郭佳明 趙偉偉 潘新民

（1.內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏海 016000；2.上海龍明建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200000）

0 引言

盡管在“雙碳”背景下，國家提倡綠色能源的方式以降低煤炭的消耗量，但不可否認(rèn)的是，煤炭仍然是我國當(dāng)下最主要的發(fā)電廠使用能源且消耗量巨大[1]。經(jīng)過燃燒后，煤炭不可避免地會(huì)釋放大量粉塵、氮化物、硫化物等有害氣體，給大氣環(huán)境造成沉重的負(fù)擔(dān)，也給大氣環(huán)境治理帶來極大挑戰(zhàn)[2]。通過超低排放干法脫硫系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)置，可以有效提高火電機(jī)組煙氣脫硫、脫硝、除塵的效率，但超低排放干法脫硫系統(tǒng)設(shè)備在使用過程中不可避免地會(huì)受到腐蝕作用和脫硫劑等材料的摩擦作用，導(dǎo)致吸收塔的腐蝕和損壞，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來威脅。因此，研究半干法脫硫工藝吸收塔防磨防腐技術(shù)具有十分重要的意義。

1 工程背景

內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司2×330MW機(jī)組采用的是東方鍋爐（集團(tuán)）有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的DG1177/17.4-Ⅱ1 型CFB 鍋爐，超低排放系統(tǒng)采用龍凈自主研發(fā)的專門用于火電機(jī)組煙氣脫硫、脫硝、除塵的新型DSC-M 煙氣干式超凈+技術(shù)。該技術(shù)通過循環(huán)流化床雙段式吸收塔和超凈布袋除塵器的有機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)脫硫、脫硝、除塵及多污染物協(xié)同治理，而且沒有廢水產(chǎn)生。在2016 年2 號鍋爐脫硫除塵系統(tǒng)的超低排放改造工程中，裝置建設(shè)完成后一次性投運(yùn)成功，SO2 排放濃度＜35mg/Nm3，NOx排放濃度＜50/Nm3，煙塵＜5mg/Nm3，實(shí)現(xiàn)了超低排放指標(biāo)。#2 鍋爐脫硫除塵系統(tǒng)的吸收塔主體材質(zhì)為Q235B，整體高度69.7m，各組件部分參數(shù)為入口立段6380mm×12mm，文丘里6380mm×6mm.，錐體6380mm/10800mm×10mm，直管段10800mm×16mm，出口9600mm×8mm。

自投運(yùn)以來，由于運(yùn)營主體在超低排放干法脫硫系統(tǒng)設(shè)備防腐方面經(jīng)驗(yàn)不足，為降低運(yùn)行成本，投運(yùn)初期系統(tǒng)將電石渣作為脫硫劑，對#2 爐超低排放吸收塔本體腐蝕、運(yùn)行情況判斷不準(zhǔn)確，未準(zhǔn)確對其進(jìn)行劣化分析，沒有及時(shí)對其進(jìn)行防腐處理及參數(shù)調(diào)整，因此導(dǎo)致其吸收塔內(nèi)壁大面積腐蝕超標(biāo)，甚至出現(xiàn)吸收塔內(nèi)壁被腐穿現(xiàn)象。2020年12 月起，由于電石渣廢料活性較低，導(dǎo)致其用量較大，同時(shí)因其內(nèi)部雜質(zhì)較多，導(dǎo)致吸收塔內(nèi)部磨損嚴(yán)重，因此#2 機(jī)組已出現(xiàn)吸收塔漏風(fēng)現(xiàn)象。2021 年，#2 爐吸收塔因凝結(jié)酸液濃度高，吸收塔內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重，頻繁泄漏（泄漏最大孔洞面積約為1.3m2），制約機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此在2021 年持續(xù)對#2 爐吸收塔出口部位漏點(diǎn)進(jìn)行貼板補(bǔ)焊（板厚10mm，后期制作防磨后使用5mm 鋼板），并在檢修期間對吸收塔出口段制作耐磨膠泥和耐磨陶瓷保護(hù)層，極大地改善了吸收塔漏風(fēng)狀況。在檢修期間對#2 爐吸收塔斜段進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)錐形段腐蝕嚴(yán)重，測量壁厚最薄處僅剩余4.5mm（原厚度10mm）。同時(shí)檢查了吸收塔文丘里管上部，發(fā)現(xiàn)有大量脫落氧化皮附著在上面，吸收塔磨損及腐蝕問題亟需處理。檢修期間#2 爐吸收塔本體內(nèi)壁腐蝕及破損情況如圖1 和圖2 所示。

圖1 檢修期間#2 爐吸收塔本體內(nèi)壁腐蝕情況

圖2 檢修期間#2 爐吸收塔本體內(nèi)壁破損情況

2 半干法脫硫工藝吸收塔防磨防腐技術(shù)研究

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備的防磨經(jīng)驗(yàn)，該文提出4 個(gè)檢修方案，分別是對吸收塔磨損區(qū)域進(jìn)行防磨噴涂（方案一）、在吸收塔內(nèi)部敷設(shè)耐磨膠泥（方案二）、在吸收塔內(nèi)部敷設(shè)耐磨陶瓷片（方案三）、在吸收塔內(nèi)部敷設(shè)耐磨陶瓷片（方案四），對各方案的具體工藝分析如下。

方案一：對吸收塔磨損區(qū)域進(jìn)行防磨噴涂。

對吸收塔內(nèi)表面進(jìn)行噴砂打磨后，使用鎳基合金進(jìn)行噴涂。由于鎳和鎳的合金擁有良好的耐蝕性、耐氧化性，對鹽水的耐蝕性和在中性或堿性鹽類溶液中的耐蝕性都很強(qiáng)，對非強(qiáng)氧化性酸的耐蝕性也較好，因此被廣泛使用在各類要求耐磨、耐腐蝕的工具和設(shè)備，廠內(nèi)鍋爐噴涂即使用蒙乃爾合金[3]。同時(shí)噴涂涂層較薄，自身質(zhì)量較輕，噴涂完成后對整體鋼結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)較輕，其所需的人工及工序較少，可減少施工周期。耐磨噴涂缺點(diǎn)在于使用時(shí)間短，以爐內(nèi)施工經(jīng)驗(yàn)判斷，有效壽命為一年左右且施工時(shí)需要注意做好防火措施。耐磨噴涂費(fèi)用1280 元/m2，預(yù)計(jì)噴涂材料費(fèi)用為230.4 萬元（不包括腳手架）。

方案二：在吸收塔內(nèi)部敷設(shè)耐磨膠泥（耐磨涂料）。

在吸收塔內(nèi)部焊接銷釘及龜甲網(wǎng)，在龜甲網(wǎng)外側(cè)敷設(shè)15mm 耐磨膠泥。此方案優(yōu)點(diǎn)在于耐磨涂層使用壽命長，一般有效期為3～4 年，可根據(jù)工況環(huán)境對涂料組分進(jìn)行調(diào)整，對工況的適應(yīng)性較好，自身硬度較高，抗壓強(qiáng)度在100℃下可達(dá)到65MPa[4-5]。但耐磨膠泥存在施工周期長、施工量較大且需要高溫烘烤穩(wěn)定的缺點(diǎn)，密度2.2t/m3，施工后吸收塔整體質(zhì)量增加較多，同時(shí)一旦出現(xiàn)脫落可能造成吸收塔文丘里管道堵塞和排灰機(jī)卡澀現(xiàn)象，進(jìn)而影響系統(tǒng)運(yùn)行。耐磨膠泥費(fèi)用1800 元/m2，預(yù)計(jì)需要費(fèi)用324 萬元（不包括腳手架）。

方案三：在吸收塔內(nèi)部敷設(shè)耐磨陶瓷片。

將吸收塔內(nèi)部腐蝕表面打磨清理，然后使用耐磨陶瓷黏貼膠涂抹表面，并黏貼陶瓷片。耐磨陶瓷片優(yōu)勢在于硬度大，其洛氏硬度為HRA80～90，硬度僅次于金剛石，耐磨性相當(dāng)于錳鋼的266 倍，同時(shí)質(zhì)量較輕。但其施工工藝存在一定缺陷，黏貼膠的韌性、耐老化性、耐腐蝕性不足，不能應(yīng)對溫度和酸堿度波動(dòng)較大的工況。同時(shí)需要對不同位置需要調(diào)整并控制好黏貼膠凝固速度，否則將造成材料的浪費(fèi)及工期的延遲[6]。耐磨陶瓷的使用壽命約為2～3 年，施工費(fèi)用900 元/m2，預(yù)計(jì)整體需要162 萬元（不包括腳手架）。

方案四：防腐涂料（SN20 高溫重腐蝕防腐劑）。

在吸收塔文丘里錐形段向上的直段，利用噴砂的方式將表面氧化層清理干凈，再使用SN20 高溫重腐蝕防腐劑進(jìn)行噴涂作業(yè)。SN20 高溫重腐蝕防腐劑能在酸及弱堿工況下長時(shí)間保持完整，施工速度較快，也能保證足夠的防腐蝕作用[7-8]。預(yù)計(jì)整體需要119.8 萬元（不包括腳手架）。

根據(jù)施工相關(guān)的工序、材料性能和價(jià)格因素，第一方案質(zhì)保周期短，需要重復(fù)進(jìn)行滿膛腳手架搭設(shè)作業(yè)，危險(xiǎn)性和維護(hù)工程量較大；第二種方案過多使用將造成吸收塔整體質(zhì)量增加，吸收塔下沉，影響吸收塔運(yùn)行和腳手架搭拆安全；第三、第四種方案均可在較長時(shí)間內(nèi)保證吸收塔性能，但從工期及費(fèi)用上考慮，第四種方案較迅速，因此選擇使用第四種方案進(jìn)行吸收塔本體的防磨防腐處理。

3 半干法脫硫工藝吸收塔防磨防腐技術(shù)的應(yīng)用效果

半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前和處理后的摩擦系數(shù)對比如圖3 和表1 所示。從圖3 可以看出，半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前后的摩擦系數(shù)曲線變化規(guī)律基本一致，吸收塔本體的摩擦系數(shù)均在摩擦初期呈近線形增加，隨后進(jìn)入非線形增加階段，但增加幅度仍較快。在摩擦后期，吸收塔本體的膜材系數(shù)進(jìn)入波動(dòng)穩(wěn)定階段，摩擦系數(shù)呈現(xiàn)劇烈波動(dòng)，但其波動(dòng)范圍變化較小，表現(xiàn)為相對穩(wěn)定。從圖3 還可以看出，采用SN20高溫重腐蝕防腐劑處理后，半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理后的摩擦系數(shù)明顯比處理前的低，波動(dòng)穩(wěn)定階段，防磨防腐處理前的摩擦系數(shù)平均值為0.64，防磨防腐處理后的摩擦系數(shù)平均值為0.45。由此表明，采用SN20高溫重腐蝕防腐劑處理有效增加了潤滑作用，降低了電石渣廢料對半干法脫硫工藝吸收塔本體的摩蝕。

圖3 半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前和處理后的摩擦系數(shù)曲線

表1 半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前和處理后的摩擦系數(shù)對比

半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前、處理后的磨痕表面形貌如圖4 和圖5 所示。對比圖4 和圖5 可以發(fā)現(xiàn)，未采取防磨和防腐處理時(shí)，吸收塔本體表面的磨痕粗糙，磨痕寬度和深度較大，磨痕寬度在顯微鏡下達(dá)到1787.45μm。而采取防磨和防腐處理后，涂層起到了良好的潤滑作用，吸收塔本體涂層表面的磨痕相對平滑，磨痕寬度和深度較小，磨痕寬度在顯微鏡下達(dá)到1347.68μm。

圖4 半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前的磨痕表面形貌

圖5 半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理后的磨痕表面形貌

4 結(jié)論

該文以內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司2×330MW 機(jī)組#2 爐超低排放吸收塔為研究對象，在研究半干法脫硫工藝吸收塔本體的腐蝕和磨損現(xiàn)狀后，分析了吸收塔磨損區(qū)域進(jìn)行防磨噴涂（方案一）、在吸收塔內(nèi)部敷設(shè)耐磨膠泥（方案二）、在吸收塔內(nèi)部敷設(shè)耐磨陶瓷片（方案三）、在吸收塔內(nèi)部敷設(shè)耐磨陶瓷片（方案四）4 種防磨防腐工藝，采取方案四進(jìn)行防磨防腐處理，并研究處理后的摩擦系數(shù)、摩擦形貌變化過程，得出以下結(jié)論：1）綜合研究4 種技術(shù)方案，第一方案質(zhì)保周期短，需要重復(fù)進(jìn)行滿膛腳手架搭設(shè)作業(yè)，危險(xiǎn)性和維護(hù)工程量較大；第二種方案過多使用將造成吸收塔整體質(zhì)量增加，吸收塔下沉，影響吸收塔運(yùn)行和腳手架搭拆安全；第三、第四種方案均可在較長時(shí)間內(nèi)保證吸收塔性能，但從工期及費(fèi)用上考慮，第四種方案較迅速，因此選擇使用第四種方案進(jìn)行吸收塔本體的防磨防腐處理。2）半干法脫硫工藝吸收塔本體防磨防腐處理前波動(dòng)穩(wěn)定階段的摩擦系數(shù)平均值為0.64，而防磨防腐處理后的摩擦系數(shù)平均值為0.45，由此表明采用SN20 高溫重腐蝕防腐劑處理有效增加了潤滑作用，降低了電石渣廢料對半干法脫硫工藝吸收塔本體的摩蝕。3）未采取防磨和防腐處理時(shí)，吸收塔本體表面的磨痕粗糙，磨痕寬度和深度較大，磨痕寬度在顯微鏡下達(dá)到1787.45μm。而采取防磨和防腐處理后，涂層起到了良好的潤滑作用，吸收塔本體涂層表面的磨痕相對平滑，磨痕寬度和深度較小，磨痕寬度在顯微鏡下達(dá)到1347.68μm。