超級奧氏體不銹鋼在濕法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用
1、前言
超級奧氏體不銹鋼含有大量的Cr、Ni、Mo及適量N和Cu等合金元素，耐稀硫酸性能和耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能與鎳基合金相當(dāng)，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐蝕性能。其中Mo能提高超級奧氏體不銹鋼耐全面腐蝕的能力，特別是耐氯離子點蝕的能力，6%Mo超級奧氏體不銹鋼在含氯離子的酸性溶液中耐蝕性能更好，比較適合應(yīng)用在煙氣脫硫系統(tǒng)中。
2、濕法煙氣脫硫工藝流程
在吸收塔中，石灰石漿液與煙氣中的二氧化硫發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)生成石膏，這部分石膏漿液經(jīng)過吸收塔排出泵排出，進入石膏脫水系統(tǒng)。脫水系統(tǒng)主要包含石膏旋流器、真空皮帶脫水機和漿液分配器。反應(yīng)后的煙氣流經(jīng)除霧器除霧，除去煙氣中的漿液霧滴。同時要用電廠工藝水按順序不時地沖洗除霧器。沖洗除霧器主要有兩個目的，一是防止除霧器發(fā)生堵塞，二是可以把沖洗水作為補充水，穩(wěn)固吸收塔的液位。
在吸收塔出口，煙氣一般被冷卻到50℃左右，且含有大量的飽和水蒸氣。通過煙氣換熱器后，煙氣被加熱到80℃以上，主要是為了提高煙氣的抬升高度和擴散能力，進而消除石膏雨現(xiàn)象。最后，符合電廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的干凈煙氣經(jīng)通過煙囪排向大氣。
3、超級奧氏體不銹鋼在濕煙囪和煙氣加熱器等設(shè)備中的應(yīng)用
濕煙囪內(nèi)襯防腐金屬材料有超級奧氏體不銹鋼、鎳基合金、鈦鋼復(fù)合板等。鎳基合金的耐蝕性能較好，比較典型的有Nicrofer 5923 h Mo-59 合金，Nicrofer3127h Mo-31 合金，Cronifer 1925 h Mo-926 合金等，但是，我國是貧鎳國家，鎳基合金造價昂貴，增加了脫硫的投資，很少有電廠采用其進行煙囪防腐。鈦材雖然耐性性能也很好，但是其焊接性能較差，強度低。超級奧氏體不銹鋼價格遠(yuǎn)低于鎳基合金，焊接性能優(yōu)良，可以與碳鋼直接焊接，機械性能和加工成形性能優(yōu)良，是比較符合我國國情的濕煙囪金屬防腐內(nèi)襯。美國濕煙囪多采用鎳基合金C-276，較苛刻的工況下采用C-22，隨著FGD系統(tǒng)設(shè)計和運行參數(shù)的優(yōu)化，美國也開發(fā)和應(yīng)用了超級奧氏體不銹鋼AL-6XN。德國大量應(yīng)用超級奧氏體不銹鋼Alloy-926和Alloy-31進行濕煙囪防腐，條件苛刻的情況下采用鎳基合金Alloy-59。日本開發(fā)了超級奧氏體不銹鋼YUS260和YUS270用于煙囪防腐?？梢钥闯?，超級奧氏體不銹鋼是濕煙囪和煙氣加熱器等設(shè)備中很好的選擇并且已經(jīng)投入使用。
254SMo是6Mo鋼中常用的一種，具有非常優(yōu)良的抗點蝕能力，廣泛應(yīng)用于海水等富含鹵離子的工業(yè)處理設(shè)備中，可用來替代鎳基合金或鈦等昂貴的材料，在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中也有了少量的應(yīng)用。本文以254SMo為例，研究了6Mo超級奧氏體不銹鋼在濕煙囪和煙氣加熱器中的耐蝕性能。
3.1 極化曲線試驗
3.1.1 試樣制備
試驗材料為316L、317L和254SMo，其主要成分見表1。
3.1.2 試驗方法
試驗采用三電極系統(tǒng)，工作電極為自制所測材料的平面電極，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為鉑電極。電位掃描速度為1mV/s，掃描頻率為2Hz，試驗儀器為武漢科斯特儀器公司的CS314電化學(xué)工作站以及DK-S22恒溫電加熱水箱。試驗介質(zhì)為上海某電廠煙氣冷凝液（pH=1.84），再向煙氣冷凝液中加入NaCl，配制1000mg/L和40000mg/L兩種不同Cl-濃度的試驗介質(zhì)溶液，其他離子濃度保持不變。試驗溫度選擇50℃，溫度控制精度為0.1℃。用動電位掃描法測試材料的點蝕電位，試驗從相對參比電極-400mV開始掃描，一直到陽極電流到達(dá)0.2~1.0mA/cm2時結(jié)束。每種材料在同樣工況條件下各做3次重復(fù)試驗，以確保試驗結(jié)果真實可靠。
3.1.3 試驗結(jié)果
圖1為316L不銹鋼和317L不銹鋼在1000mg/LCl-煙氣冷凝液以及254SMo超級奧氏體不銹鋼在40000mg/LCl-煙氣冷凝液中的極化曲線。
圖1 三種不銹鋼材料在不同Cl?濃度煙氣冷凝液中的極化曲線
可以看出，在Cl-濃度為1000mg/L煙氣冷凝液重，316L的點蝕電位比317L低。不銹鋼的點蝕電位一般會隨著溶液介質(zhì)中Cl-濃度升高而降低，但是，當(dāng)煙氣冷凝液中Cl-濃度達(dá)到40000時，254SMo的點蝕電位仍然很高，處于過鈍化狀態(tài)，可見，254SMo在較高Cl-濃度的煙氣冷凝液中的耐點蝕性能較好。254SMo中Cr和Mo等合金元素的含量較高，其中，Cr是形成鈍化膜的主要元素，提高Cr含量可以使鈍化膜更加穩(wěn)定；而較高的Mo含量，能使鋼的表面在有Cl-存在的介質(zhì)中形成MoOCl2保護膜，從而有效防止Cl-穿透鈍化膜。
極化曲線中維鈍電流的大小可以表征不銹鋼的均勻腐蝕速率，根據(jù)法拉第定律，腐蝕電流指標(biāo)和重量指標(biāo)之間存在嚴(yán)格的定量關(guān)系，腐蝕電流越大，金屬腐蝕速率越快，代表材料的耐均勻腐蝕性能越差。說明耐均勻腐蝕的性能254SMo＞316L＞317L。
3.2 現(xiàn)場掛片試驗
為了驗證實驗室的試驗結(jié)果，本文進行了電廠掛片試驗，將3種不銹鋼換熱管材料制成掛片試樣，放在上海某電廠100W機組吸收塔后的煙道內(nèi)，試驗326天后取出，查看管材試樣腐蝕形貌并與試驗前比較，測量失重量并計算出各材料的腐蝕速率。
三種不銹鋼材料的腐蝕速率如圖2所示，從圖中可以看出，317L的腐蝕速率比316L稍高，分別為0.081μm/a和0.069μm/a，這和極化曲線試驗的試驗結(jié)果是一致的。254SMo的腐蝕速率要比前面二者小得多，為0.013μm每年，由于稱重誤差的存在，254SMo的腐蝕幾乎可以忽略不計。可以看出254SMo在實際運行條件下，耐均勻腐蝕的性能較好。
圖2三種不銹鋼在實際煙道的腐蝕速率
4、超級奧氏體不銹鋼在脫硫吸收塔中的應(yīng)用
煙氣脫硫工藝中吸收塔的腐蝕環(huán)境同樣很惡劣，尤其在吸收塔煙氣入口處的干/濕交界處，一般Cl-濃度約為5000～60000mg/L，F(xiàn)-濃度為2000～6000mg/L，SO42-濃度為4000～50000mg/L，pH值為2.0～3.5。鎳基合金C-22對硫酸溶液和高濃度的氯離子環(huán)境有非常好的耐蝕性，優(yōu)先考慮它作為吸收塔入口的防腐材料。吸收塔底漿液的pH一般為5~6，Cl-濃度一般控制在20000ppm，目前國內(nèi)多以非金屬防腐材料和不同等級的耐腐蝕合金作為防腐材料，其中金屬主要包括316L、317L、904L、AL-6XN等奧氏體不銹鋼，C-276、C-22等鎳基合金以及2205等雙相不銹鋼。
大多數(shù)火電廠的FGD裝置選擇非金屬材料作為主要防腐材料，主要是由于他們的投資成本低，且不受溶液中高Cl-濃度的影響，但是其耐高溫性能差，維修費用高。而近年來美國和德國所建的全合金FGD系統(tǒng)可在電廠的使用中保證零維護(ZM)，大提高了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和運行效率，而降低了設(shè)備的生命周期成本(LCC)。在美國北部，超過40%的吸收塔選用不銹鋼材料。因此，用合金材料取代非金屬材料是FGD裝置選材的一個方向。
5、結(jié)論
2）極化曲線實驗和現(xiàn)場掛片實驗表明254SMo在煙氣冷凝液中的耐蝕性能優(yōu)異，能夠滿足濕煙囪和煙氣加熱器等設(shè)備的工況條件；
3）超級奧氏體不銹鋼904L和AL-6XN等能夠很好的應(yīng)用在脫硫吸收塔中，并且吸收塔用合金材料代替非金屬材料是一個很好的選材方向。
參考文獻(xiàn)（略）
（作者：上海電力學(xué)院趙陽等）