摘 要：本文介绍了湿法脱硫烟气系统的腐蚀环境，调研了全国七大区域的31家不同燃煤电厂湿法脱硫系统中多种重要设备及其零部件的材料性能、使用经验和腐蚀失效情况。探讨了不锈钢材料在湿法脱硫系统中的应用前景：不锈钢性价比高，在烟气换热器、吸收塔塔体及其内件、烟囱等设备上有良好的应用前景，但需要科学选材。

   关键字：湿法脱硫；不锈钢；腐蚀

   1 概述

   石灰石-石膏法烟气脱硫是目前燃煤电厂主流的脱硫工艺，烟气设备材料的腐蚀一直是电厂面临的重要问题。脱硫系统中，烟气冷凝液和吸收浆液具有很强的腐蚀性，已经在电厂使用的抗腐蚀的金属材料有不锈钢316L、2205、1.4529、254SMo，镍基合金C276，钛合金等。为了深入了解这些材料的应用情况，需要对脱硫系统中的重要设备及其部件所用材料性能及其应用情况进行调查研究，为电力行业材料选用提供指导意见。

   共调研了分布在全国华东、华南、华中、华北、东北、西北、西南等7大区域的31家电厂和15家电力设计研究院、电力设备制造单位及电力集团分公司。调研对象主要为脱硫系统的烟气换热器、吸收塔、浆液循环泵、搅拌器、净烟道及烟囱等多种重要设备及其零部件。

   所有电厂所涉及到的机组共110台，按照1000MW，600MW，300MW和300MW以下的装机容量划分，1000MW的机组共9台，600MW的机组共41台，300MW的机组共55台，300MW以下的机组共5台，如图1所示。

图1 机组的装机容量及比例

   2. 湿法脱硫烟气腐蚀环境分析

   烟气经过锅炉出口时，烟气温度一般小于150℃。当烟气中的SO3的体积分数为0.5‰时，烟气的露点温度可提高到150℃，造成烟气脱硫系统设备腐蚀的主要因素是烟气中的硫氧化物、氯化氢及烟气温度，而当烟气的温度低于烟气露点温度时，烟气中的水蒸气和SO3会结合成硫酸，硫酸蒸汽会在金属表面冷凝并逐渐浓缩，严重地腐蚀受热面，对金属壁产生低温腐蚀。在湿法脱硫烟气系统中，低温腐蚀是较为严重的一种腐蚀类型，通常发生在烟气加热器和烟囱等尾部设备中。

   烟气经过吸收塔后，二氧化硫的含量大大减少，但石灰石-石膏湿法脱硫对SO3脱除的效果并不好，因此，烟气中仍然残留近10%的SO2和SO3。通过吸收塔后的烟气称为湿烟气或者净烟气，湿烟气的相对湿度为饱和状态，烟气温度只有50℃左右，远低于硫酸和亚硫酸的露点温度，属于液态腐蚀介质。

   3. 不锈钢在脱硫设备中的应用调研

   3.1 烟气换热器

   31家电厂中使用烟气换热器的共有24家，烟气换热器主要有两种形式：一种为回转式烟气换热器（GGH），共有4家，其中安徽3电厂因堵塞问题拆除，该换热器是一种传统的烟气换热装置，一般会出现堵塞和全面腐蚀问题，换热元件材料主要为碳钢搪瓷和Corten钢等，寿命一般在3年左右；另一种为管式的烟气换热器，包括吸收塔前的烟气冷却器/低温省煤器和吸收塔后的烟气加热器（MGGH）。烟气换热器的应用情况如图2所示。

   管式换热器在各电厂的应用存在差异，部分电厂加装烟气冷却器和烟气加热器，而部分电厂仅有烟气冷却器，有的电厂烟气冷却器是安置在除尘器前，也有的电厂是在除尘器之后。另外，陕西2电厂采用的是一种特殊的管式换热器，材料使用的是氟塑料，和回转式的烟气换热器一样，为气-气换热模式。

   采用管式换热器的电厂共有21家，加装有烟冷器的20家，其中山东1电厂因为堵塞腐蚀问题拆除，有烟热器的10家。

   （1）烟冷器

   烟冷器的换热管常用的材料为ND钢或20钢，少数厂家也是用了Corten钢和316L。上海1电厂，上海5电厂，重庆1电厂烟冷器出现磨损，上海2电厂出现腐蚀，上海3电厂烟冷器ND钢出现腐蚀，上海5电厂最后一排换热管出现点蚀，上海6电厂烟冷器出现轻微腐蚀，陕西1电厂316L钢架腐蚀严重，穿孔腐蚀和应力腐蚀均有，安徽4电厂低温省煤器ND钢腐蚀泄漏。烟冷器的结垢堵塞问题也较为常见，通常配有蒸汽吹灰装置，少量电厂使用超声波吹灰装置。

   部分电厂在消除白色烟雾过程中，为了节能，在吸收塔后先将烟气冷却冷凝，然后再加热。一些烟气冷却冷凝器换热管采用了钛管，由于投运时间较短，尚未发现腐蚀问题。

   （2）烟热器

   10家电厂安装有烟气加热器，换热管常见的材料为2205、316L、ND钢，个别电厂使用了超级奥氏体不锈钢254SMo、氟塑料管烟气换热器。ND钢的腐蚀比较严重，寿命短则几个月，长则3-4年，应用情况较差；316L管有点蚀的情况出现；2205尚未发现腐蚀的情况。上海3电厂烟热器烟道壁和316L支架出现点蚀。

图2 烟气换热器的使用数量

   3.2 吸收塔

   31家湿法脱硫电厂中，29家使用石灰石；1家使用电石渣（主要成分为Ca(OH)2）；1家为海水脱硫，吸收塔是混凝土填料塔，混凝土塔体内衬玻璃鳞片。用电石渣脱硫的电厂有9台660MW机组，塔体内衬均采用1.4529 + C276，2015年投运至今未发现腐蚀。其余电厂塔体都采用普通碳钢内衬防腐层。25家电厂内衬为玻璃鳞片，5家内衬为橡胶。碳钢内衬防腐层的吸收塔每年都要修补，年修补费用约10-20万/塔。不少吸收塔由于防腐内衬未能及时修补，导致了塔壁腐蚀穿孔，浆液喷漏。江苏某电厂采用双塔双循环吸收系统，主塔是碳钢加衬胶，辅塔（塔外浆池）塔体采用了2205双相不锈钢，由于开始没有双相不锈钢焊接经验，焊缝腐蚀严重，其余部位无腐蚀，后在腐蚀焊缝处通过焊接补贴一块2205钢板，解决了焊缝腐蚀泄漏问题，新焊缝未发现腐蚀。

   不同电厂吸收塔设计差异较大。许多电厂使用托盘来增强浆液和烟气之间的均匀接触，也有电厂为了增加脱硫效率，在超净排放改造时，变成了双塔双循环的双回路系统。多数电厂吸收塔内部部件（托盘，滤网，壁环，氧化风管等）使用了不锈钢材料，塔内件使用最多的不锈钢是双相不锈钢2205和超级奥氏体不锈钢1.4529（含6%的钼），个别电厂使用了双相不锈钢2507。在提供了氧化风管材料的13家电厂中，一家既有2205也有 1.4529，其余7家电厂使用了2205，5家电厂使用了1.4529。大多数电厂反映所用不锈钢表现良好，没有发现腐蚀。调研发现两起2205不锈钢失效问题：2205不锈钢氧化风管焊缝处断裂和2205托盘腐蚀，均为现场焊接不当导致，母材本身没腐蚀问题。个别电厂用镍基合金C276合金作为1.4529滤网的固定板。

   在吸收塔进口处有石膏浆液沉积物，电厂会定期清理，31家电厂中，17家在吸收塔进口处采用/局部采用C276镍基合金，2家电厂反映在沉积物的分界面处有局部腐蚀；3家采用/局部采用1.4529，1家发现有点蚀，1家采用进口2205不锈钢，反映在干湿交界面处有腐蚀；其余电厂均采用碳钢或者316L不锈钢衬高温玻璃鳞片防腐。

   3.3 浆液循环泵

   浆液循环泵在FGD系统中将石灰浆液输送到吸收塔，设备庞大，是脱硫系统中非常重要的设备。由于浆液的固体含量很高，会对叶轮、泵体及其部件造成严重的冲蚀和磨损，许多循环泵厂家在泵壳和叶轮材料上采取了许多措施。

   浆液循环泵主要有国产设备和进口设备两大类。国产设备使用最多的为襄樊525，共有18家电厂使用，泵壳采用2605N双相不锈钢，有磨损，叶轮采用Cr30合金，使用寿命约2-5年。8家单位使用了石家庄泵业厂的循环泵，泵壳和叶轮的材料都是高Cr合金A49，使用寿命约2-4年。电厂往往会每一年到两年采用陶瓷修复的方法对浆液循环泵进行修补，以延长其使用寿命。进口的浆液循环泵主要有德国的沃曼，凯士比和奥地利的安德里茨，其中，沃曼有5家使用，泵壳衬胶，运行情况较好，叶轮为A90合金，寿命约2-3年；凯士比泵2家使用，叶轮材料为AL6XN，有磨损；安德里茨有2家使用，叶轮有磨损，定期更换。

   调研发现，除了大型的浆液循环泵之外，在浆液系统中，有许多小型的泵，磨损更严重，有电厂反映小泵短则几个月就需要更换。

   3.4 搅拌器

   搅拌器是吸收塔内比较重要的部件之一，搅拌器叶轮的磨损情况也备受关注。在31家电厂中，有5家电厂没有使用浆液搅拌器，采用了浆液脉冲悬浮泵搅动浆液。16家电厂浆液搅拌器叶片材料为1.4529，叶片有磨损，寿命约为3-5年。部分电厂使用双相不锈钢2205和2507材料作为搅拌器的叶轮，同样有磨损，寿命约3-5年。安徽6电厂采用316L搅拌器叶轮，使用效果差，维护周期短。上海6电厂采用双相不锈钢喷陶瓷的方法，已使用了4-5年，尚未更换，使用效果较好。

   3.5 烟囱和净烟道

   烟囱是烟气脱硫系统的主要组成部分，通常由钢筋混凝土外壳和一个或多个内衬组成。根据排烟温度可将烟囱分为干烟囱，半干烟囱和湿烟囱，这主要是由电厂的湿法脱硫工艺决定。半干烟囱是指净烟气经加热到一定温度后排放，仅在烟囱出口附近有少量结露，除了极端天气外，其余部分绝大部分时间是干的。由于饱和湿烟气加热到全干烟气排放需要很多能量，故现在基本都是半干烟囱和湿烟囱。湿烟囱腐蚀性强，腐蚀会造成烟囱倒塌，形成特大事故。因此，湿烟囱的防腐蚀要求特别高。还有一种特殊的烟塔合一烟囱，本文中有2家采用。不同类型的烟囱对应的材料和防腐手段都不同。

   调研发现，绝大多数净烟道是碳钢衬玻璃鳞片，通常会发生局部腐蚀，需要定期修补。安徽3电厂采用玻璃钢涂玻璃鳞片，安徽6电厂和天津1电厂2个烟塔合一的净烟道采用玻璃钢（FRP）材料。山东1电厂的净烟道是复合钛板材料，在烟道局部焊缝处发现有腐蚀。

   31家电厂中有11家采用钛复合板的烟囱内衬，钛复合板是由普通碳钢板和钛板经爆炸复合形成的一种复合钢板。广东2电厂钛复合板烟囱在焊缝处有十几处轻微腐蚀。调研中没有发现使用不锈钢和镍合金作为烟囱内衬的案例，根据不锈钢在烟热器上的使用效果和性价比，不锈钢在烟囱上应该有良好的应用前景。

   6家电厂烟囱采用玻璃砖内衬，由于玻璃砖质量参差不齐，部分国产的玻璃砖质量较差，使用过程中烟囱有腐蚀泄漏的情况，进口的玻璃砖如宾高德，暂时没有发现问题。安徽5电厂采用玻璃钢烟囱，没发现腐蚀问题。

   除了上述材料之外，其他电厂还采用一些有机防腐涂料对烟囱进行防腐，使用效果尚可。

   4 结论和展望

      湿法烟气脱硫是燃煤电厂使用最多的脱硫工艺，在湿法脱硫中又以石灰石-石膏法为主，部分沿海电厂使用海水脱硫。湿法脱硫设备的露点腐蚀和吸收浆液引起的腐蚀、磨蚀一直是需要解决的技术难题，选用合适的材料是解决这一问题的关键。通过调研分析，得出主要结论如下：

   （1）烟气换热器

    不锈钢管在烟气换热器上有良好的应用前景，但要注意合理选材，焊接时要有恰当的焊接工艺和参数，不锈钢换热管以光管为宜。

    烟冷器换热管使用最多的材料是ND钢，有些电厂用了Corten钢和20钢，很少使用不锈钢材料，因此，性价比高的不锈钢材料在该领域巨大的推广空间。烟气加热器中使用较多的不锈钢是316L，其次是双相不锈钢2205，少数电厂烟热器使用了超级奥氏体不锈钢，烟气冷却冷凝器采用钛管较多。但不锈钢牌号相对固定，寻找更好的不锈钢材料仍是我们需要重要的研究内容之一。

   （2）吸收塔

    不锈钢在吸收塔入口和各零部件中的表现良好，除了少数焊缝外，没有发现腐蚀，得到了普遍认可。但是，在吸收塔塔体内衬的应用极少，虽然使用效果很好，由于成本高，并没有被广大用户选择。

   （3）浆液循环与喷淋装置

    浆液循环泵的磨损和汽蚀是比较常见的问题，浆液循环泵叶轮和搅拌器叶轮的磨损尤为严重。不管是国产设备还是进口设备，叶轮的寿命都很短。除了大型的浆液循环泵之外，在浆液系统中，许多小泵磨损更严重，有电厂小泵短则几个月就需要更换。提高不锈钢材料的耐磨性能对浆液设备的寿命至关重要。

   （4）烟囱和净烟道

    调研中没有发现使用不锈钢或者镍合金作为烟囱内衬的案例，根据不锈钢在烟热器上的使用效果和性价比，不锈钢在烟囱上有良好的应用前景。

    总之，不锈钢具有良好的技术经济性能，在脱硫系统设备上应用前景良好，应大力推广不锈钢在烟气换热器、吸收塔塔体、烟囱等设备上的应用。

    脱硫系统工况比较复杂，不同的煤种、地域、脱硫工艺，甚至不同的时段等都对应不同的工况。目前电厂脱硫系统中不锈钢在选材问题上缺乏系统深入的研究，没有统一的选材标准和方法，随意性大，由此引发的问题不少。建议进一步加强企业间的联系，加强产学研合作，积极推进不锈钢在选材上的研究，进而形成脱硫系统中不锈钢在不同工况下的科学选材系统和标准评价方法。