煙氣脫硫裝置的腐蝕與防護

摘要：本文簡述了國內外高性能涂料在FGD中的應用情況。介紹了高性能涂層—玻璃鋼結構在FGD防腐中的應用。結果表明，該結構的抗?jié)B、耐磨性突出，整體性和可*性較高，成本較低。
　　
　　關鍵詞：煙氣脫硫防腐蝕涂料重防腐高性能
　　
　　1.引言
　　
　　我國是一個能源結構以燃煤為主的國家，隨著近年來國民經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展，燃煤產(chǎn)生的大氣污染日益嚴重，酸雨面積不斷擴大。煙道氣脫硫裝置(簡稱FGD)是當今燃煤鍋爐控制二氧化硫排放的主要措施。煙氣脫硫有多種工藝，而石灰石-石膏濕法工藝是當今世界各國應用最多且最為成熟的工藝。
　　
　　煤炭燃燒時除產(chǎn)生SO2外，還生成少量SO3、NOX、HC1、HF等氣體，由于煙氣中含有水，因此可在瞬間形成H2SO4、HC1、HF等強腐蝕性溶液。與此同時，含有煙塵的煙氣高速穿過設備和管道，對裝置的腐蝕相當嚴重。并且，吸收塔的入口煙氣溫度可高達180℃，而內腔長期處于45-70℃的酸、堿交替的濕熱環(huán)境之中?？梢?，濕法除塵脫硫系統(tǒng)在運行中處于強腐蝕性介質、濕熱和高磨損的嚴酷環(huán)境中。由于腐蝕環(huán)境惡劣，濕式脫硫系統(tǒng)對材質的耐蝕、耐磨、耐溫要求極為嚴格。吸收塔、煙道的材質或防護材料的選擇對裝置的使用壽命和成本影響很大，因此被認為是煙氣脫硫裝置設計和制造的關鍵技術之一。吸收塔體可用合金鋼、玻璃鋼或碳鋼內襯玻璃鋼、橡膠、磚板、鱗片涂料等。調查結果表明，脫硫系統(tǒng)中材料所占設備總造價的比重是相當高的，為了不斷降低費用，80年代起，國內外專家一直在尋求一種造價低、耐高溫、耐腐蝕的材料。高性能涂料作為一種最為經(jīng)濟有效的防護材料，經(jīng)過二十于年在脫硫裝置的成功應用，正引起各國脫硫工作者的關注。2.應用于FGD裝置的防護材料濕式除塵脫硫裝置，由于存在很強的腐蝕性氣體、高溫和摩擦等使用條件，因此所用材料必須能承受化學的、高溫、高濕和機械的長期負荷，其性能有著特殊的要求。目前用于濕式FGD中的防護材料有：橡膠、合金鋼或復合鋼板、磚板、膠泥、玻璃鋼、鱗片涂料等。
　　
　　2.1橡膠裝置
　　
　　由于橡膠具有良好的化學穩(wěn)定性和相對低的價格，長期以來被人們用于防腐場合。研究表明，丁基橡膠具有相對較低的滲透系數(shù)和更高的化學穩(wěn)定性，能阻止水蒸氣、氧氣和二氧化硫的擴散，并且耐磨損，因而更適用于濕法FGD工藝。如：丁基gesep.com橡膠、溴化丁基橡膠和氯化丁基橡膠在FGD領域得到了許多應用。
　　
　　德國等歐洲國家傾向于在吸收塔內表面使用橡膠襯里。其中，德國陶瓷化學有限公司(KCH)將橡膠襯里應用于FGD的內襯防腐已有近三十年的歷史。中德合資的武漢KCH公司自1996年成立以來，應用KCH的橡膠襯里技術，已成功完成了杭州半山電廠等煙道脫硫工程。
　　
　　2.2合金鋼與復合鋼板
　　
　　一般的不銹鋼和耐酸鋼材難于抵御脫硫系統(tǒng)中的強腐蝕。國外經(jīng)過多年的研究，最后確認鎳基合金適合于在FGD中使用。目前，美國主要利用鎳基合金或碳鋼內覆高鎳合金板的方法。與非金屬襯里的復合材料相比，鎳合金在內應力、抗介質的滲透及施工質量的保證上有優(yōu)勢，但耐蝕性不如橡膠和鱗片涂料，且價格十分昂貴。
　　
　　2.3膠泥和磚板襯里
　　
　　腐蝕磚板襯里是在金屬或混凝土設備的內壁以耐腐蝕膠泥襯砌耐腐蝕磚板，使腐蝕介質與設備基體隔離，從而達到設備免遭腐蝕的防腐蝕技術。磚板襯里具有耐腐蝕性好、機械強度大等優(yōu)點。我國耐腐蝕磚板襯里技術發(fā)展于50年代，多年來積累了豐富的設計、施工經(jīng)驗，研制開發(fā)了一些性能優(yōu)良的耐腐蝕磚板與膠泥。目前，我國用于FGD的磚板主要是花崗巖和鑄石板。這種所謂的麻石除塵脫硫設備的主要缺點是襯里層厚、施工笨重、抗震性差和操作施工期長。
　　
　　磚板襯里所用的粘合劑俗稱膠泥，它由粘結劑、固化劑、耐蝕填料及添加劑等組成。目前國內外常用的耐腐蝕膠泥有無機硅酸鹽膠泥和樹脂膠泥二大類產(chǎn)品。目前國內也有在FGD直接采用無機膠泥，即俗稱水玻璃鑄石涂料用于FGD內襯防腐的案例，但由于無機膠泥密封性差，收縮較大，因此在施工中為了提高襯里的強度，一般都用龜甲網(wǎng)加固。這種襯里的設計厚度一般在3cm左右，施工繁雜，可*性較低，目前正逐漸被樹脂膠泥所替代。
　　
　　2.4玻璃鋼
　　
　　玻璃鋼是發(fā)展較早的一種復合材料，具有輕質、高強、絕緣、耐腐蝕、保溫等性能特點，材料性能可設計，制品可一次性成型，成品維修較為方便。玻璃鋼用于制作煙氣脫硫裝置始于二十世紀70年代，尤其是乙烯基酯樹脂的誕生，進一步提高了玻璃鋼的耐腐性能、物理性能以及耐熱性。大直徑玻璃鋼纏繞技術的問世，使玻璃鋼在脫硫裝置中得到了實際應用。
　　
　　與發(fā)達國家相比，我國用于煙氣脫硫系統(tǒng)的玻璃鋼制品還比較少，主要是缺少相關的制造技術和評價方法。連云港連眾玻璃鋼集團于1995年從美國引進了用于生產(chǎn)大直徑玻璃鋼制品的現(xiàn)場纏繞機，并于1996年首次在國內制作整套煙氣脫硫裝置取得成功。
　　
　　2.5高性能防腐蝕涂料
　　
　　高性能涂料，又稱之為重防腐蝕涂料(HeavydutyCoating)或者長效防腐蝕涂料，是指能夠在惡劣的腐蝕環(huán)境中長期防腐蝕的一種涂料。目前，國內外生產(chǎn)的高性能涂料一般都是鱗片涂料。鱗片涂料是以極薄的耐蝕鱗片(玻璃鱗片、不銹鋼鱗片等)為骨料，以耐蝕樹脂作為粘結劑所制成的一種高效防腐涂料，其結構具有獨特的抗?jié)B性能。由于此類鱗片涂料和由此制成的鱗片襯里的防腐蝕性能優(yōu)良、施工簡便、使用年限長、維護費用少，因而，此項技術在近二十年來受到美、英、德、法、日等發(fā)達國家的普遍重視，并已開發(fā)出多種性能良好的重防腐蝕材料，廣泛應用于煙氣脫硫裝置，取得了明顯的經(jīng)濟效果。
　　
　　隨著我國大量引進國外的先進技術，高性能防腐涂料作為FGD中的防腐內襯技術也開始進入我國。近十多年來僅日本富士樹脂株式會社，就在我國承接了三十多項發(fā)電廠和石油化工廠的FGD的防腐內襯的施工。此外，日本東洋株式會社的鱗片膠泥，德國BASF公司的Keraflake鱗片涂料等在大型的FGD的防腐內襯上也有許多的應用范例。成功應用于FGD設備防腐的國內高性能涂料品種主要有：中國航天科工集團三院三十一所生產(chǎn)的GFT高性能防腐蝕涂料、上海理工大學生產(chǎn)的VEGF鱗片膠泥等。
　　
　　高性能防腐蝕涂料按所采用的樹脂可分為環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂和聚脂樹脂、乙烯基酯樹脂、聚氨脂樹脂等品種。所采用的耐蝕鱗片有玻璃鱗片、不銹鋼鱗片、云母鱗片和石墨鱗片等。按涂料粘度可分為鱗片涂料、鱗片厚漿涂料和鱗片膠泥三種。FGD中的防腐涂層的厚度一般為2mm左右。
　　
　　與橡膠襯里相比，鱗片涂層具有明顯的優(yōu)點。首先，在施工方法上鱗片涂料要較橡膠襯里簡單，修補方便。其次，耐溫性方面比橡膠襯里高得多，具有突出的優(yōu)勢。鱗片涂層和橡膠襯里的耐磨性對比研究表明，在有腐蝕介質的情況下，橡膠的耐磨性能急劇下降，而鱗片涂層的耐磨性卻幾乎保持不變。20多年的應用實踐表明，鱗片涂料襯里是FGD設備防護最為經(jīng)濟有效和可*的方法。
　　
　　3高性能防腐蝕涂料在FGD中的應用GFT高性能防腐蝕涂料是中國航天科工集團三院第三十一研究所遵循當今國際上涂料工業(yè)發(fā)展的“四E”原則，即經(jīng)濟(Economy)、效能(Efficiecy)、生態(tài)(Ecology)、能源(Energy)的原則，運用航天軍工高科技研制生產(chǎn)的、并且具有當代國際先進水平的“綠色”重防腐蝕涂料。該系列產(chǎn)品有效成為高(固含量≥90%)。與金屬及水泥有很強的附著力(1級)，機械強度高(沖擊強度4.9J，硬度≥3H)，耐磨耗性好(1000g,500轉,失重≤0.05g)，耐酸、堿、鹽、油、污水、海水、鹽霧及微生物等腐蝕介質的長期腐蝕。
　　
　　GFT以改性環(huán)氧樹脂、環(huán)氧呋喃樹脂或乙烯基酯樹脂為基料，并加入能參與交聯(lián)固化成為漆膜的活性稀釋劑，涂料有效分為高達90%以上，不僅避免了施工中溶劑揮發(fā)造成的污染與浪費，減輕了對節(jié)能環(huán)保操作人員的損害，而且能在同樣設計涂層厚度要求下，減少單位面積所用涂料，降低了涂層的成本。
　　
　　GFT中采用的特殊鱗片填料，對于大幅度提高重防腐涂料的耐蝕性能起到了關鍵作用。此種鱗片填料來源廣泛、價格便宜，經(jīng)特殊的表面處理后，完全可以替代經(jīng)特殊工藝制作的昂貴的玻璃鱗片和不銹鋼鱗片。因而使重防腐蝕涂料的成本大大下降，實際價格與普通防腐蝕涂料相當。
　　
　　GFT高性能防腐蝕涂料用于FGD內襯時，防腐層結構采用玻璃布作為增強材料，形成耐溫、耐磨、抗蝕鱗片襯里。根據(jù)腐蝕的環(huán)境選擇不同等級和結構的防腐層，見下表1：
　　
　　表1不同等級和結構的防腐層
　　
　　防腐蝕等級結構厚度(mm)
　　
　　中度底涂一道/玻璃布二層/面涂二道≥2.0
　　
　　加強底涂一道/玻璃布三層/面涂二道≥2.5
　　
　　由于玻璃鋼在力學性能和抗變性能上優(yōu)于鱗片涂料，因此，將玻璃鋼與鱗片涂料復合組成的結構，既發(fā)揮了鱗片涂料抗?jié)B防腐耐磨性能好的優(yōu)點，也保留了玻璃鋼整體性好、強度較高的優(yōu)點，彌補了鱗片涂料這方面的不足。這種獨特的屏蔽內襯結構具有下列特點：
　　
　　(1)極優(yōu)良的耐腐蝕介質的滲透性；
　　
　　(2)優(yōu)良的耐磨損性；
　　
　　(3)固化時收縮率小，熱膨脹系數(shù)??；
　　
　　(4)襯里與基體的粘結性好，耐溫度劇變性好；
　　
　　(5)良好的施工工藝性，可采用噴、輥、刷等工藝，修補容易。
　　
　　鱗片樹脂涂料——玻璃鋼襯里結構大大提高了防護層的抗?jié)B性、耐磨性、耐溫變性，增強了整體性和粘結力，為解決濕法燃煤煙氣脫硫設備的防腐問題提供了一條簡便而易推廣的新途徑。此技術已在全國二百余家除塵脫硫設備上采用，收到了良好的效果。
　　
　　GFT高性能防腐涂料不僅可以制成內襯玻璃鋼，用作煙道脫硫裝置的防腐層，而且可以作為粘結劑，用于FGD中鋪面瓷磚的粘結。由此獲得的瓷磚鋪面襯里與鋼材的粘結力強，耐溫性高，結構可*。
　　
　　4結束語
　　
　　綜上所述，F(xiàn)GD鋼制設備處于高溫高濕、強酸和高磨損的惡劣腐蝕環(huán)境中，如不進行有效的防護將很快被嚴重侵蝕。目前，用于FGD裝置防護的材料主要有合金鋼、磚板襯里、膠泥襯里、整體玻璃鋼和重防腐蝕涂料等。國外20余年的時間證明，鱗片涂料(高性能涂料)的耐溫、耐磨性能和防腐性能突出，是FGD防腐的一項切實可行的對策。
　　
　　GFT系列高性能防腐蝕涂料能耐多種腐蝕介質的長期侵蝕，涂層與鋼材的粘結力強，耐磨耗性能突出；該系列產(chǎn)品的固體含量在90%以上，減少了由于溶劑揮發(fā)造成的資源浪費和環(huán)境污染。廉價云母鱗片、無溶劑化和厚涂等技術的采用，降低了防腐層的成本。高性能涂料———玻璃鋼復合結構，具備抗?jié)B、防腐、耐磨損、高強度、耐溫變等多種優(yōu)點，是應用FGD鋼制設備防護的一種經(jīng)濟又可*的新技術。