信息詳細內容摘要：本文簡要分析了濕法脫硫系統中的常見問題，如腐蝕磨損、結垢堵塞、凈煙氣煙溫低等問題，分析原因并提出初步解決方法。
關鍵詞 濕法脫硫 腐蝕 結垢 堵塞
煙氣脫硫又根據脫硫劑以及脫硫產物的干濕狀態分為濕法、半干法、干法。其中，濕法脫硫技術因其較高的脫硫效率而被廣泛采用。據統計，濕法脫硫工藝占已安裝FGD機組總容量的85%以上。但濕法脫硫技術在運行過程中也出現了不少問題，下面就幾個主要問題的出現機理及解決的措施簡單闡述一下。
1、腐蝕、磨損問題
1.1 腐蝕機理
鍋爐煙氣脫硫除塵設備的腐蝕原因可歸納為四類：化學腐蝕、電化學腐蝕、結晶腐蝕、磨損腐蝕。化學腐蝕是煙氣中的腐蝕性介質在一定溫度下與鋼鐵發生化學反應，生成可溶性鐵鹽，使金屬設備逐漸破壞。SO2和HCl參與的部分反應方程式如下：
Fe + SO2 + H2O → FeSO3 + H2
Fe + SO2 + O2 → FeSO4
2HCl + Fe → FeCl2 + H2
濕法煙氣脫硫金屬表面有水及電解質，其表面形成原電池而產生電流，使金屬逐漸銹蝕，特別在焊縫接點處更易發生，此即電化學腐蝕。電化學方程式如下：
Fe → Fe2+ + 2e
Fe2+ + 8FeO·OH + 2e → 3Fe3O4 + 4H2O
濕法煙氣脫硫會產生結晶腐蝕。用堿性液體吸收SO2后生成可溶性硫酸鹽或亞硫酸鹽，液相則滲入表面防腐層的毛細孔內，若鍋爐不用時，在自然干燥下生成結晶型鹽，同時體積膨脹，使防腐材料自身產生內應力，而使其脫皮、粉化、疏松或裂縫損壞。特別在干濕交替作用下，帶結晶水的鹽類體積可增加幾倍或十幾倍，腐蝕更加嚴重。因此，閑置脫硫設備比常運行的更易腐蝕。
煙氣脫硫中同時會產生磨損腐蝕，一是煙氣中固體顆粒（如灰塵）與設備表面湍動摩擦，不斷更新表面，加速腐蝕過程，使其逐漸變薄；還有就是吸收劑中的雜質也嚴重影響設備的磨損。圖1即為吸收塔中某噴嘴被磨損。
圖1 吸收塔被磨損的噴嘴
1.2 環境腐蝕因素及影響
① 環境溫度作用
環境溫度影響是各種煙氣脫硫裝置共同存在的問題，但又各不相同。半干法環境溫度最高，在80～100°C之間，濕法溫度在45～80°C之間。
溫度對脫硫裝置襯里的影響主要有4方面：
● 溫度不同，材料選擇不同，材料選擇要依據系統溫度進行；
● 襯里材料與設備基體在溫度作用下產生不同步線膨脹，溫度越高，設備越大，其負作用越大。煙氣脫硫設備正好具有此特點。此結果導致二者粘接界面產生熱應力，影響襯里壽命；
● 溫度使材料的物理化學性能下降，從而降低襯里材料的耐磨性及抗應力破壞能力，亦可加速有機材料的老化過程，這對橡膠影響尤其嚴重；
● 在溫度作用下，襯里內施工形成缺陷如氣泡、微裂紋、界面孔隙等受熱應力作用為介質滲透提供條件。
② 固體物料作用
在各種煙氣脫硫工藝中，濕法脫硫固體物料的影響最為突出。在循環漿液中，除煙氣所帶的煙塵外，還有大量堿性吸收劑及反應生成物。這些固體物料以漿液態自塔頂噴出自由落下，在吸收SO2的過程的同時，沖刷襯里表面，特別是當襯里表面凹凸不平時，會使凸起區的磨損更為嚴重。圖2所示即為吸收塔預冷段防腐材料的磨損。因此在腐蝕設計必須考慮磨蝕余量及選擇抗磨蝕材料。
圖2 預冷段防腐沖刷脫落
③ 設備基體結構
煙氣脫硫設備多為大型平板焊接結構，為保證內襯防腐蝕質量，要求設計及現場制作安裝時，必須保證如下基本件：
● 設備應具有足夠的剛性，任何結構變形，均會導致襯里破壞；
● 內焊縫必須滿焊，焊瘤高度不應大于2 mm，不得錯位對焊，且焊縫應光滑平整無缺陷；
● 內支撐條件及框架忌用角鋼、槽鋼、工字鋼，應以方鋼或圓鋼為主；
● 外接管應以法蘭連接，禁止直接焊接，且法蘭接頭應確保襯里施工操作方便。
1.3 煙氣脫硫裝置的防腐蝕技術
煙氣脫硫裝置系統復雜，需防腐的區域面積大，運行周期長，維修困難，防腐蝕失效后腐蝕速度快。脫硫裝置的防腐蝕必須可靠、穩妥。經國際防腐界多年實踐及試驗考核，從科學性、適用性、經濟性綜合比較，玻璃鱗片樹脂內襯技術（簡稱鱗片襯里）和橡膠襯里是煙氣脫硫裝置可行且有效的內襯防腐蝕技術。當然，它們在應用過程中和使用效果上有一定差異。在實際工程中，脫硫塔內襯、凈煙道內襯一般使用鱗片襯里，用于輸送漿液的管道對耐磨性能要求較高，一般選用襯膠或襯塑。
① 鱗片襯里、橡膠襯里的抗滲透性
鱗片襯里是目前煙氣脫硫裝置內襯防腐蝕的首選技術。脫硫過程中形成的SO32-、SO42-有很強的化學活性和滲透能力，因此，防腐層必須具備優良的耐化學腐蝕性和高抗滲性。選擇合理的耐蝕材料是防腐蝕的基礎，而防腐蝕結構的不同決定了抗滲透性能的高低和防腐蝕的效果。鱗片襯里因其玻璃鱗片的多層平行排列，使介質攻擊時無法垂直滲透而呈迷宮型途徑，故具有優異的抗滲性能。脫硫裝置中的冷襯橡膠層本體非常致密，介質很難滲入，但膠板粘接縫為薄弱環節，失效往往由此開始。
② 鱗片襯里、橡膠襯里的抗應力腐蝕能力
襯層成型殘余應力和工況環境形成的熱應力是導致襯層物理失效（如起層、開裂等）的主要原因。鱗片襯里由于玻璃鱗片在樹脂中的非連續分布，使應力無法同向傳遞或疊加，相鄰鱗片間的襯層應力相互抵消，甚至會因分散狀鱗片的位移做功將應力松馳，因此，鱗片襯里具有理想的抗應力腐蝕失效能力。
橡膠襯里具有良好的彈性和應變性能，松馳應力的能力很強，但橡膠對熱老化敏感，在熱環境中易因熱老化變硬使彈性降低，應變性能變差，使抗應力腐蝕性能下降。
③ 鱗片襯里、橡膠襯里的耐磨損能力
循環漿液中大量固體物料的存在，要求防腐層具備良好的耐磨損性。鱗片襯里的耐磨性很強，它的耐磨性能來自近似平行排列的鱗片填料，在裝置的某些磨損嚴重位置，如煙道拐彎處，常常增加一層樹脂砂漿耐磨層，以提高可靠性。
橡膠襯里有較高的彈性的受外力變形能力，可吸收固體物料沖刷所做的功，從而表現出良好的耐磨性，但隨著熱老化的出現，耐磨性下降。
④ 其它
鱗片襯里施工方便，造價適當，而橡膠襯里施工難度較大，造價較高，且使用溫度受到限制。國內研制的鱗片襯里技術和材料已有十多年良好應用業績，也已應用于煙氣脫硫裝置中，且納入標準規范體系。
總之，作為煙氣脫硫裝置內襯防腐蝕技術，鱗片襯里和橡膠襯里都是可行的，鱗片襯里更具有應用優勢。
2、結垢、堵塞問題
結垢、堵塞問題是濕法脫硫系統普遍存在的問題，此處僅介紹中小型鍋爐常用的兩種濕法脫硫工藝。
2.1 石灰（石）-石膏法系統
石灰（石）-石膏法脫硫系統最易出現結垢、堵塞。因為僅有約0.3 %的石膏可溶于水，為防止結垢問題就要使用大量的清洗水，廢水外排又會造成水污染。吸收塔、管道和除霧器的結垢和堵塞是由于煙氣中的氧氣把亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣（石膏），而石膏發生過飽和造成的。噴嘴、管道的堵塞嚴重影響系統的正常運行，結垢問題嚴重危及脫硫系統的可靠性。
結垢主要在采用自然氧化方式的濕法脫硫系統中發生。在強制氧化方式下，空氣從吸收塔底部吹入，幾乎把所有的亞硫酸鈣都氧化成石膏。只要漿液中保持適當數量的石膏固體，強制氧化方式的濕法脫硫系統就不會遇到石膏結垢問題。石膏晶體的成長占優勢，結垢就不會發生。
自然氧化工藝中脫硫設備結垢的主要原因有三點：
⑴在較高pH值（石灰系統pH＞8.0，石灰石系統pH＞6.2）下，按相關化學反應生成CaSO3·1/2H2O軟垢；
⑵在石灰系統中，較高pH值下煙氣中的CO2的再碳酸化，生成CaCO3沉淀。無論從生成軟垢的角度還是從CO2的再碳酸化作用講，石灰系統漿液的進口PH≥9時，一定會結垢。石灰石系統不存在CO2的再碳酸化問題。
⑶脫硫塔中部分SO32-和HSO3-被煙氣中剩余的氧氣氧化為SO42-，最終生成CaSO4·2H2O沉淀。CaSO4·2H2O的溶解度較小（0.223g/100g水，0℃），易從溶液中結晶出來，在塔壁和部件表面上形成很難處理的硬垢。這種硬垢不能用降低pH值的方法溶解掉，必須用機械方法清除。
防止該系統在自然氧化方式中結垢，可以通過增加液氣比，保持足夠硫酸鈣、亞硫酸鈣種子晶體等措施來實現；也可以使用氧化抑制劑或添加劑，比如向循環液中添加單質硫、乙二胺四乙酸(EDTA)和它們的混合物。
目前在中小型鍋爐脫硫廣泛使用的雙堿法脫硫工藝，因普遍存在結垢、堵塞而運行成功率很低，較為成功的多傾向單堿法脫硫了。理論上可行的雙堿置換在實際運行中存在安全性和經濟性的平衡與取舍，如果參數設計不合理或運行控制不好就極易形成系統的結垢和堵塞，進而致使系統癱瘓，維護次數頻繁，維護費用高。成功的雙堿法投資并不低，運行費用與石灰石膏法也相差無幾，這樣也才能真正克服和解決系統結垢、堵塞的問題。。
2.2 氧化鎂法系統
氧化鎂法與石灰（石）-石膏法不同，它的脫硫副產物為硫酸鎂，常溫下易溶于水，因此氧化鎂法脫硫循環液呈溶液狀，系統不會輕易結垢；若有結垢現象，可通過調低漿液pH溶解結垢物質。
但如果購買的氧化鎂粉不純，雜質較多，脫硫系統停運時，若沒有適當的沖洗過程，便會導致雜質淤積，堵塞管路、泵吸入口、曝氣管出口等。因此，要防止系統不堵塞，必須設置沖洗裝置。系統停運后對相關設備充分清洗，確保再次投運時，系統安全可靠運行。
3、凈煙氣煙溫低
煙氣經過FGD系統后，溫度降至50～60℃，低于露點，煙溫過低不利于煙氣擴散，而且煙氣結露造成煙道及煙囪腐蝕。一般濕法脫硫裝置都要求安裝煙氣再熱以提高煙溫，比如加裝GGH，但增加GGH使得系統阻力加大，能耗加大，另外運行過程GGH腐蝕嚴重，維護費用也高。根據國內外運行經驗，綜合考慮投資運行費用、脫硫場地等，中小型鍋爐煙氣脫硫系統均不設GGH，而是采用下述方法。
3.1 旁路煙氣法
可以允許一部分煙氣不經過吸收塔，直接經旁路煙道與處理后的凈煙氣進行混合，提高煙溫，這樣可以取消再熱器。
旁路煙氣法可用于燃用低硫煤的鍋爐。使用旁路煙氣法可以降低FGD系統的投資和運行成本。對大多數FGD改造系統，取消煙氣再熱可以節省2.2%的基本投資，降低6%的30年均化成本。另一方面，氣-氣熱交換器的投資將使石灰石濕法FGD系統的總投資增加5%～10%。
沒有再熱器的FGD系統的出口煙道和煙囪是濕的，因此煙道和煙囪要使用特殊的材料（如鎳合金或玻璃鋼或泡沫玻璃轉等）以防止腐蝕。另外，旁路系統中冷熱煙氣混合形成干濕界面，對接觸材質有嚴重腐蝕，因此，旁路煙道也需作防腐處理。
3.2 對煙道、煙囪進行防腐處理
目前國家環保對二氧化硫的排放要求越來越嚴格，而且高硫煤越來越多，上述旁路煙氣法不能滿足排放要求。很多中小型鍋爐業主傾向于不加熱凈煙氣，而是對凈煙道、煙囪作防腐處理。
煙道防腐可以通過內襯玻璃鱗片實現。
煙囪防腐方式有內壁襯發泡玻璃磚、內壁噴涂聚脲、襯耐蝕玻璃鱗片等。但由于使用時間短都存在一些問題，不夠成熟。此問題需要技術發展、產品成熟和提高施工質量等共同來解決。目前國家尚無標準規范，針對不同結構、不同腐蝕程度的煙囪運用何種解決方案尚需實踐。
4、小結
上述就濕法煙氣脫硫中幾個常見的問題的出現機理及解決方法作了簡單闡述。脫硫系統是個系統工程，它的正常運行涉及到系統的各個參數的合理設計，當然也涉及到整個脫硫系統的投資問題和設備材料的合理配置與選用。根據具體工程的實際情況選擇合適的工藝，并針對每個問題作出相應的設計及處理方案就能盡可能去避免這些問題的出現。以上問題的認識與解決，反應對脫硫工藝的實質性理解，是衡量一個脫硫系統優劣和衡量一項脫硫技術好壞的重要指標，也是確保一個系統安全運行與否的關鍵。
