，23(5):20 －22.

［2］邱振波.寧波電廠600MW機(jī)組濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的優(yōu)化研究［J］.電力科學(xué)與工程，2010，26(7):71 －74.

［3］張杰，梁慧敏，任艷，等.熱管換熱器與回轉(zhuǎn)式換熱器在濕法脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究［J］.能源與環(huán)境，2010(2):68－71.

［4］李權(quán)，鄒宇.煙氣脫硫系統(tǒng)中煙氣加熱器安全運(yùn)行討論［J］.熱力發(fā)電，39(5):67－71.

［5］朱曉光.淺析脫硫煙氣對(duì)系統(tǒng)的腐蝕成因及防護(hù)措施［J］.鍋爐制造，2010，22(4):38 －40.

［6］崔永忠，廖永進(jìn).火電廠脫硫系統(tǒng)及煙囪腐蝕情況分析［J］.廣西電力，2010，33(3):47 －49.

Corrosion analysis and anti－corrosion measure of desulphurization system for coal－fired power plant

YIN Xiaohong1，ZHANG Jinli1，TONG Yao1，ZHANG Liang1，BI Hongyan2
(1.Heilongjiang Electric Power Research Institute，Harbin 150030，China;2.Huadian Harbin No.3 Power Generation Company Limited，Harbin 150024，China)

The composition and process of coal－fired power plants limestone － gypsum wet FGD system，pointing out the hazards of a thermal power plant wet FGD system corrosion problems，the absorber entrance of the wet FGD system，flue gas heat，flues and chimneys and other parts of the corrosion reasons，the anti－ corrosion measures，and an example to verify the correctness of the method used.

flue gas desulfurization;wet FGD;desulfurization system;corrosion

X701.3

B

1002－1663(2012)02－0128－03

2011－08－24

殷曉紅(1965－)，女，1986年畢業(yè)于東北電力學(xué)院熱動(dòng)專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事電廠鍋爐、環(huán)境保護(hù)工作。

(責(zé)任編輯 侯世春)