燃煤电厂脱硫设备新型内衬材料的研制与应用

刘军，朱正芳

(江苏溧竹环境工程有限公司，江苏常州213135)

燃煤电厂脱硫设备新型内衬材料的研制与应用

刘军，朱正芳

(江苏溧竹环境工程有限公司，江苏常州213135)

介绍了燃煤电厂脱硫系统浆液输送设备在运行过程中腐蚀、磨损、疲劳失效的现状，针对气、固、液三相流体输送的特征以及失效机理展开了较深入的分析研究，研制了一种新型的陶瓷/聚合物复合内衬材料，并应用于电厂脱硫系统管道设备浆液输送，有效地保障了脱硫设备的安全、经济运行。

燃煤电厂;脱硫设备;防腐耐磨;复合内衬

0 引言

目前，我国电力生产以燃煤发电为主，燃煤电厂发电过程中煤粉、灰、渣以及SO2、NOx等物料的输送动力设备有风机、泵和螺旋管道输送机等设备。煤粉风机、浆液泵等设备所输送的物料如煤粉、灰粉和灰渣、灰浆势必对设备造成腐蚀和磨损。发电厂管道输送物料是指煤灰粉、灰渣以及烟气脱硫、脱硝过程中化学腐蚀性混合浆液等，由于被输送物料属气、固、液三相流体或气、固二相流体输送，设备输送的物料常伴有腐蚀和磨损共存，尤其是在高温环境工况下运行的设备使用寿命极为有限。

腐蚀、磨损和疲劳断裂是设备材料在使用过程中导致功能失效的三大主要原因，腐蚀磨损出现的条件首先是存在腐蚀介质，其次才是相对运动的(摩擦)表面。但在实际工况环境中，它们往往同时参与设备材料的加速破坏而失效。

国内外在防磨耐腐蚀领域使用的防护材料有金属材料、非金属材料或者由两种材料构成的复合材料。由于在机械磨损、化学腐蚀介质以及腐蚀性气体等复杂工况环境条件下运行，设备的使用寿命极为有限，因此研究开发输送、贮存腐蚀与磨损共存的多相流体物料的设备复合材料内衬也是当今新材料开发的技术前沿，也是防磨耐腐蚀材料领域技术创新的一大关键，具有十分显著的社会经济效益。

1 脱硫系统管道失效现状及机理分析

1.1 脱硫系统管道设备失效现状

早期的燃煤发电厂烟气脱硫防磨耐腐蚀管道及容器设备采用低碳和超低碳奥氏体不锈钢如316或317不锈钢。这类不锈钢对于氧化介质有很好的耐腐蚀性能。但是在实际应用中，发现有点蚀、缝隙腐蚀及冲刷磨损等现象。钛合金是优良的耐腐蚀抗磨材料，应用在烟气系统的管道和容器上都表现良好的防磨耐腐蚀性能，但是价格昂贵。镍基合金的应用效果好，但价格高。目前，也有电厂采用铸石复合材料和抗磨白口耐磨铸铁复合材料制成管道及容器，缺点是重量大、性脆，不适宜在腐蚀性大的湿态工况条件下运行。

采用铝热法和粘贴法制造的陶瓷复合管道及容器，耐磨性能好。缺点是内衬脆性大、易裂，在使用过程出现质量事故的机率较高，如果施工工艺过程中稍有质量失控，会造成陶瓷片脱落。目前，管道流体输送一般采用橡塑复合材料制成的管道或容器，既保持了钢结构体的强度，又发挥了橡塑的耐腐蚀性能，并且价格低廉。但是存在内衬抗老化性差，结合强度低，不耐有机溶剂，部分塑胶有吸水性，现场修复质量难以控制等问题。

综上所述，各燃煤发电厂现在应用物料输送和贮存设备存在单一或复合材料制成，由于材料单一功能的局限，致使采购的输送管道等设备不具备耐磨耐腐蚀和内壁装置结垢共存的环境下运行，尤其是在高温、多相(汽、固、液)，高浓度物料输送工况环境下，使用寿命极短，检修频繁严重影响了电厂安全、经济、高效运行和环境污染。

1.2 脱硫系统管道设备失效机理分析

烟气脱硫系统设备防腐蚀里材料运行中发生的物理破坏主要有溶胀、鼓泡、分层、剥离、脱黏、龟裂和开裂等。引起这些防腐蚀衬里失效的因素很多，主要有腐蚀介质的渗透作用、应力腐蚀、残余收缩应力;热膨胀系数不同、锅炉负荷的变化、气流/液流的冲击及其他地方也会带来交变应力。同时施工质量，表面处理不好会降低黏结强度、分层施工造成表面污染会降低界面的黏结强度，除泡不当会增加本体内的缺陷，固化不足会导致衬里内聚强度不良等。

烟气脱硫装置防腐蚀材料的研制对于防腐蚀衬里起到关键性的作用，在设计中要充分考虑到设备在各区域运行的腐蚀环境，有效兼顾衬里材料与待衬设备结构、强度、刚性及运行状态的匹配关系，才能真正做到防腐衬里的安全、可靠。

2 脱硫设备新型内衬材料的技术特点

新型的陶瓷/聚合物复合材料是在金属和非金属设备基体上通过特殊复合工艺而形成的复合材料衬里，具有防腐蚀、抗磨损、防结垢等功能。在烟气脱硫系统陶瓷/聚合物复合材料内衬制备时，其技术工艺有效地解决了金属(非金属)―陶瓷―聚合物界面的结合力，陶瓷层材料的脆性开裂以及多层材料之间的热膨胀系数的匹配性。新型的陶瓷/聚合物复合材料构成的内衬充分发挥了单一材料的特有性能和拼混改性树脂与微钠米材料的复合效应，从而即使在较高的运行温度和恶劣的工况环境下，仍具有优异的抗磨耐腐蚀性能和缓结垢功能，使常规防腐蚀设备复合内衬在腐蚀与磨损式结垢共存工况下使用寿命短问题得到了有效解决。

新型复合内衬管道和容器等设备工艺方案，提高了管道及过流件设备耐磨抗腐蚀性能，可广泛应用于燃煤发电厂脱硫、除灰、排渣系统多相物料输送和排放。将高分子重反应聚合物及陶瓷材料与钢壁设备结合作为防磨耐腐蚀基础构成由多种材料组成的复合内衬管道和容器以及浆液循环泵等设备。

使用工况温度:在干燥环境中可在135℃下连续使用，增强聚合物材料可在260℃～380℃环境中连续使用。在湿态环境中，可在－30℃～180℃工况环境中使用;陶瓷硬度HRA＞90，抗压强度≥200MPa，结合强度≥20MPa;使用工况压力:0.1～16MPa;内衬密度3.65～6.27g/cm3;内衬摩擦系数0.04，内衬与钢基体结合强度≥20MPa以上，可在真空工况下长期使用。

3 结语

采用该新型复合内衬装置制成的内衬比常规衬橡塑、铝热法陶瓷、贴片陶瓷等复合内衬相比，其膨胀系数与钢基外层热膨胀系数相差不大，两者物理性能匹配，在工况交变温度作用下，复合内衬产品内衬不鼓气、塌瘪、褶皱，法兰翻边处不开裂。内衬表面光滑，不结垢，水力阻力小;具有特殊的耐磨蚀、耐化学腐蚀性能、抗老化和优越的水力性能。新型复合内衬产品不仅是一种防磨损、腐蚀和气蚀的保护材料，还可用于修复修补和处理腐蚀、气蚀、锈蚀、冲蚀、机械磨损、变形、裂纹、孔洞、渗漏等各种缺陷和故障设备防磨、耐腐蚀工作面的理想内衬装置材料。可对已经报废的耐磨弯管、变径管、三通管等过流件壁面进行修复，实现再制造工艺技术，达到节能、增效、环保的目的。施工完全现场化，无需远距离搬送设备或零部件，也可在修复和防护后为保证精度和表面粗糙度进行机械加工。

［1］余鹏，高小青，何德明，等.石灰石/石膏湿法脱硫系统经济运行［J］.热力发电，2007(7):34－36.

［2］朱正芳，于金满.耐磨防腐蚀复合管道在火电厂的应用现状与发展趋势［C］.第十三届全国耐磨材料大会论文集.西安:2012.

［3］陈华辉.耐磨应用手册(第二版)［M］.北京:机械工业出版社，2012.

Development and application of new composite lining on desulfurization equipment in coal－fired power plant

The status quo of corrosion，wear and fatigue invalidation in operation process of desulfurization system slurry transportation equipment in coal－fired power plant were introduced.The characteristics and mechanism of gas，solid and liquid phase are deeply analyzed.It developed a new kind of ceramic/polymer composite lining materials，and is applied on the slurry pipeline equipment.The results show that the new material could effectively guaranteeing the safe and economic operation of desulfurization equipment.

coal－fired power plants;;desulfurization equipment;anticorrosive wearing;composite lining

X701.3

B

1674－8069(2016)05－039－02

2016-03-21;

2016-04-19

刘军(1983-)，男，江苏常州人，助理工程师，主要从事企业管理及耐磨、抗腐蚀、耐高温材料的研究、开发与应用工作。E－mail:120704264@qq.com