石灰石-石膏湿法脱硫方法具有脱硫反应速度快、效率高,吸收剂来源广泛,调峰适应性强,废物排放量少,副产品可综合利用等优点[2],已成为目前国内外火电厂脱硫的首选方法。随着大量脱硫装置的建成投用,其运行中存在的问题也逐渐暴露出来,主要表现为腐蚀、磨损、结垢和堵塞[3]。脱硫部件的腐蚀与磨损问题已成为国内外FGD装置的研发与应用单位面临的一个共性问题。我国的FGD属于引进技术,现在虽然已做到消化吸收和国产化,但由于运行经验少,对设备中腐蚀和磨损的研究和认识不足,腐蚀和磨损造成的设备损坏时有发生,由于腐蚀和磨损原因更换设备带来大量维修工作,这越来越引起了人们的重视。
1 腐蚀、磨损部件及原因
从锅炉引风机出来的高温烟气中含有大量的SO2、SO3、NOx、HCl、HF等强腐蚀性的酸性气体,经过GGH降温和在吸收塔内完成脱硫反应后,部分SO3与烟气中的水分结合形成具有强腐蚀性的硫酸冷凝液。绝大部分的SO2、HCl、HF与脱硫剂反应后生成硫酸、亚硫酸、盐酸和氢氟酸,在FGD系统中会形成低pH的腐蚀环境,从而在设备上产生点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等各种类型的化学和电化学腐蚀。此外,烟气中的固体颗粒会对吸收塔之前的设备如GGH、挡板、风机叶片等造成磨损。脱硫反应完成后,烟气中的大部分固体颗粒最终进入吸收浆液,与浆液中的固体颗粒一起对吸收塔中的非金属内衬和构件产生冲刷磨损,对金属构件则会产生电化学腐蚀与磨损相结合的磨蚀。因此,在整个FGD系统中,腐蚀、磨损与磨蚀并存,运行条件十分恶劣。
按照FGD工艺流程特点,可将FGD的腐蚀和磨损分为烟气流经区域腐蚀磨损、石灰石制备与石膏排放系统腐蚀磨损和脱硫增压风机腐蚀磨损三种类型进行分析。
1.1 烟气流经区域
根据烟气先后流经的顺序,可将烟气流经区域分为吸收塔之前的区域、吸收塔区域和吸收塔之后的区域三个部分来分析。
1.1.1 吸收塔之前的区域
(1)GGH之前的烟气管道
该区域烟气温度一般高于酸的露点,不带有水雾,基本没有腐蚀性。但烟气中的飞灰对该区域的部件会造成冲刷磨损。
(2)GGH
GGH一般有回转式和管式。在GGH高温侧,由于烟气温度较高由此带来的腐蚀较轻,但换热元件(如翅片)会受到烟气携带颗粒的冲刷磨损。在低温侧,由于烟气温度已降至酸露点以下,在换热元件的表面会形成浓度较高的硫酸冷凝液,形成酸腐蚀。对管式换热器来说,一旦形成腐蚀穿孔,泄露的热媒水将加剧腐蚀进程和扩大腐蚀范围,必须停机处理。
(3)GGH至吸收塔入口烟道
从GGH低温侧出来的烟气温度通常在100 ℃左右,低于酸露点温度,GGH低温侧会因冷凝酸液的出现产生腐蚀。如果该烟道较长,则不同区域的腐蚀程度有所差别。在吸收塔入口处,由于高温烟气与低温的浆液接触时会在干/湿界面产生高浓度的酸雾,因此在靠近吸收塔入口处腐蚀较重。同时,低温的浆液在高温烟气作用下水分蒸发后形成可溶性盐,沉积在管道上,容易结垢形成垢下腐蚀。
1.1.2 吸收塔区域
吸收塔下部为浆液池,浆液的pH一般在5.0~6.2[4]页码,对池壁的腐蚀较轻。但浆液中的Cl-会引起点蚀。此外,浆液池中的循环泵和搅拌器会由于电化学腐蚀和冲刷磨损的共同作用而产生磨蚀,而缩短了使用寿命。
吸收塔上部为吸收区(脱硫反应区),冷却后的烟气处于饱和状态,通常在50 ℃左右,浆液与烟气中酸性气体的反应中和了酸性烟气,使得该区的腐蚀情况相对较轻。但喷射的浆液对塔壁和塔内构件形成冲刷作用,特别是当石灰石颗粒较粗时,使得该区的磨损问题比较突出。对于液柱塔来说,由于喷浆母管布置在塔的下部,浆液下落时,对喷浆管的冲刷磨损十分严重。而对于喷淋塔来说,磨损情况则会轻一些。
1.1.3 吸收塔之后的区域
(1)吸收塔出口烟道
从吸收塔出来的饱和烟气温度仅为45~50 ℃,烟道壁面上积聚的水滴或水膜继续吸收烟气中的SO2和SO3形成酸液。此外,有少量浆液液滴被烟气带出后在烟道底板上沉积,使该区成为较为严重的低温化学腐蚀区。
(2)再加热器
低温烟气一般都要经过再次加热以利于排放。进入该区的烟气往往带有未经除雾器除尽的水滴和石膏浆液颗粒,液滴撞击到再加热器管壁表面,形成具有腐蚀性的液膜和固体沉积物,造成垢下腐蚀。有人测得再加热器出口烟气携带的水滴pH低于1.7,呈现出严重的腐蚀性。
(3)公共出口烟道
再加热器加热后的烟气温度一般在80~100 ℃,会形成结露。并且烟气在再加热器中停留时间较短,很难使烟气中水雾蒸发,因此也会对公共出口烟道、出口挡板、旁路烟道和烟囱形成腐蚀。
1.2 石灰石制备系统和石膏排出系统
石灰石浆液pH一般在7~8,腐蚀不是主要问题。但如果石灰石浆液制备时利用的是回收水,则浆液中会含有氯离子、硫酸根和亚硫酸根离子,对浆液供应系统会造成酸腐蚀。另外,浆液中主要含有CaCO3颗粒,且浓度较高,对浆泵过流件会有相当严重的磨损。
石膏浆液中主要含有氯离子、硫酸根和亚硫酸根离子,其中氯离子质量分数可达2%以上[5],对 |