烧结烟气脱硫系统的防腐蚀问题

2012-07-19李啸

绿色科技 2012年4期

李啸

（武汉都市环保工程技术股份有限公司，湖北武汉430000）

1 引言

随着国民经济的高速增长，钢铁工业得到长足的发展，钢铁生产过程中消耗大量的燃料和矿石，产生了大量的大气污染，对环境的影响不断加重，烧结烟气SO2的治理已成为各钢厂环保工作中一项迫在眉睫的工作。

烟气脱硫装置的工作环境非常恶劣，由于烟气中大量的SO2及其它腐蚀介质的存在，加之工作条件的苛刻，脱硫装置的构成材料时刻承受着各种化学介质的侵蚀。从干燥、高温的烟道气中产生的高浓度冷凝硫酸，烟气含尘的高磨损性，以及吸收液中的氯离子、氟离子、硫酸及亚硫酸根等，均会对系统设备产生严重的腐蚀威胁，造成腐蚀区域大、速度快。脱硫系统设备庞大，维修困难，要求运转周期长，同步率高，这一切都把烟气脱硫系统的防腐蚀问题提到了一个非常重要的地位。为了保证脱硫装置的正常运行，其系统的防腐蚀是一个必须高度重视的问题。

2 烧结烟气脱硫设备腐蚀分析

从国内目前已实施和正在实施的烧结烟气脱硫工程所采取技术来看，大体可分为氨－硫铵法、石灰石石膏法、旋转喷雾干燥法三类，而这3种工艺都存在一定的设备腐蚀问题。

（1）氨－硫铵法脱硫工艺。自烧结主抽风机来含SO2的烟气经风机增压后进入浓缩降温塔，烟气经喷淋降温除尘后进入脱硫塔与浆液接触脱硫，净烟气通过湿烟囱高空排放。脱硫浆液经氧化浓缩后进入蒸发结晶系统，得到硫酸铵成品。该工艺中从浓缩降温塔、脱硫塔一直到烟囱，包括蒸发结晶系统都存在设备腐蚀问题。

（2）石灰石石膏法工艺。含SO2烟气经除尘后进入GGH（若有），再进入吸收塔与石灰石浆液接触脱硫，净烟气经GGH（若有）升温排放或直接高空排放。脱硫浆液强制氧化后结晶，再经旋流分离和真空脱水，得到石膏产品。该工艺中，从GGH、吸收塔（包括氧化系统）、脱水系统一直到烟气排放，都存在着设备腐蚀问题。

（3）旋转喷雾干燥法工艺。在反应塔中，含SO2热烟气与被雾化成极细雾滴的石灰乳接触，净化后的烟气携带已干燥的脱硫产物颗粒，经除尘后排放。该工艺的腐蚀区域主要是雾化器和喷雾干燥塔。

3 腐蚀原因分析

3.1 SO2 的腐蚀

在烧结过程中，矿石、燃料以及各种配料在高温下发生复杂的物理化学反应，生成的SO2在脱硫系统中有着不同的腐蚀行为。在进入吸收塔之前，烟气中的SO2对金属的腐蚀类似于大气中的SO2腐蚀，但比大气中要严重。因烧结矿的不同其含量一般在1 000～4 000mg/Nm3，由于SO2在水膜中的溶解度比氧大2 000倍左右，因此使得金属表面吸附的水膜pH值偏低，达到2.0～3.5，形成酸液，加速了金属的腐蚀。在脱硫塔进口烟道处，钢板在含有SO2的湿空气中发生酸的再循环腐蚀，反应式如下：

FeSO4水解生成游离的硫酸：4FeSO4＋6H2O＋O2＝4FeOOH＋4H2SO4。

如此循环往复，使金属腐蚀不断进行。烧结烟气中含有8%～10%的水份和16%～18%含氧量，会形成SO3的露点腐蚀，有研究数据表明：当烟气SO3含量为0.008%，其露点已达170℃，这样使得在脱硫系统很容易在金属表面结成硫酸酸雾，进而加快腐蚀。在进入吸收塔后，烟气中的SO2变成SO2－3和SO2－4，这些离子具有很强的化学活性，对钢铁形成氧去极化腐蚀，反应式为：

由此可见，在湿法脱硫中，不论是在脱硫前还是脱硫后，硫的化合物都会对设备产生很强的腐蚀作用。

3.2 氯的腐蚀

在烧结烟气脱硫中，根据脱硫工艺不同以及烧结矿料的不同，在湿法脱硫装置的浆液中均存在一定量的氯化物。氯化物的含量与矿料成分、水质以及脱硫工艺有密切的关系，随着装置的运行，氯化物会不断浓缩和累积。如果没有合理的手段来控制氯化物的浓度，将会对脱硫系统设备带来严重的威胁。由于氯离子具有很强的可被金属吸附的能力，从化学吸附具有选择性这一特点出发，对于过渡金属的Fe，Ni等，氯离子比氧更容易吸附在金属表面上，并从金属表面把氧排挤掉，从而使金属表面的钝态遭到局部破坏而发生孔蚀，这种行为尤其在金属的不均性表面更为明显，就连不锈钢（比如316L、2205、2507等）也难以幸免。工程经验证实，当溶液温度超过60℃，氯含量5 000×10－6，316L标准奥氏体不锈钢具有明显的腐蚀行为，而双相钢2205表现相对轻微。当氯含量超过40 000×10－6时，若采用金属材料防腐，一般建议采用超级双相钢2507或使用铬和钼含量较高的镍基合金。

3.3 氟的腐蚀

氟化物容易在金属表面污垢沉积物的下面富集，加剧了不锈钢的酸性氯化物缝隙腐蚀。值得注意的是，在烟气脱硫中，对碳钢结构的防腐做法是衬玻璃鳞片防腐，一般而言，浆液中HF含量超过2 000×10－6时，玻璃鳞片的腐蚀将会变得非常严重。如果HF含量偏高，可采用以下方法减轻HF对玻璃鳞片防腐衬里的腐蚀，玻璃鳞片表面使用碳纤维；使用掺有陶瓷填充材料的乙烯基树脂。

3.4 流体及其携带颗粒物引起的磨损腐蚀

包含这种腐蚀的流动介质包括气体、循环浆液以及其包含的结晶体、固体颗粒杂质等，其中含在浆液中的固体颗粒物尤为厉害，它是一种包括机械、化学和电化学联合作用的复杂过程。在快速流动的流体作用下，金属以水化离子的形式进入溶液，当存在湍流时腐蚀表现更为明显。

当采用钙基吸收剂时，当循环浆液中石膏结体达到一定含量时，会对喷淋系统、支撑梁、泵过流件以及塔体防腐层造成严重的腐蚀和冲刷，从而影响设备的正常运行。当采用氨法脱硫塔内结晶工艺时，脱硫系统中的磨损和堵塞问题同样严重，采用氨法脱硫塔外结晶工艺，并有灰渣处理措施时，系统几乎不存在磨损和堵塞问题。

4 烧结烟气氨法脱硫中的防腐蚀措施

根据国内外烟气脱硫工程的实际使用情况和笔者多年的工程设计经验，烧结烟气脱硫系统采取的防腐蚀措施，归纳起来大致有如下几个方面。

4.1 采用耐腐蚀材料

4.1.1 应用不锈钢

在烧结烟气氨法脱硫中，根据脱硫介质条件不同，选用了各类不锈钢，比如304、316L、317L、2205、2507等。304不锈钢可应用于接触干燥硫铵或氨水介质的场合；316L不锈钢可应用于接触硫铵溶液介质（温度低于60℃、氯离子浓度较低）的管道、阀和泵体过流部位，2205和2507双相不锈钢适应的硫铵溶液温度和氯离子浓度可适当高一些。但实际使用经验证实，即使采用像2205和2507双相不锈钢，在工况恶劣时，也同样存在点蚀、缝隙腐蚀和冲刷腐蚀等，只是腐蚀的速率不同而已。

4.1.2 应用镍基合金

根据介质工况不同，在烧结烟气氨法脱硫的部分特殊部位需采用镍基合金（如C276）。在高温烟气进入吸收塔的干湿烟气交界面处，高温烟气从160～200℃急速降至60～80℃，并与硫铵溶液接触，该部位存在严重的腐蚀和磨损，经验证实，316L薄板衬里或玻璃鳞片衬里均难以保证防腐寿命，需采用C276薄板衬里来确保防腐寿命。

4.1.3 应用不锈钢复合板

不锈钢复合板与纯不锈钢相比，既具有优越的机械强度，又具有一定的防腐性能，在早期的烟气脱硫设备上应用较多，但多年应用发现，其点蚀、缝隙腐蚀和冲刷腐蚀也很严重。目前在脱硫后湿烟囱防腐还有应用，在其它部位上已很少使用。

4.1.4 应用整体玻璃钢

玻璃钢具有质轻、比强度高、成型工艺简单、化学稳定性好以及耐腐蚀等优点，在烟气脱硫中得到大量的应用，如吸收塔、烟囱、喷淋管、储罐等。性能优良的玻璃钢其耐温性可达100～120℃，个别可达160℃。笔者设计过的整体玻璃钢脱硫塔直径达φ12.5，含塔基玻璃钢湿烟囱总高达100m，目前已安全运行3年以上，实践证实，玻璃钢具有免维护、防腐蚀性能优越等特点。

4.2 采用玻璃鳞片树脂防腐衬里

在烟气脱硫系统中，玻璃鳞片树脂防腐衬里得到了大量应用，相对于不锈钢，其价格较低，且防腐效果优良。所谓玻璃鳞片树脂，是将一定片径（0.4～2.0mm）和一定厚度（6～40μm）的玻璃鳞片与树脂混合制成的树脂胶泥，用涂抹的方式涂敷于碳钢表面形成的防腐涂层。

玻璃鳞片的片状结构在涂膜中的平行排列，切断了漆膜中的微孔，而且还在涂膜中形成了迷宫效应，大大延长了腐蚀性介质在涂膜中的扩散路径，从而有效延缓了基底金属的腐蚀。在氨法烧结脱硫中，浓缩降温塔、吸收塔、碳钢储罐或混凝土储罐、水池等均可采用乙烯基玻璃鳞片树脂防腐衬里，工程实际使用效果良好。

4.3 玻璃钢衬里和橡胶衬里

玻璃钢衬里主要也是起到屏蔽作用，将基体与腐蚀介质隔开，由于树脂牌号不同，其使用温度和耐腐蚀、抗渗透性能各有差异。因玻璃钢在施工过程中容易出现针孔、气泡和微裂纹，所以在氨法烧结脱硫中，玻璃钢衬里一般应用在地沟、厂房或设备基础等部位防腐上，对重要设备如吸收塔、储罐则很少使用。

在脱硫系统中，如循环浆液管、蝶阀以及溶液罐等可采用衬丁基橡胶或衬氟橡胶的防腐方式，其技术成熟，在合理的温度条件下，橡胶衬里的防腐效果优良，且能降低工程造价。

4.4 优化脱硫工艺

因烧结烟气成分的复杂多样，在目前的防腐技术条件下，根据不同介质条件选用合理的材质，同时加强设计优化和施工管理，也是提高脱硫装置利用率的有效方法。主要有如下几点：控制脱硫液中氯离子的含量，将硫铵溶液中的氯离子以氯化铵的形式排出系统外；测算溶液中氟离子含量，当溶液中氟离子浓度偏高时，会对玻璃鳞片衬里产生特殊的影响，设计时需特别注意；对于接触温度较高和浓度较高的硫铵溶液管道，如热交换器的换热管或管板，建议采用2205双相钢或2507超级双相钢或同等材质的不锈钢；对温度低于60℃的溶液管道，建议采用工程塑料或玻璃钢管道；采用合理方法降低溶液中含固量，减轻磨损腐蚀；在工程实施时，严把质量关，对不锈钢的质量严加控制和抽检。对需要现场施工的，如玻璃鳞片防腐和玻璃钢防腐，要确保施工工期和施工质量。