煙氣脫硫裝置的腐蝕與防護(hù)

摘要：本文簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)外高性能涂料在FGD中的應(yīng)用情況。介紹了高性能涂層—玻璃鋼結(jié)構(gòu)在FGD防腐中的應(yīng)用。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的抗?jié)B、耐磨性突出，整體性和可*性較高，成本較低。
　　
　　關(guān)鍵詞：煙氣脫硫防腐蝕涂料重防腐高性能
　　
　　1.引言
　　
　　我國(guó)是一個(gè)能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主的國(guó)家，隨著近年來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，燃煤產(chǎn)生的大氣污染日益嚴(yán)重，酸雨面積不斷擴(kuò)大。煙道氣脫硫裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)FGD)是當(dāng)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(dāng)今世界各國(guó)應(yīng)用最多且最為成熟的工藝。
　　
　　煤炭燃燒時(shí)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(qiáng)腐蝕性溶液。與此同時(shí)，含有煙塵的煙氣高速穿過(guò)設(shè)備和管道，對(duì)裝置的腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重。并且，吸收塔的入口煙氣溫度可高達(dá)180℃，而內(nèi)腔長(zhǎng)期處于45-70℃的酸、堿交替的濕熱環(huán)境之中。可見(jiàn)，濕法除塵脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行中處于強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)、濕熱和高磨損的嚴(yán)酷環(huán)境中。由于腐蝕環(huán)境惡劣，濕式脫硫系統(tǒng)對(duì)材質(zhì)的耐蝕、耐磨、耐溫要求極為嚴(yán)格。吸收塔、煙道的材質(zhì)或防護(hù)材料的選擇對(duì)裝置的使用壽命和成本影響很大，因此被認(rèn)為是煙氣脫硫裝置設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。吸收塔體可用合金鋼、玻璃鋼或碳鋼內(nèi)襯玻璃鋼、橡膠、磚板、鱗片涂料等。調(diào)查結(jié)果表明，脫硫系統(tǒng)中材料所占設(shè)備總造價(jià)的比重是相當(dāng)高的，為了不斷降低費(fèi)用，80年代起，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家一直在尋求一種造價(jià)低、耐高溫、耐腐蝕的材料。高性能涂料作為一種最為經(jīng)濟(jì)有效的防護(hù)材料，經(jīng)過(guò)二十于年在脫硫裝置的成功應(yīng)用，正引起各國(guó)脫硫工作者的關(guān)注。2.應(yīng)用于FGD裝置的防護(hù)材料濕式除塵脫硫裝置，由于存在很強(qiáng)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(xué)的、高溫、高濕和機(jī)械的長(zhǎng)期負(fù)荷，其性能有著特殊的要求。目前用于濕式FGD中的防護(hù)材料有：橡膠、合金鋼或復(fù)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(xué)穩(wěn)定性和相對(duì)低的價(jià)格，長(zhǎng)期以來(lái)被人們用于防腐場(chǎng)合。研究表明，丁基橡膠具有相對(duì)較低的滲透系數(shù)和更高的化學(xué)穩(wěn)定性，能阻止水蒸氣、氧氣和二氧化硫的擴(kuò)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(lǐng)域得到了許多應(yīng)用。
　　
　　德國(guó)等歐洲國(guó)家傾向于在吸收塔內(nèi)表面使用橡膠襯里。其中，德國(guó)陶瓷化學(xué)有限公司(KCH)將橡膠襯里應(yīng)用于FGD的內(nèi)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(lái)，應(yīng)用KCH的橡膠襯里技術(shù)，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(fù)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(qiáng)腐蝕。國(guó)外經(jīng)過(guò)多年的研究，最后確認(rèn)鎳基合金適合于在FGD中使用。目前，美國(guó)主要利用鎳基合金或碳鋼內(nèi)覆高鎳合金板的方法。與非金屬襯里的復(fù)合材料相比，鎳合金在內(nèi)應(yīng)力、抗介質(zhì)的滲透及施工質(zhì)量的保證上有優(yōu)勢(shì)，但耐蝕性不如橡膠和鱗片涂料，且價(jià)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(shè)備的內(nèi)壁以耐腐蝕膠泥襯砌耐腐蝕磚板，使腐蝕介質(zhì)與設(shè)備基體隔離，從而達(dá)到設(shè)備免遭腐蝕的防腐蝕技術(shù)。磚板襯里具有耐腐蝕性好、機(jī)械強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)耐腐蝕磚板襯里技術(shù)發(fā)展于50年代，多年來(lái)積累了豐富的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，研制開(kāi)發(fā)了一些性能優(yōu)良的耐腐蝕磚板與膠泥。目前，我國(guó)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(shè)備的主要缺點(diǎn)是襯里層厚、施工笨重、抗震性差和操作施工期長(zhǎng)。
　　
　　磚板襯里所用的粘合劑俗稱(chēng)膠泥，它由粘結(jié)劑、固化劑、耐蝕填料及添加劑等組成。目前國(guó)內(nèi)外常用的耐腐蝕膠泥有無(wú)機(jī)硅酸鹽膠泥和樹(shù)脂膠泥二大類(lèi)產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)也有在FGD直接采用無(wú)機(jī)膠泥，即俗稱(chēng)水玻璃鑄石涂料用于FGD內(nèi)襯防腐的案例，但由于無(wú)機(jī)膠泥密封性差，收縮較大，因此在施工中為了提高襯里的強(qiáng)度，一般都用龜甲網(wǎng)加固。這種襯里的設(shè)計(jì)厚度一般在3cm左右，施工繁雜，可*性較低，目前正逐漸被樹(shù)脂膠泥所替代。
　　
　　2.4玻璃鋼
　　
　　玻璃鋼是發(fā)展較早的一種復(fù)合材料，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、絕緣、耐腐蝕、保溫等性能特點(diǎn)，材料性能可設(shè)計(jì)，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(jì)70年代，尤其是乙烯基酯樹(shù)脂的誕生，進(jìn)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(shù)的問(wèn)世，使玻璃鋼在脫硫裝置中得到了實(shí)際應(yīng)用。
　　
　　與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)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(guān)的制造技術(shù)和評(píng)價(jià)方法。連云港連眾玻璃鋼集團(tuán)于1995年從美國(guó)引進(jìn)了用于生產(chǎn)大直徑玻璃鋼制品的現(xiàn)場(chǎng)纏繞機(jī)，并于1996年首次在國(guó)內(nèi)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(chēng)之為重防腐蝕涂料(HeavydutyCoating)或者長(zhǎng)效防腐蝕涂料，是指能夠在惡劣的腐蝕環(huán)境中長(zhǎng)期防腐蝕的一種涂料。目前，國(guó)內(nèi)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(shù)脂作為粘結(jié)劑所制成的一種高效防腐涂料，其結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的抗?jié)B性能。由于此類(lèi)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(jiǎn)便、使用年限長(zhǎng)、維護(hù)費(fèi)用少，因而，此項(xiàng)技術(shù)在近二十年來(lái)受到美、英、德、法、日等發(fā)達(dá)國(guó)家的普遍重視，并已開(kāi)發(fā)出多種性能良好的重防腐蝕材料，廣泛應(yīng)用于煙氣脫硫裝置，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效果。
　　
　　隨著我國(guó)大量引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，高性能防腐涂料作為FGD中的防腐內(nèi)襯技術(shù)也開(kāi)始進(jìn)入我國(guó)。近十多年來(lái)僅日本富士樹(shù)脂株式會(huì)社，就在我國(guó)承接了三十多項(xiàng)發(fā)電廠和石油化工廠的FGD的防腐內(nèi)襯的施工。此外，日本東洋株式會(huì)社的鱗片膠泥，德國(guó)BASF公司的Keraflake鱗片涂料等在大型的FGD的防腐內(nèi)襯上也有許多的應(yīng)用范例。成功應(yīng)用于FGD設(shè)備防腐的國(guó)內(nèi)高性能涂料品種主要有：中國(guó)航天科工集團(tuán)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(xué)生產(chǎn)的VEGF鱗片膠泥等。
　　
　　高性能防腐蝕涂料按所采用的樹(shù)脂可分為環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和樹(shù)脂和聚脂樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、聚氨脂樹(shù)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(diǎn)。首先，在施工方法上鱗片涂料要較橡膠襯里簡(jiǎn)單，修補(bǔ)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(shì)。鱗片涂層和橡膠襯里的耐磨性對(duì)比研究表明，在有腐蝕介質(zhì)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(yīng)用實(shí)踐表明，鱗片涂料襯里是FGD設(shè)備防護(hù)最為經(jīng)濟(jì)有效和可*的方法。
　　
　　3高性能防腐蝕涂料在FGD中的應(yīng)用GFT高性能防腐蝕涂料是中國(guó)航天科工集團(tuán)三院第三十一研究所遵循當(dāng)今國(guó)際上涂料工業(yè)發(fā)展的“四E”原則，即經(jīng)濟(jì)(Economy)、效能(Efficiecy)、生態(tài)(Ecology)、能源(Energy)的原則，運(yùn)用航天軍工高科技研制生產(chǎn)的、并且具有當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)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(qiáng)的附著力(1級(jí))，機(jī)械強(qiáng)度高(沖擊強(qiáng)度4.9J，硬度≥3H)，耐磨耗性好(1000g,500轉(zhuǎn),失重≤0.05g)，耐酸、堿、鹽、油、污水、海水、鹽霧及微生物等腐蝕介質(zhì)的長(zhǎng)期腐蝕。
　　
　　GFT以改性環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧呋喃樹(shù)脂或乙烯基酯樹(shù)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(dá)90%以上，不僅避免了施工中溶劑揮發(fā)造成的污染與浪費(fèi)，減輕了對(duì)節(jié)能環(huán)保操作人員的損害，而且能在同樣設(shè)計(jì)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(duì)于大幅度提高重防腐涂料的耐蝕性能起到了關(guān)鍵作用。此種鱗片填料來(lái)源廣泛、價(jià)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(shí)際價(jià)格與普通防腐蝕涂料相當(dāng)。
　　
　　GFT高性能防腐蝕涂料用于FGD內(nèi)襯時(shí)，防腐層結(jié)構(gòu)采用玻璃布作為增強(qiáng)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(jí)和結(jié)構(gòu)的防腐層，見(jiàn)下表1：
　　
　　表1不同等級(jí)和結(jié)構(gòu)的防腐層
　　
　　防腐蝕等級(jí)結(jié)構(gòu)厚度(mm)
　　
　　中度底涂一道/玻璃布二層/面涂二道≥2.0
　　
　　加強(qiáng)底涂一道/玻璃布三層/面涂二道≥2.5
　　
　　由于玻璃鋼在力學(xué)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(fù)合組成的結(jié)構(gòu)，既發(fā)揮了鱗片涂料抗?jié)B防腐耐磨性能好的優(yōu)點(diǎn)，也保留了玻璃鋼整體性好、強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了鱗片涂料這方面的不足。這種獨(dú)特的屏蔽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)具有下列特點(diǎn)：
　　
　　(1)極優(yōu)良的耐腐蝕介質(zhì)的滲透性；
　　
　　(2)優(yōu)良的耐磨損性；
　　
　　(3)固化時(shí)收縮率小，熱膨脹系數(shù)小；
　　
　　(4)襯里與基體的粘結(jié)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(bǔ)容易。
　　
　　鱗片樹(shù)脂涂料——玻璃鋼襯里結(jié)構(gòu)大大提高了防護(hù)層的抗?jié)B性、耐磨性、耐溫變性，增強(qiáng)了整體性和粘結(jié)力，為解決濕法燃煤煙氣脫硫設(shè)備的防腐問(wèn)題提供了一條簡(jiǎn)便而易推廣的新途徑。此技術(shù)已在全國(guó)二百余家除塵脫硫設(shè)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(nèi)襯玻璃鋼，用作煙道脫硫裝置的防腐層，而且可以作為粘結(jié)劑，用于FGD中鋪面瓷磚的粘結(jié)。由此獲得的瓷磚鋪面襯里與鋼材的粘結(jié)力強(qiáng)，耐溫性高，結(jié)構(gòu)可*。
　　
　　4結(jié)束語(yǔ)
　　
　　綜上所述，F(xiàn)GD鋼制設(shè)備處于高溫高濕、強(qiáng)酸和高磨損的惡劣腐蝕環(huán)境中，如不進(jìn)行有效的防護(hù)將很快被嚴(yán)重侵蝕。目前，用于FGD裝置防護(hù)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(guó)外20余年的時(shí)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(xiàng)切實(shí)可行的對(duì)策。
　　
　　GFT系列高性能防腐蝕涂料能耐多種腐蝕介質(zhì)的長(zhǎng)期侵蝕，涂層與鋼材的粘結(jié)力強(qiáng)，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(fèi)和環(huán)境污染。廉價(jià)云母鱗片、無(wú)溶劑化和厚涂等技術(shù)的采用，降低了防腐層的成本。高性能涂料———玻璃鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)，具備抗?jié)B、防腐、耐磨損、高強(qiáng)度、耐溫變等多種優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用FGD鋼制設(shè)備防護(hù)的一種經(jīng)濟(jì)又可*的新技術(shù)。