烟气脱硫后处理循环泵腐蚀原因分析及应对措施

黄逸

摘要：湿法烟气脱硫工艺中，浆液循环泵主要作用是将石灰石浆液从吸收塔底部送至喷淋系统。管道中的浆液固含粒度为左右，长期运转会对叶轮等过流件产生物理磨损，导致叶轮防磨层脱落;浆液的值为浆液中存在着不同的金属离子及高含量的氣离子，会对叶轮造成电化学腐蚀。在这样工况下运行一段时间后，浆液循环泵会出现不同程度的腐蚀磨损，导致脱硫率下降，长期运行会带来安全隐患。

关键词：烟气脱硫;循环泵腐蚀;原因分析

引言

目前，石灰石-石膏湿法脱硫工艺由于适用的煤种范围广、脱硫效率高、吸收剂利用率高、设备运转率高、工作的可靠性高、脱硫剂-石灰石来源丰富且廉价等优点。已经成为火电厂最成熟的烟气脱硫工艺，而湿法脱硫设备较多长期处于pH较低的介质环境中，极易腐蚀，因此了解脱硫设备的腐蚀机理，选择合适的防腐蚀耐冲刷材料作为衬里，对于设备的长周期安全稳定运行至关重要。现阶段，脱硫系统防腐分为，罐体防腐，泵叶轮以及泵壳防腐，管道防腐，烟囱防腐，地坑防腐。所使用的防腐材料主要有玻璃鳞片、橡胶、环氧树脂，玻化砖四种。现就各设备的腐蚀机理以及防腐材料的选择进行探讨。

1后处理循环泵性能参数和结构特点

后处理循环泵设计为三台，两开一备，生产厂家为襄樊五二五，型号为HZ350，设计扬程为3m，密封形式为双端面机械密封，叶轮为半开式叶轮，叶轮、蜗壳、轴、轴套、叶轮锁紧螺母等材质为2205双相钢，双端面机械密封材质为316奥氏体不锈钢，冲洗方式为PLAN54，能够有效地减小介质对机械密封的冲刷和腐蚀。

2循环浆液泵

案例电厂湿法脱硫系统吸收塔内设有五层喷淋，石灰石浆液可通过循环浆液泵传送至吸收塔喷淋层，此时石灰石可与烟气中二氧化硫发生反应，以此实现除硫。湿法脱硫系统中的循环浆液泵存在多种运行状态，循环浆液泵运转期间的流量规格不做调节，即循环浆液泵在大多数情况下均处于额定满负荷状态下，因此，在湿法脱硫系统中，可通过调节循环浆液泵运行数量对脱硫吸收塔石灰石浆液量进行控制。湿法脱硫系统中的循环浆液泵运行台数越多，则石灰石浆液喷淋量越大，则产生能量耗损越高，此时应注意均衡循环浆液泵运行台数、脱硫效率、能源损耗间的关系。除循环浆液泵运行台数外，其能耗还受泵效率、泵扬程、吸收塔浆液流量的影响，吸收塔浆液流量由液气比、烟气量决定，其中液气比为泵液喷淋量与烟气量的比值，而烟气量受负荷、煤种的影响。

3石灰石-石膏湿法脱硫设备的腐蚀机理

在去除SO2的过程中，由于石灰石溶解度较小，其对设备磨损较大，烟气中的SO2溶于水后呈酸性，也会对设备造成化学腐蚀，以及电化学腐蚀，烟气未经处理前，净烟气烟道也会被烟气中的粉煤灰冲刷腐蚀。纵观整个脱硫系统的腐蚀过程，都是设备防腐层脱落、开胶、鼓包之后，介质直接与设备接触后造成的腐蚀。

3.1化学腐蚀

湿法脱硫工艺中化学腐蚀是酸与金属反应的过程：锅炉燃料（煤粉或者高、焦炉煤气）中的硫、氟、氯等元素和硫化氢等化合物经燃烧后，随烟气以SO2、SO3、HF、HCl等形式进入脱硫系统与设备接触，并发生化学反应，产生硫酸盐、亚硫酸盐或其它化合物。脱硫后烟气经过与石灰石浆液的换热，温度由135℃降低至50℃以下，在烟气露点温度以下，未被吸收的SO2、SO3在烟道中形成亚硫酸以及硫酸，与烟道以及烟囱发生化学腐蚀。反应机理：烟气中的SO2与浆液液滴中的水发生如下反应：

SO2（g）→SO2（aq）（1）

SO2（aq）+H2O→H2SO3→HSO3-+H+（2）

HSO3-→H++SO32-（3）

2H++Fe→Fe2++H2（4）

3.2泵过流件腐蚀磨损原因分析

石灰石石膏湿法脱硫中浆液循环泵叶轮材质采用白口高铬合金铸铁，浆液循环泵输送的介质主要是石耷浆液，值在之间。酸性介质流过泵体时，对过流部件表面产生一定的腐蚀作用。此外，固体粒径在左右，固体颗粒以一定的流速流经零件表面时，对叶轮、护板等表面也会产生冲刷和磨损。一般情况下，浆液循环泵叶轮损坏的原因应归结为腐蚀、汽蚀和磨损等诸多因素综合作用的结果。

3.3电化学腐蚀

电化学腐蚀就是金属与介质组成了两个电极，形成了腐蚀原电池。在湿法脱硫工艺中，电化学腐蚀伴随着整个脱硫过程，分为全面腐蚀和局部腐蚀，其中局部腐蚀占80%，局部腐蚀又可以分为电偶腐蚀、缝隙腐蚀、小孔腐蚀（点腐蚀）、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂等。通常局部腐蚀集中在个别位置急剧发生、腐蚀破坏快速、隐蔽性强、难以预计、控制难度大、危害大，易突发事故。例如浆液循环泵泵壳、叶轮的不锈钢孔蚀反应机理：孔内反应：

Fe→Fe2++2e

Ni→Ni2++2e

Cr→Cr3++3e孔外反应：

H2O+O2+4e→4OH-

阴阳极彼此分离，二次腐蚀产物在孔口形成，不起保护作用，孔口介质的pH逐渐升高，介质中可溶性盐转化成沉淀，锈层和垢层在孔口沉积--形成闭塞电池，孔内介质呈滞流状态，溶解氧不易向内扩散，金属难以钝化，金属离子不易向内扩散，金属离子增加，氯离子迁入以维持氯化亚铁浓度，高浓度氯化物水解，孔内酸度增加，金属阳极溶解加快，蚀孔高速深化，由于闭塞电池引起孔内酸化加速腐蚀的作用，也就是自催化酸化作用。

4设备腐蚀问题及解决措施

由于烟气中含有SO2、HF等酸性气体，容易形成酸液从而腐蚀设备，尤其是焊缝部位。同时吸收塔溶液中的硫酸盐以及亚硫酸盐中析出的结晶会导致温度改变，使得内衬与基质不同步膨脹，从而降低内衬黏度。为了解决这一问题需要选择合适的脱硫设备以及配套的防腐内衬，至少能长期承受160℃的烟气以及20min的180℃烟气。严格控制内衬的安装质量，做好原材料验收以及预处理的控制。对原装材料的品种、硬度、厚度以及外观进行有效控制。防腐内衬需要进行预处理来提高其使用时间，现场加工温度控制在15～30℃，湿度控制在70%，施工过程中需要对配料、流程、涂料的施工工艺进行有效控制。安装过程中需要确保焊缝光滑无缺陷，且内支撑需要使用圆钢或方钢，不能使用槽钢、工字钢，外接管则需要使用法兰连接。防腐材料目前国内通常使用2～4mm的玻璃鳞片，脱硫搅拌器通常使用顶进式搅拌器，低温烟道可以使用内衬玻璃鳞片，吸收塔浆液的pH值为4～6，需要定期采集浆液进行酸碱值测定，检测Cl-浓度，避免其酸度过高，加强肥水管理，避免Cl-富集，避免系统内部各设备的磨损程度增加，同时要及时疏通管道，此外还需要合理设置石灰石浆液的投入量以及除雾器的运行时间，监控浆液塔的液位以及浓度。

4.1规避循环泵常见故障

为减低由循环浆液泵造成的能源损耗，应对循环浆液泵进行定期调节，使循环浆液泵运行参数与脱硫效率良好匹配，以此保障脱硫效率，但在实际脱硫作业期间，需控制循环浆液泵调节频率，避免由频繁调节现象，造成额外能源损耗，并缩短脱硫系统运行寿命。循环浆液泵在应用期间常发生机械密封性不足、叶轮磨损、汽浊等故障，为防止故障发生损坏设备性能，降低脱硫效率，应在湿法脱硫期间注意避免常见循环浆液泵故障。结合以往经验，可从以下几个方面对湿法脱硫循环浆液泵进行调节控制：（1）调整循环浆液泵叶轮通气孔数量及位置，保障平衡;（2）加大对吸收塔内循环浆液泵滤网的重视，定期检查并清理循环浆液泵滤网，规避滤网堵塞故障问题，以此保障循环浆液泵运行效果;（3）定期组织循环浆液泵密封性检测，确保循环浆液泵密封情况;（4）循环浆液泵停止运行后需立即清洗，使循环浆液泵始终处于高效稳定状态下;（5）循环浆液泵运行期间，应以实际情况为依据，动态调整吸收塔液位、浆液酸碱性等关键参数。

4.2加强检修工艺

安装除雾器时，要清理干净除霧器板片、支撑梁、吸收塔内壁表面的积垢，应选择完好无损的除雾器，要注意直段朝上安装，防止反装。在拆除除雾器进行垢物清理后，不要将第二级除雾器安装到第一级。要对冲洗水喷淋装置、浆液循环喷淋装置进行仔细检查，疏通堵塞的喷嘴，避免出现冲洗死角，对磨损较重的喷嘴要及时更换。在封人孔门前，应先做除雾器冲洗试验，观察冲洗效果，调整冲洗压力，运行中发现冲洗水门内漏应及时处理。

4.3石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中防腐材料的选用

在石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中防腐材料的选用过程中，工程造价和材料的耐磨性成为一对矛盾。发达国家在烟气脱硫系统中常采用价格高昂的镍基合金。寻找经济耐用的材料是一个国际性题目。烟气脱硫系统的防腐重点是烟道和吸收塔，已采用过的耐腐蚀材料有：镍基合金：镍基合金是以镍为主与Co、Mo、Fe、W、Cr等形成的连续固溶体合金，其中以蒙耐而合金和哈氏合金为代表。比较典型的有Nicrofer5923hMo—59合金（2.4605），Microfer3127hMo—31合金（1.4562），Cronifer1925hMo—926合金（1.4529）等，通常不低于1.4529。能和良好的机械强度，具有良好的加工和焊接性能，无焊缝开裂题目，并具有良好的热稳定性，使用效果较为理想，国际上有使用十多年未出现腐蚀的例子。但镍基合金造价昂贵，增加了投资。

4.4加强电除尘治理

电除尘效率的高低不但对脱硫效率有影响，而且会引起GGH的堵塞和除雾器的结垢，在电除尘效率下降时，要及时查清原因，予以消除。在振打装置投入运行时，应及时通知脱硫运行值班员增加吸收塔浆液循环泵的数量，同时加强对除雾器的冲洗。

4.5保证冲洗水质量

一般情况下，不可使用水质硬度高的地下水或工艺回收水作为除雾器的冲洗水，防止生成大量的亚硫酸钙/硫酸钙，导致板片结垢。受条件限制必须使用这些水源时，应先进行软化处理。在使用合格的地表水作冲洗水时，要注意检查石灰石浆液系统冲洗水门的内漏情况，及时处理。要避免工艺水泵出口压力低于石灰石各浆液泵出口压力，防止石灰石浆液通过内漏的阀门进入工艺水箱，再通过除雾器冲洗水泵进入吸收塔，恶化除雾器冲洗水水质。

4.6环氧树脂防腐涂料

以环氧树脂为成膜物质，加入一定量的颜料、填料、助剂、溶剂等配制而成的涂料，称之为环氧树脂防腐蚀涂料。由于环氧树脂分子结构中含有极性高的羟基和醚键，故涂膜的耐化学性好，耐碱性好，耐热碱性介质更好。又因其结构含有刚性和苯环和头型的烃链交替排列，故涂膜的物理机械性能也相当好。由于极性基团的存在，使涂膜会有一定的亲水性，如果配方选择得当，也能得到耐水性良好的涂膜。环氧树脂防腐蚀涂料的品种很多，应用最广泛的是胺类或其衍生物固化环氧涂料和沥青环氧防腐涂料具有成本低、不易燃烧、毒性小、污染性小、施工效率高等优点。主要用于水下建筑物及潮湿表面涂装，不仅有防腐蚀作用，还具有防渗、堵漏等功效。

结束语

通过调整和控制工艺参数，有效地控制了脱硫后处理循环泵的腐蚀速率，在不进行设备材质升级的情况下能够达到设备运行周期的要求，同时减小后处理其他设备的腐蚀速率。

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