氨法脫硫裝置中的防腐蝕形式技術(shù)探討

氨法脫硫裝置中的防腐蝕形式技術(shù)探討

（上海富晨化工有限公司   上海 200233）

摘 要：本文介紹了氨法脫硫裝置（FGD）中的腐蝕特點(diǎn)，以及針對(duì)性地對(duì)最常見的防腐蝕形式（VEGF鱗片材料和整體玻璃鋼設(shè)備）的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分別探討和研究，重點(diǎn)分析了鱗片材料在氨法脫硫裝置中的失效原因和可能，并據(jù)此重點(diǎn)地提出防腐蝕技術(shù)建議（包括防腐蝕結(jié)構(gòu)和方式）。

關(guān)鍵詞： 氨法脫硫 FGD 乙烯基鱗片 玻璃鋼 防腐蝕

前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，含硫燃料燃燒所產(chǎn)生的煙氣中的二氧化硫是環(huán)境治理的重要對(duì)象。工業(yè)煙氣脫除SO₂（FGD）日益受到重視。目前煙氣脫硫的工藝有很多，但由于歷史的原因，目前主流的脫硫技術(shù)仍為鈣法，但鈣法脫硫的二次污染、運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)等問題日益顯現(xiàn)出來，于是，其中作為國際技術(shù)先進(jìn)的煙氣脫硫新型清潔技術(shù)（氨法脫硫技術(shù)）逐漸受到關(guān)注。由于氨法煙氣脫硫技術(shù)具有脫硫效率高、無二次污染、可資源化回收二氧化硫，能滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求等明顯優(yōu)勢。近年來氨法煙氣脫硫技術(shù)在中國得到飛速的發(fā)展，該工藝應(yīng)用業(yè)績的不斷增多，包括在石化、鋼鐵、有色等行業(yè)中，國內(nèi)已成功地在60MW機(jī)組煙氣脫硫工程上使用了氨法，其各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)居脫硫業(yè)的領(lǐng)先水平。

氨法脫硫工藝是采用氨作為吸收劑除去煙氣中的SO₂的工藝，氨法脫硫工藝具有很多特點(diǎn)，氨吸收煙氣中SO₂是氣-液或氣-氣反應(yīng)，反應(yīng)速度快、反應(yīng)完全、吸收劑利用率高，可以做到很高的脫硫效率，相對(duì)于鈣基脫硫工藝來說系統(tǒng)簡單、設(shè)備體積小、能耗低。但由于氨是一種良好的堿性吸收劑，氨的堿性強(qiáng)于鈣基吸收劑，所以在氨法FGD工藝中，設(shè)備的防腐蝕特性是相當(dāng)重要的，國內(nèi)已出現(xiàn)眾多起由于防腐蝕出問題而最后導(dǎo)致裝置效率不高乃至失效的情況，所以在本文中就氨法脫硫工藝中的一些腐蝕技術(shù)問題進(jìn)行探討。

1、 氨法脫硫中的腐蝕機(jī)理

目前國內(nèi)外的氨法FGD工藝中，濕式氨法是目前較成熟的、已工業(yè)化的氨法脫硫工藝，濕式氨法工藝過程一般分成三大步驟：脫硫吸收、中間產(chǎn)品處理、副產(chǎn)品制造。濕法氨法脫硫工藝中是以水溶液中的SO 2和NH3 的反應(yīng)為基礎(chǔ)的，煙氣經(jīng)過吸收塔后，其中的SO 2被吸收生成亞硫酸銨與硫酸氫銨，其中主要的化學(xué)反應(yīng)過程如下：

吸收：SO2+H2O+ x NH3＝(NH4)xH2-xSO3 (亞硫銨)

氧化:：(NH4)xH2-xSO3 +1/2 O2+(2-x)NH3=(NH4) 2 SO4 (硫銨) 

（其中，x=1.2－1.4）

氨水洗滌脫硫工藝設(shè)備主要由脫硫洗滌系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、氨貯存系統(tǒng)、硫酸銨生產(chǎn)系統(tǒng)等組成，核心設(shè)備是脫硫洗滌塔。在氨法脫硫工藝中，含SO2的煙氣經(jīng)過脫硫系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)均會(huì)造成對(duì)設(shè)備的腐蝕，但在工藝流程中由于采用氨作為為吸收劑，所以基本不存在鈣法工藝中的物理性的磨蝕，在氨法脫硫工藝中腐蝕的形式從機(jī)理上主要分三種，化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和結(jié)晶腐蝕。

A、化學(xué)腐蝕：

煙氣中的腐蝕性介質(zhì)在一定的溫度、濕度下和金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性鹽，使設(shè)備逐漸被腐蝕。主要反應(yīng)方程式為：

Fe+SO₂+H₂O=FeSO₃+H₂

Fe+SO₂+O₂=FeSO₄

FeSO4水解生成游離的硫酸：

4FeSO₄+10H₂O+O₂=4Fe(OH)₃+4H₂SO₄

如此循環(huán)反復(fù)，使腐蝕不斷進(jìn)行下去。

B、電化學(xué)腐蝕：

在潮濕的條件下，金屬表面直接與煙氣介質(zhì)接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕，在焊縫處特別容易發(fā)生。主要反應(yīng)為：

Fe→Fe²⁺ +2e

Fe²⁺ +8FeO.OH+2e→3Fe₃O₄+4H₂O

C、結(jié)晶腐蝕：

在煙氣脫硫過程中，由于生成了可溶性的硫酸鹽或亞硫酸鹽，液相則滲入表面防腐層的毛細(xì)孔內(nèi)，當(dāng)設(shè)備停用時(shí)，在自然干燥下生成結(jié)晶型鹽，產(chǎn)生體積膨脹，使防腐材料自身產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而破壞，特別在干濕交替作用下，腐蝕更加嚴(yán)重。

從宏觀上，各種化學(xué)介質(zhì)對(duì)防腐蝕材料的腐蝕大致有三種形態(tài)和過程：（1）介質(zhì)首先先浸入材料間隙、氣孔等缺陷中；（2）進(jìn)而滲透到層間，引起材料的溶脹；（3）浸蝕材料表面。所以防腐蝕層的防腐蝕失效就是介質(zhì)浸入、滲透和浸蝕的綜合結(jié)果。在氨法脫硫工藝中，由于氨分子（包括氨汽和銨離子）是屬于小分子的腐蝕性介質(zhì)，所以很容易發(fā)生滲透，所以在氨法脫硫工藝中，腐蝕性其實(shí)較一般石灰石法濕法脫硫工藝的嚴(yán)重。從目前眾多的投入及成功運(yùn)行案例可以得知，乙烯基樹脂鱗片襯里和整體玻璃鋼（FRP）是目前兩種可靠的防腐蝕形式，下面就就兩種應(yīng)用形式的技術(shù)進(jìn)行探討。

2、 鱗片襯里類材料的防腐蝕分析

乙烯基鱗片材料（VEGF鱗片膠泥）是以乙烯基樹脂為主要材料，并加入10-40%不等片徑的玻璃鱗片和其它一些功能性填料混合而成的一種防腐蝕材料，目前在國內(nèi)外大量的FGD裝置中得到成功的應(yīng)用，具有耐腐蝕、抗?jié)B透和耐高溫的特點(diǎn)。VEGF鱗片材料具有以下特點(diǎn)：

1、耐腐蝕性能好；

2、較低的滲透率；

3、VEGF鱗片膠泥具有較強(qiáng)的粘結(jié)強(qiáng)度；

4、耐溫差（熱沖擊）性能較好。VEGF鱗片膠泥涂層的線膨脹為11.5×10^-6/℃,（與鋼鐵的線膨脹系數(shù)相近），使VEGF鱗片膠泥適合于溫度交變的重腐蝕環(huán)境；

5、耐磨性好。涂層硬度較高，另受外機(jī)械損傷時(shí)的破壞是局部的，其擴(kuò)散趨勢小，易于修復(fù)。

但目前在一些氨法脫硫案例中，一些氨法脫硫裝置的投運(yùn)率不高，一個(gè)主要的原因是防腐蝕方面出了問題。其中原因是多方面的，有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的，有材料選擇上，也有施工質(zhì)量上的原因。為了保證系統(tǒng)的有效穩(wěn)定的運(yùn)行，防腐蝕材料的選擇和施工是關(guān)鍵。

在氨法煙氣脫硫系統(tǒng)中，主要是要考慮三個(gè)區(qū)域內(nèi)的腐蝕：一是煙氣輸送系統(tǒng)；二是SO2的吸收、氧化系統(tǒng)；三是吸收劑儲(chǔ)存和供應(yīng)系統(tǒng)。在上述的三個(gè)區(qū)域內(nèi)，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的腐蝕各有特點(diǎn)，腐蝕性的嚴(yán)重程度有差異，但基本歸結(jié)下來有以下幾中腐蝕原因和形態(tài)，并且是這其中的若干種因素的綜合作用結(jié)果，下面就上述系統(tǒng)的腐蝕特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，以探究防腐蝕涂層失效的原因：

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