劉軍，朱正芳

(江蘇溧竹環(huán)境工程有限公司，江蘇常州213135)

燃煤電廠脫硫設(shè)備新型內(nèi)襯材料的研制與應(yīng)用

劉軍，朱正芳

(江蘇溧竹環(huán)境工程有限公司，江蘇常州213135)

介紹了燃煤電廠脫硫系統(tǒng)漿液輸送設(shè)備在運行過程中腐蝕、磨損、疲勞失效的現(xiàn)狀，針對氣、固、液三相流體輸送的特征以及失效機理展開了較深入的分析研究，研制了一種新型的陶瓷/聚合物復(fù)合內(nèi)襯材料，并應(yīng)用于電廠脫硫系統(tǒng)管道設(shè)備漿液輸送，有效地保障了脫硫設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行。

燃煤電廠;脫硫設(shè)備;防腐耐磨;復(fù)合內(nèi)襯

0 引言

目前，我國電力生產(chǎn)以燃煤發(fā)電為主，燃煤電廠發(fā)電過程中煤粉、灰、渣以及SO2、NOx等物料的輸送動力設(shè)備有風(fēng)機、泵和螺旋管道輸送機等設(shè)備。煤粉風(fēng)機、漿液泵等設(shè)備所輸送的物料如煤粉、灰粉和灰渣、灰漿勢必對設(shè)備造成腐蝕和磨損。發(fā)電廠管道輸送物料是指煤灰粉、灰渣以及煙氣脫硫、脫硝過程中化學(xué)腐蝕性混合漿液等，由于被輸送物料屬氣、固、液三相流體或氣、固二相流體輸送，設(shè)備輸送的物料常伴有腐蝕和磨損共存，尤其是在高溫環(huán)境工況下運行的設(shè)備使用壽命極為有限。

腐蝕、磨損和疲勞斷裂是設(shè)備材料在使用過程中導(dǎo)致功能失效的三大主要原因，腐蝕磨損出現(xiàn)的條件首先是存在腐蝕介質(zhì)，其次才是相對運動的(摩擦)表面。但在實際工況環(huán)境中，它們往往同時參與設(shè)備材料的加速破壞而失效。

國內(nèi)外在防磨耐腐蝕領(lǐng)域使用的防護材料有金屬材料、非金屬材料或者由兩種材料構(gòu)成的復(fù)合材料。由于在機械磨損、化學(xué)腐蝕介質(zhì)以及腐蝕性氣體等復(fù)雜工況環(huán)境條件下運行，設(shè)備的使用壽命極為有限，因此研究開發(fā)輸送、貯存腐蝕與磨損共存的多相流體物料的設(shè)備復(fù)合材料內(nèi)襯也是當今新材料開發(fā)的技術(shù)前沿，也是防磨耐腐蝕材料領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的一大關(guān)鍵，具有十分顯著的社會經(jīng)濟效益。

1 脫硫系統(tǒng)管道失效現(xiàn)狀及機理分析

1.1 脫硫系統(tǒng)管道設(shè)備失效現(xiàn)狀

早期的燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫防磨耐腐蝕管道及容器設(shè)備采用低碳和超低碳奧氏體不銹鋼如316或317不銹鋼。這類不銹鋼對于氧化介質(zhì)有很好的耐腐蝕性能。但是在實際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)有點蝕、縫隙腐蝕及沖刷磨損等現(xiàn)象。鈦合金是優(yōu)良的耐腐蝕抗磨材料，應(yīng)用在煙氣系統(tǒng)的管道和容器上都表現(xiàn)良好的防磨耐腐蝕性能，但是價格昂貴。鎳基合金的應(yīng)用效果好，但價格高。目前，也有電廠采用鑄石復(fù)合材料和抗磨白口耐磨鑄鐵復(fù)合材料制成管道及容器，缺點是重量大、性脆，不適宜在腐蝕性大的濕態(tài)工況條件下運行。

采用鋁熱法和粘貼法制造的陶瓷復(fù)合管道及容器，耐磨性能好。缺點是內(nèi)襯脆性大、易裂，在使用過程出現(xiàn)質(zhì)量事故的機率較高，如果施工工藝過程中稍有質(zhì)量失控，會造成陶瓷片脫落。目前，管道流體輸送一般采用橡塑復(fù)合材料制成的管道或容器，既保持了鋼結(jié)構(gòu)體的強度，又發(fā)揮了橡塑的耐腐蝕性能，并且價格低廉。但是存在內(nèi)襯抗老化性差，結(jié)合強度低，不耐有機溶劑，部分塑膠有吸水性，現(xiàn)場修復(fù)質(zhì)量難以控制等問題。

綜上所述，各燃煤發(fā)電廠現(xiàn)在應(yīng)用物料輸送和貯存設(shè)備存在單一或復(fù)合材料制成，由于材料單一功能的局限，致使采購的輸送管道等設(shè)備不具備耐磨耐腐蝕和內(nèi)壁裝置結(jié)垢共存的環(huán)境下運行，尤其是在高溫、多相(汽、固、液)，高濃度物料輸送工況環(huán)境下，使用壽命極短，檢修頻繁嚴重影響了電廠安全、經(jīng)濟、高效運行和環(huán)境污染。

1.2 脫硫系統(tǒng)管道設(shè)備失效機理分析

煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)備防腐蝕里材料運行中發(fā)生的物理破壞主要有溶脹、鼓泡、分層、剝離、脫黏、龜裂和開裂等。引起這些防腐蝕襯里失效的因素很多，主要有腐蝕介質(zhì)的滲透作用、應(yīng)力腐蝕、殘余收縮應(yīng)力;熱膨脹系數(shù)不同、鍋爐負荷的變化、氣流/液流的沖擊及其他地方也會帶來交變應(yīng)力。同時施工質(zhì)量，表面處理不好會降低黏結(jié)強度、分層施工造成表面污染會降低界面的黏結(jié)強度，除泡不當會增加本體內(nèi)的缺陷，固化不足會導(dǎo)致襯里內(nèi)聚強度不良等。

煙氣脫硫裝置防腐蝕材料的研制對于防腐蝕襯里起到關(guān)鍵性的作用，在設(shè)計中要充分考慮到設(shè)備在各區(qū)域運行的腐蝕環(huán)境，有效兼顧襯里材料與待襯設(shè)備結(jié)構(gòu)、強度、剛性及運行狀態(tài)的匹配關(guān)系，才能真正做到防腐襯里的安全、可靠。

2 脫硫設(shè)備新型內(nèi)襯材料的技術(shù)特點

新型的陶瓷/聚合物復(fù)合材料是在金屬和非金屬設(shè)備基體上通過特殊復(fù)合工藝而形成的復(fù)合材料襯里，具有防腐蝕、抗磨損、防結(jié)垢等功能。在煙氣脫硫系統(tǒng)陶瓷/聚合物復(fù)合材料內(nèi)襯制備時，其技術(shù)工藝有效地解決了金屬(非金屬)―陶瓷―聚合物界面的結(jié)合力，陶瓷層材料的脆性開裂以及多層材料之間的熱膨脹系數(shù)的匹配性。新型的陶瓷/聚合物復(fù)合材料構(gòu)成的內(nèi)襯充分發(fā)揮了單一材料的特有性能和拼混改性樹脂與微鈉米材料的復(fù)合效應(yīng)，從而即使在較高的運行溫度和惡劣的工況環(huán)境下，仍具有優(yōu)異的抗磨耐腐蝕性能和緩結(jié)垢功能，使常規(guī)防腐蝕設(shè)備復(fù)合內(nèi)襯在腐蝕與磨損式結(jié)垢共存工況下使用壽命短問題得到了有效解決。

新型復(fù)合內(nèi)襯管道和容器等設(shè)備工藝方案，提高了管道及過流件設(shè)備耐磨抗腐蝕性能，可廣泛應(yīng)用于燃煤發(fā)電廠脫硫、除灰、排渣系統(tǒng)多相物料輸送和排放。將高分子重反應(yīng)聚合物及陶瓷材料與鋼壁設(shè)備結(jié)合作為防磨耐腐蝕基礎(chǔ)構(gòu)成由多種材料組成的復(fù)合內(nèi)襯管道和容器以及漿液循環(huán)泵等設(shè)備。

使用工況溫度:在干燥環(huán)境中可在135℃下連續(xù)使用，增強聚合物材料可在260℃～380℃環(huán)境中連續(xù)使用。在濕態(tài)環(huán)境中，可在－30℃～180℃工況環(huán)境中使用;陶瓷硬度HRA＞90，抗壓強度≥200MPa，結(jié)合強度≥20MPa;使用工況壓力:0.1～16MPa;內(nèi)襯密度3.65～6.27g/cm3;內(nèi)襯摩擦系數(shù)0.04，內(nèi)襯與鋼基體結(jié)合強度≥20MPa以上，可在真空工況下長期使用。

3 結(jié)語

采用該新型復(fù)合內(nèi)襯裝置制成的內(nèi)襯比常規(guī)襯橡塑、鋁熱法陶瓷、貼片陶瓷等復(fù)合內(nèi)襯相比，其膨脹系數(shù)與鋼基外層熱膨脹系數(shù)相差不大，兩者物理性能匹配，在工況交變溫度作用下，復(fù)合內(nèi)襯產(chǎn)品內(nèi)襯不鼓氣、塌癟、褶皺，法蘭翻邊處不開裂。內(nèi)襯表面光滑，不結(jié)垢，水力阻力小;具有特殊的耐磨蝕、耐化學(xué)腐蝕性能、抗老化和優(yōu)越的水力性能。新型復(fù)合內(nèi)襯產(chǎn)品不僅是一種防磨損、腐蝕和氣蝕的保護材料，還可用于修復(fù)修補和處理腐蝕、氣蝕、銹蝕、沖蝕、機械磨損、變形、裂紋、孔洞、滲漏等各種缺陷和故障設(shè)備防磨、耐腐蝕工作面的理想內(nèi)襯裝置材料?？蓪σ呀?jīng)報廢的耐磨彎管、變徑管、三通管等過流件壁面進行修復(fù)，實現(xiàn)再制造工藝技術(shù)，達到節(jié)能、增效、環(huán)保的目的。施工完全現(xiàn)場化，無需遠距離搬送設(shè)備或零部件，也可在修復(fù)和防護后為保證精度和表面粗糙度進行機械加工。

［1］余鵬，高小青，何德明，等.石灰石/石膏濕法脫硫系統(tǒng)經(jīng)濟運行［J］.熱力發(fā)電，2007(7):34－36.

［2］朱正芳，于金滿.耐磨防腐蝕復(fù)合管道在火電廠的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［C］.第十三屆全國耐磨材料大會論文集.西安:2012.

［3］陳華輝.耐磨應(yīng)用手冊(第二版)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2012.

Development and application of new composite lining on desulfurization equipment in coal－fired power plant

The status quo of corrosion，wear and fatigue invalidation in operation process of desulfurization system slurry transportation equipment in coal－fired power plant were introduced.The characteristics and mechanism of gas，solid and liquid phase are deeply analyzed.It developed a new kind of ceramic/polymer composite lining materials，and is applied on the slurry pipeline equipment.The results show that the new material could effectively guaranteeing the safe and economic operation of desulfurization equipment.

coal－fired power plants;;desulfurization equipment;anticorrosive wearing;composite lining

X701.3

B

1674－8069(2016)05－039－02

2016-03-21;

2016-04-19

劉軍(1983-)，男，江蘇常州人，助理工程師，主要從事企業(yè)管理及耐磨、抗腐蝕、耐高溫材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用工作。E－mail:120704264@qq.com