烟气脱硫装置的腐蚀与防护

来源：发布时间：2014-07-09 11:37:11点击率：

　　1.引言
　　
　　我国是一个能源结构以燃煤为主的国家，随着近年来国民经济建设的迅速发展，燃煤产生的大气污染日益严重，酸雨面积不断扩大。烟道气脱硫装置(简称FGD)是当今燃煤锅炉控制二氧化硫排放的主要措施。烟气脱硫有多种工艺，而石灰石-石膏湿法工艺是当今世界各国应用多且为成熟的工艺。
　　
　　煤炭燃烧时除产生SO2外，还生成少量SO3、NOX、HC1、HF等气体，由于烟气中含有水，因此可在瞬间形成H2SO4、HC1、HF等强腐蚀性溶液。与此同时，含有烟尘的烟气高速穿过设备和管道，对装置的腐蚀相当严重。并且，吸收塔的入口烟气温度可高达180℃，而内腔长期处于45-70℃的酸、碱交替的湿热环境之中。可见，湿法除尘脱硫系统在运行中处于强腐蚀性介质、湿热和高磨损的严酷环境中。由于腐蚀环境恶劣，湿式脱硫系统对材质的耐蚀、耐磨、耐温要求极为严格。吸收塔、烟道的材质或防护材料的选择对装置的使用寿命和成本影响很大，因此被认为是烟气脱硫装置设计和制造的关键技术之一。吸收塔体可用合金钢、玻璃钢或碳钢内衬玻璃钢、橡胶、砖板、鳞片涂料等。调查结果表明，脱硫系统中材料所占设备总造价的比重是相当高的，为了不断降低费用，80年代起，国内外专家一直在寻求一种造价低、耐高温、耐腐蚀的材料。高性能涂料作为一种为经济有效的防护材料，经过二十于年在脱硫装置的成功应用，正引起各国脱硫工作者的关注。2.应用于FGD装置的防护材料湿式除尘脱硫装置，由于存在很强的腐蚀性气体、高温和摩擦等使用条件，因此所用材料必须能承受化学的、高温、高湿和机械的长期负荷，其性能有着特殊的要求。目前用于湿式FGD中的防护材料有：橡胶、合金钢或复合钢板、砖板、胶泥、玻璃钢、鳞片涂料等。
　　
　　2.1橡胶装置
　　
　　由于橡胶具有良好的化学稳定性和相对低的价格，长期以来被人们用于防腐场合。研究表明，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、氧气和二氧化硫的扩散，并且耐磨损，因而更适用于湿法FGD工艺。如：丁基gesep橡胶、溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶在FGD领域得到了许多应用。
　　
　　德国等欧洲国家倾向于在吸收塔内表面使用橡胶衬里。其中，德国陶瓷化学有限公司(KCH)将橡胶衬里应用于FGD的内衬防腐已有近三十年的历史。中德合资的武汉KCH公司自1996年成立以来，应用KCH的橡胶衬里技术，已成功完成了杭州半山电厂等烟道脱硫工程。
　　
　　2.2合金钢与复合钢板
　　
　　一般的不锈钢和耐酸钢材难于抵御脱硫系统中的强腐蚀。国外经过多年的研究，确认镍基合金适合于在FGD中使用。目前，美国主要利用镍基合金或碳钢内覆高镍合金板的方法。与非金属衬里的复合材料相比，镍合金在内应力、抗介质的渗透及施工质量的保证上有优势，但耐蚀性不如橡胶和鳞片涂料，且价格十分昂贵。
　　
　　2.3胶泥和砖板衬里
　　
　　腐蚀砖板衬里是在金属或混凝土设备的内壁以耐腐蚀胶泥衬砌耐腐蚀砖板，使腐蚀介质与设备基体隔离，从而达到设备免遭腐蚀的防腐蚀技术。砖板衬里具有耐腐蚀性好、机械强度大等优点。我国耐腐蚀砖板衬里技术发展于50年代，多年来积累了丰富的设计、施工经验，研制开发了一些性能优良的耐腐蚀砖板与胶泥。目前，我国用于FGD的砖板主要是花岗岩和铸石板。这种所谓的麻石除尘脱硫设备的主要缺点是衬里层厚、施工笨重、抗震性差和操作施工期长。
　　
　　砖板衬里所用的粘合剂俗称胶泥，它由粘结剂、固化剂、耐蚀填料及添加剂等组成。目前国内外常用的耐腐蚀胶泥有无机硅酸盐胶泥和树脂胶泥二大类产品。目前国内也有在FGD直接采用无机胶泥，即俗称水玻璃铸石涂料用于FGD内衬防腐的案例，但由于无机胶泥密封性差，收缩较大，因此在施工中为了提高衬里的强度，一般都用龟甲网加固。这种衬里的设计厚度一般在3cm左右，施工繁杂，可*性较低，目前正逐渐被树脂胶泥所替代。
　　
　　2.4玻璃钢
　　
　　玻璃钢是发展较早的一种复合材料，具有轻质、高强、绝缘、耐腐蚀、保温等性能特点，材料性能可设计，制品可一次性成型，成品维修较为方便。玻璃钢用于制作烟气脱硫装置始于二十世纪70年代，尤其是乙烯基酯树脂的诞生，进一步提高了玻璃钢的耐腐性能、物理性能以及耐热性。大直径玻璃钢缠绕技术的问世，使玻璃钢在脱硫装置中得到了实际应用。
　　
　　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，主要是缺少相关的制造技术和评价方法。连云港连众玻璃钢集团于1995年从美国引进了用于生产大直径玻璃钢制品的现场缠绕机，并于1996年在国内制作整套烟气脱硫装置取得成功。
　　
　　2.5高性能防腐蚀涂料
　　
　　高性能涂料，又称之为重防腐蚀涂料(HeavydutyCoating)或者长效防腐蚀涂料，是指能够在恶劣的腐蚀环境中长期防腐蚀的一种涂料。目前，国内外生产的高性能涂料一般都是鳞片涂料。鳞片涂料是以极薄的耐蚀鳞片(玻璃鳞片、不锈钢鳞片等)为骨料，以耐蚀树脂作为粘结剂所制成的一种高效防腐涂料，其结构具有独特的抗渗性能。由于此类鳞片涂料和由此制成的鳞片衬里的防腐蚀性能优良、施工简便、使用年限长、维护费用少，因而，此项技术在近二十年来受到美、英、德、法、日等发达国家的普遍重视，并已开发出多种性能良好的重防腐蚀材料，广泛应用于烟气脱硫装置，取得了明显的经济效果。
　　
　　随着我国大量引进国外的先进技术，高性能防腐涂料作为FGD中的防腐内衬技术也开始进入我国。近十多年来仅日本富士树脂株式会社，就在我国承接了三十多项发电厂和石油化工厂的FGD的防腐内衬的施工。此外，日本东洋株式会社的鳞片胶泥，德国BASF公司的Keraflake鳞片涂料等在大型的FGD的防腐内衬上也有许多的应用范例。成功应用于FGD设备防腐的国内高性能涂料品种主要有：中国航天科工集团三院三十一所生产的GFT高性能防腐蚀涂料、上海理工大学生产的VEGF鳞片胶泥等。
　　
　　高性能防腐蚀涂料按所采用的树脂可分为环氧树脂、不饱和树脂和聚脂树脂、乙烯基酯树脂、聚氨脂树脂等品种。所采用的耐蚀鳞片有玻璃鳞片、不锈钢鳞片、云母鳞片和石墨鳞片等。按涂料粘度可分为鳞片涂料、鳞片厚浆涂料和鳞片胶泥三种。FGD中的防腐涂层的厚度一般为2mm左右。
　　
　　与橡胶衬里相比，鳞片涂层具有明显的优点。首先，在施工方法上鳞片涂料要较橡胶衬里简单，修补方便。其次，耐温性方面比橡胶衬里高得多，具有突出的优势。鳞片涂层和橡胶衬里的耐磨性对比研究表明，在有腐蚀介质的情况下，橡胶的耐磨性能急剧下降，而鳞片涂层的耐磨性却几乎保持不变。20多年的应用实践表明，鳞片涂料衬里是FGD设备防护为经济有效和可*的方法。
　　
　　3高性能防腐蚀涂料在FGD中的应用GFT高性能防腐蚀涂料是中国航天科工集团三院第三十一研究所遵循当今国际上涂料工业发展的“四E”原则，即经济(Economy)、效能(Efficiecy)、生态(Ecology)、能源(Energy)的原则，运用航天军工高科技研制生产的、并且具有当代国际先进水平的“绿色”重防腐蚀涂料。该系列产品有效成为高(固含量≥90%)。与金属及水泥有很强的附着力(1级)，机械强度高(冲击强度4.9J，硬度≥3H)，耐磨耗性好(1000g,500转,失重≤0.05g)，耐酸、碱、盐、油、污水、海水、盐雾及微生物等腐蚀介质的长期腐蚀。
　　
　　GFT以改性环氧树脂、环氧呋喃树脂或乙烯基酯树脂为基料，并加入能参与交联固化成为漆膜的活性稀释剂，涂料有效分为高达90%以上，不仅避免了施工中溶剂挥发造成的污染与浪费，减轻了对节能环保操作人员的损害，而且能在同样设计涂层厚度要求下，减少单位面积所用涂料，降低了涂层的成本。
　　
　　GFT中采用的特殊鳞片填料，对于大幅度提高重防腐涂料的耐蚀性能起到了关键作用。此种鳞片填料来源广泛、价格便宜，经特殊的表面处理后，完全可以替代经特殊工艺制作的昂贵的玻璃鳞片和不锈钢鳞片。因而使重防腐蚀涂料的成本大大下降，实际价格与普通防腐蚀涂料相当。
　　
　　GFT高性能防腐蚀涂料用于FGD内衬时，防腐层结构采用玻璃布作为增强材料，形成耐温、耐磨、抗蚀鳞片衬里。根据腐蚀的环境选择不同等级和结构的防腐层，见下表1：
　　
　　表1不同等级和结构的防腐层
　　
　　防腐蚀等级结构厚度(mm)
　　
　　中度底涂一道/玻璃布二层/面涂二道≥2.0
　　
　　加强底涂一道/玻璃布三层/面涂二道≥2.5
　　
　　由于玻璃钢在力学性能和抗变性能上优于鳞片涂料，因此，将玻璃钢与鳞片涂料复合组成的结构，既发挥了鳞片涂料抗渗防腐耐磨性能好的优点，也保留了玻璃钢整体性好、强度较高的优点，弥补了鳞片涂料这方面的不足。这种独特的屏蔽内衬结构具有下列特点：
　　
　　(1)极优良的耐腐蚀介质的渗透性；
　　
　　(2)优良的耐磨损性；
　　
　　(3)固化时收缩率小，热膨胀系数小；
　　
　　(4)衬里与基体的粘结性好，耐温度剧变性好；
　　
　　(5)良好的施工工艺性，可采用喷、辊、刷等工艺，修补容易。
　　
　　鳞片树脂涂料——玻璃钢衬里结构大大提高了防护层的抗渗性、耐磨性、耐温变性，增强了整体性和粘结力，为解决湿法燃煤烟气脱硫设备的防腐问题提供了一条简便而易推广的新途径。此技术已在全国二百余家除尘脱硫设备上采用，收到了良好的效果。
　　
　　GFT高性能防腐涂料不仅可以制成内衬玻璃钢，用作烟道脱硫装置的防腐层，而且可以作为粘结剂，用于FGD中铺面瓷砖的粘结。由此获得的瓷砖铺面衬里与钢材的粘结力强，耐温性高，结构可*。
　　
　　4结束语
　　
　　综上所述，FGD钢制设备处于高温高湿、强酸和高磨损的恶劣腐蚀环境中，如不进行有效的防护将很快被严重侵蚀。目前，用于FGD装置防护的材料主要有合金钢、砖板衬里、胶泥衬里、整体玻璃钢和重防腐蚀涂料等。国外20余年的时间证明，鳞片涂料(高性能涂料)的耐温、耐磨性能和防腐性能突出，是FGD防腐的一项切实可行的对策。
　　
　　GFT系列高性能防腐蚀涂料能耐多种腐蚀介质的长期侵蚀，涂层与钢材的粘结力强，耐磨耗性能突出；该系列产品的固体含量在90%以上，减少了由于溶剂挥发造成的资源浪费和环境污染。廉价云母鳞片、无溶剂化和厚涂等技术的采用，降低了防腐层的成本。高性能涂料———玻璃钢复合结构，具备抗渗、防腐、耐磨损、高强度、耐温变等多种优点，是应用FGD钢制设备防护的一种经济又可*的新技术。

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