金东春， 蒋 诚， 李治国

（1．浙江省电力公司电力科学研究院， 杭州 3100141； 2．浙江省能源集团有限公司， 杭州 310012）

无旁路脱硫系统的腐蚀与防腐问题研究

金东春1， 蒋 诚2， 李治国1

（1．浙江省电力公司电力科学研究院， 杭州 3100141； 2．浙江省能源集团有限公司， 杭州 310012）

分析了发电厂无旁路脱硫系统内部的腐蚀环境和腐蚀机理，介绍了国内外无旁路脱硫系统的防腐技术现状，在分析各防腐材料特性的基础上，讨论了无旁路脱硫系统中各设备的防腐措施，为防腐方案的选择提供参考。

湿法脱硫；烟囱；腐蚀；防腐

火力发电厂湿法脱硫工艺中的防腐问题一直是烟气脱硫领域中一个重要课题。由于烟气脱硫（FGD）系统装置结构庞大、运行周期长、维修困难，加之目前采用无旁路脱硫技术的机组逐渐增多，因此，研究无旁路脱硫系统烟气腐蚀的特点，采取有效的防腐技术和工艺是保证无旁路系统可靠性的有力措施。

在无旁路脱硫系统中，烟气含有油污、飞灰等杂质，同时对设备可靠性的要求更高，因而要求系统具有更高的抗蚀性能。在此通过对无旁路脱硫系统内腐蚀环境和腐蚀机理的分析，提出了一系列防腐措施。

1 无旁路系统的腐蚀环境和腐蚀机理

1.1 点火阶段的腐蚀

无旁路脱硫系统需要与锅炉系统一起启动，在点火的初期烟气温度较低，燃烧的煤量不大，此时烟气中的酸性气体含量也较低，其腐蚀性也较弱。在点火投油过程中，烟气对设备的腐蚀影响主要来自锅炉未燃尽的油污。由于部分吸收塔采用的是碳钢壁板内衬橡胶的防腐形式，在油污进入吸收塔后，未燃尽的油污会对非极性的橡胶产生相互溶解或溶胀作用，使橡胶快速老化，分解脱落，从而堵塞循泵入口滤网或喷嘴，这是采用橡胶防腐内衬的无旁路脱硫系统的典型问题。

1.2 运行阶段的腐蚀机理

运行阶段，脱硫装置中腐蚀源主要有烟气中所含的 NOX， HF， HCl， SO2等， 其中 SO2是腐蚀源的主体，在脱硫系统内部对钢制设备具有很强的腐蚀性。 另外， 脱硫系统浆液中的 Cl-浓度达到一定程度时，对塔内设备如搅拌器、泵的金属叶轮等也有较强的腐蚀。一般脱硫装置不同部位腐蚀主要表现为以下 4 类[1-2]：

（1）化学腐蚀。 烟气中的腐蚀性介质如 SO2，SO3， HF， HCl， O2等 ， 在 一 定 的 温 度 和 湿 度 下与金属材料发生化学反应，生成可溶性盐类化合物，使金属表面逐渐被腐蚀。这种腐蚀在脱硫装置入口烟道、 气气换热器（GGH）内部、 吸收塔塔内壁破损处、烟囱内防腐涂料受烟气冲刷或应力变化而脱落的地方等都存在。其主要反应如下：

（2）电化学腐蚀。 这种腐蚀主要发生在吸收塔出口烟道上。点火阶段的烟道侧、烟气中的残余电解质及水在钢结构的表面，尤其是在焊接处，由于热处理不当等原因，使得碳与铬化合形成碳的铬化物，导致电极电位显著降低，当受到腐蚀介质作用时，在金属表面形成原电池，使设备表面逐渐被腐蚀。电化学方程如下：

（3）结晶腐蚀。正常运行时， 从吸收塔出口到尾部烟道及烟道与烟囱的连接处均处于与高速流体接触的环境中。在这些流速较高的烟气中，仍然夹带有大量的未经除尘或未被除净的粉尘及脱硫产物，这些颗粒由于惯性作用将附着于烟囱与烟道连接处，部分液相渗透到防腐层表面的毛细孔内。当设备停用时，在自然干燥下生成结晶型盐，同时体积膨胀，使防腐材料自身产生内应力，而使其脱皮、疏松或裂缝损坏。特别是干湿交替作用下，腐蚀更加严重，如吸收塔入口段，预喷淋区域，属于腐蚀环境最为恶劣的部位之一。

（4）磨损腐蚀， 主要是指高速流动的烟气及其携带颗粒物的腐蚀。这种腐蚀不同于纯机械力的破坏，它是一种包括机械、化学和电化学联合作用的过程，一方面高速流动的烟气加速防腐层表面的磨损，另一方面使已形成的腐蚀产物剥离并让流体带走，从而加剧了腐蚀的进程。

2 国内外无旁路脱硫系统防腐现状

2.1 国外防腐现状

国外根据无旁路脱硫系统的工况特性，经过多年对各种金属材料的试验和筛选，在防腐材料的选择上将可靠性作为选择的主要标准，将适用于无旁路脱硫系统的防腐材料定位在镍基合金上。如美国，主要采用镍基合金或碳钢内覆高镍合金板；德国等国家倾向在吸收塔进、出口烟道内表面使用橡胶衬里，或碳钢内衬玻璃钢；日本则采用碳钢内涂玻璃鳞片乙烯基酯树脂等[3]。

2.2 国内防腐现状

我国湿法脱硫技术起步较晚，无旁路脱硫方式更是近年才逐渐出现，脱硫防腐方面还没有形成自己的特色，由于镍基合金价格昂贵，若在脱硫设备上大规模制作运用，则花费成本太高，目前国内也只有少数公司在脱硫系统防腐上应用镍基合金。较多的还只是在运行工况较恶劣的情况下局部运用，如吸收塔入口干湿界面，吸收塔搅拌器叶轮等部位。其他运用较多的防腐材料有橡胶内衬、玻璃钢、鳞片树脂涂料、无机材料等，随着对脱硫防腐技术的研究深入，部分材料的抗蚀性能已达到国外材料的抗蚀标准。

国内主流的防腐材料主要有两大类：一是合金材料，如用于湿烟囱防腐的钛基合金，用于搅拌器叶片等的镍基合金；另一类为有机非金属材料，作为塔内壁或烟道内部衬里。由于防腐合金的成本较高，且多数需从国外进口，因此脱硫系统内部的防腐逐渐趋向于碳钢加非金属衬里的复合材料方面，并在已改造的无旁路脱硫系统中运用良好。

3 防腐材料的特性分析

3.1 合金防腐材料

合金材料由于其特殊的抗蚀性能在脱硫系统尤其是无旁路脱硫系统中得到广泛应用。在脱硫系统的各设备中，由于腐蚀性质、结构形式、温差、浆液冲刷、振动等原因不适合采用金属贴衬或涂层处理的设备、转动部件等均需要用到耐蚀合金，巴威公司脱硫吸收塔内托盘也是耐蚀合金材料。目前用于无旁路系统的耐蚀合金主要有奥氏体不锈钢、双相不锈钢、镍基合金、复合钛板等。由于各合金性能差别，使用前需要根据合金将要运行的环境条件， 如 pH 值、 温度范围、 Cl-浓度范围、结垢可能性等，合理计算耐蚀点当量，从而达到抗蚀能力和经济性的平衡。

值得注意的是，合金防腐材料的抗蚀性能受到制造方法及施工水平的影响较大，烟囱内衬的复合钛板、吸收塔入口段的镍基合金都有严格的施工工艺要求，若工艺控制不良，这些合金防腐材料极易发生点蚀、缝隙腐蚀、电化学腐蚀等，从而逐渐失去防腐效果。

3.2 非金属防腐材料

非金属防腐材料主要是无机类材料和有机非金属材料。无机类材料如麻石、陶瓷等虽然具有良好的性价比，但由于综合性能不足，适合于低防腐要求的部位。有机类材料特别是有机非金属复合材料，由于其优良的耐蚀耐磨性能，宜在无旁路脱硫装置中大量采用，目前已应用于脱硫系统的主要有以下几类：

（1）玻璃鳞片涂料。 我国早期引进的脱硫装置中大都采用鳞片材料进行防腐，它的耐蚀和耐温性取决于所使用的合成树脂的种类。玻璃鳞片涂料主要有双酚A聚酯型、酚醛型乙烯基酯树脂等， 最高使用温度可达 180℃， 瞬时可达 220℃。目前国内自己开发的玻璃鳞片在性能上与国外还有一定的差距，但玻璃鳞片在抗油污方面良好的性能已使其成为新设计无旁路脱硫系统塔内壁防腐的首选。

（2）橡胶材料。 橡胶材料的应用是随着胶板粘结技术的发展而推广的，由于橡胶具有良好的化学稳定性和相对低的价格，作为防腐内衬具有耐磨耐腐蚀的特点，在有旁路脱硫系统内部得到了广泛应用。目前采用的橡胶内衬种类主要有丁基橡胶、溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶等。研究表明[3]： 丁基橡胶具有相对较低的渗透系数和更高的化学稳定性， 能阻止水蒸气、 O2和 SO2的扩散， 且耐磨性良好，但在 pH 值较低的环境中，尤其是有油污存在时，受水或水蒸气的作用，接触介质的衬胶表面容易产生溶胀而脱落。嘉兴发电厂7号机组曾多次发生由于油污使衬胶部分脱落而堵塞旋流器的现象。

（3）玻璃钢。 玻璃钢是发展较早的一种复合材料，具有质地轻、强度高、耐腐蚀、保温性良好等特点，在脱硫装置中得到广泛应用，但与发达国家相比，我国用于烟气脱硫系统的玻璃钢制品还比较少，应该有很大的发展潜能。

（4）复合结构。 复合结构是指用鳞片树脂涂料和玻璃钢衬里的复合， 这种结构在国外 FGD系统的防腐施工中已得到广泛应用，通过玻璃钢管（FRP）对鳞片树脂进行加强， 可大大改善防护层的抗渗性、耐磨性、耐温性，增强了整体性和粘结力，是无旁路脱硫系统性价比较为理想的防腐方式，值得大量推广应用。

4 无旁路脱硫系统防腐措施的选择

4.1 脱硫烟道防腐

烟道包括原烟气烟道和净烟气烟道，由于原烟气烟道处于干烟气区，腐蚀性弱，故烟道防腐的重点在于净烟气烟道以及吸收塔入口段。

在整个脱硫反应过程中，浆液以逆喷淋的形式和烟气接触， 以达到洗涤 SO2的效果， 此过程中不可避免地会溅到吸收塔入口，整个入口段高低温交错、干湿混合、环境恶劣，要求防腐层既要耐腐蚀，又要耐高温和耐磨损。因此，吸收塔入口段宜采用衬鳞片树脂加瓷砖或直接采用镍基合金的防腐方式。

净烟气烟道由于要通过低温高湿的腐蚀性烟气， 所以从 GGH 原烟道侧入口弯头处直至烟囱的烟道（包括烟道内的导流板）均应采取防腐措施。净烟气烟道的防腐一般采用衬鳞片树脂或镍基合金的方式；导流板直接用镍基合金。在结构设计上，应满足相应的防腐要求，并保证烟道振动和变形在允许范围内，避免造成防腐层脱落。

对于没有装设 GGH 的脱硫装置，其烟气带水量更大， 出口烟气温度基本在 50℃左右， 应从距离吸收塔入口至少5m处开始采取防腐措施。

4.2 烟囱防腐

烟囱是发电厂的重要设备之一，其建造成本高，使用时间长，维修较复杂。在无旁路方式下，特别是不设置 GGH 的烟囱， 进入烟囱的烟温在50℃左右， 烟囱内壁有严重的结露， 且筒壁有结露的酸液流淌。 据北仑发电厂的酸液测试，其 pH值在 1.9～2.2 之间， 属于强酸性。 对有 GGH 的发电厂，由于旁路取消后脱硫系统随主机一起启动，在点火期间，烟囱仍然处于低温潮湿烟气环境下，故无论脱硫系统是否设置 GGH 均需要做防腐处理，有 GGH 的烟囱也有湿烟气运行的工况。目前对烟囱的防腐有多种方式，但综合目前使用效果，在国内应用最成熟的主要有以下2种：

（1）钛钢复合板内衬。 利用了钛钝化能力强，对氯化物、硝酸等有很好的耐蚀性的特点，其优点是结构牢固、防腐效果好。采用该方式防腐的主要问题是造价昂贵、施工相对困难，而且内衬要承受较大载荷。

（2）采用发泡耐酸玻璃砖内衬。 国内在湿烟囱工况或无旁路脱硫系统中应用最成功的是宾高德发泡砖。其优点是结构可靠、防腐效果好，其缺点主要是施工复杂、工期长，且会减少烟囱内径，不但增大阻力和电耗，而且使石膏雨现象愈趋严重。

4.3 其他设备防腐

4.3.1 浆液管道

脱硫系统内浆液管道主要分浆液输送管道和吸收塔内部管道，内部管道主要是喷淋层管和氧化空气管。浆液输送管道宜采用碳钢管衬丁基橡胶或聚丙烯塑料， 塔内喷淋管一般采用 FRP。 吸收塔内氧化风管由于处于富氧和浆液的循环扰动环境中， 宜采用抗蚀性较强的双相不锈钢 2205制作。

4.3.2 烟气换热器

GGH 是干湿烟气进行热量交换的场合， 环境较为恶劣，加之当前脱硝系统的投运，催化剂的结构设计和抑氧剂的比例不合理都将导致烟气中 SO3的升高。 在水分存在条件下， 一旦温度低于 SOx/H2O 露点就会有酸雾生成造成腐蚀， 因此GGH 壳体内表面的防腐一般是采用衬高温鳞片树脂，而换热组件一般采用涂搪瓷来防腐，这种方式也适用于无旁路脱硫系统中。

4.3.3 除雾器

在无旁路脱硫系统中， 尤其是不设 GGH 的系统中，除雾器极易受到高温烟气的冲击，是烟气脱硫后受到腐蚀性烟气冲刷最多的设备。目前除雾器包括除雾板、螺栓、冲洗水管、喷嘴等均采用增强型聚丙烯材料制作，其自身的防腐蚀能力不存在问题。在水平式布置除雾器上，主要是烟道内壁的防腐问题，一般采用涂鳞处理。

4.3.4 泵和搅拌器

无旁路系统中，考虑到冲刷强度和阻力损失的原因，各种与浆液接触的泵外壳仍采用钢衬橡胶防腐，叶轮宜选用耐蚀耐磨的合金钢。另外，考虑到油污的影响，无论是吸收塔的侧进式搅拌器还是其他箱罐的顶进式搅拌器，其叶轮都宜选用合金钢材质。

4.3.5 吸收塔

吸收塔是脱硫反应的核心场所，无旁路方式下，特别是点火阶段需要投油的机组，吸收塔的防腐不宜再采用衬胶设计。研究发现，吸收塔内部的腐蚀主要是由于浆液中氯化物的含量过高所引起的点蚀及烟气冲刷带来的磨损腐蚀，在油点火阶段，还存在未燃尽油粒对塔内衬胶设备的溶胀破坏。针对吸收塔的腐蚀特点，吸收塔内壁、喷嘴区域及底板均宜采用耐磨的鳞片衬里，以便能耐受浆液的冲刷及磨损，进口烟道干湿界面宜贴衬合金处理，喷淋层梁通常使用鳞片及聚丙烯（PP）板加强的复合结构。

5 结论

（1）无旁路脱硫系统的防腐要以提高系统可靠性等级为目的。选用防腐材料时要结合系统的运行方式，在采用油系统点火的机组中要尽量避免采用衬胶的防腐方式。

（2）机组取消旁路后， 烟气对烟囱的腐蚀应视为强腐蚀等级，无论系统有无 GGH，烟囱都工作在湿烟气下的工况，因此均应对烟囱内壁进行防腐处理。由于脱硫后烟气的腐蚀是化学、物理和机械等多种因素叠加的复杂过程，故对新建无旁路机组烟囱内筒应尽量采用钛合金板，虽然造价较高，但其耐腐蚀性能最好，有利于机组长期安全运行。

[1]骆文波，丘纪华.沙角 A 电厂烟气脱硫系统设备的防腐选 择[J].电站 系 统 工程 ，2003，19（1）∶4-5.

[2]曾庭华，杨华，马斌，等.湿法烟气脱硫系统的安全性及优化[M].北京∶中国电力出版社，2003.

[3]李 雄 浩 ，刘 斌 ， 徐 志 安 ，等.燃 煤 烟 气 湿 法 脱 硫 设 备[M].北京∶中国电力出版社，2011.

[4]陈彪，李彩华.燃煤机组湿法烟气脱硫后烟囱的腐蚀与防 腐 问 题 探 讨[J].电 站 系 统 工 程 ，2007，23（6）∶31-34.

（本文编辑：陆 莹）

Research on Corrosion and Anticorrosion of Non-bypass Desulphurization System

JIN Dong-chun1， JIANG Chen2，LIZhi-guo1
（1.Z（P）EPC Electric Power Research Institute， Hangzhou 310014， China；2.Zhejiang Provincial Energy Group Co.， Ltd， Hangzhou 310012， China）

The paper analyzes corrosion environment and corrosion mechanism in non-bypass desulphurization system and introduces current anticorrosion technologies both here and abroad.On the basis of analyzing properties of various anti-rot materials， the paper discusses anticorrosion scheme for non-bypass system，which provides reference to anticorrosion scheme selection.

wet desulphurization； smoke stack； corrosion； anticorrosion

X701.3

： B

： 1007-1881（2012）11-0065-04

2012-08-31

金东春（1973-）， 男， 浙江浦江人， 高级工程师，从事电力环保技术管理和研究工作。