1.9 烟气脱硫系统用阀门

燃煤电厂排放的SO ₂ 和氮氧化物，在高空转化为硫酸盐、硝酸盐等细颗粒物，促使了酸雨的形成。酸雨可腐蚀建筑物和工业设备、破坏露天的文物古迹、损坏植物叶面导致森林死亡、使湖泊中的鱼虾死亡、破坏土壤成分使农作物减产甚至死亡，以及饮用酸化物污染的地下水会对人体造成伤害。酸雨和大气污染已成为超越国界的全球性问题。

控制火电厂和燃煤设备SO ₂ 的排量，是防治大气污染和酸雨的重中之重。预计到2010年和2020年，全国SO ₂ 排放总量将会达到3500万t和4350万t，全国火电厂SO ₂ 排放总量将超过2100万t和2610万t，氮氧化物和烟尘、粉尘的产生量也将大幅增加。为此，国家已颁布了《大气污染防治规划》《大气污染防治法一》和《火电厂大气污染物排放标准》等法规，使烟气脱硫脱硝成为必然。

我国火电厂的烟气脱硫方法基本上是以石灰石/石膏湿法（FGD）为主，且全世界约有90%的电厂采用这种方法。图1-43为FDG脱硫系统流程图。烟气系统流程：锅炉引风机排出烟气经脱硫增压风机升压后，依次通过烟气换热器（GGH）降温侧、吸收塔、GGH升温，最后接入烟囱。主要设备：增压风机、烟气换热器、挡板门。

在湿法脱硫装置中，大量使用各种不同规格和种类的阀门，其中主要是蝶阀。因此，开发针对该系统应用的专用蝶阀，正确选择阀门的材料和结构型式，可提高阀门的密封性能、解决阀门的腐蚀和磨损问题、延长阀门的使用寿命及降低制造成本，这也是保证FGD装置长期安全运行的关键。

1.9.1 FGD装置对阀门材质的耐磨损要求

在FGD系统中，处理的介质主要是生石灰、石灰石粉、石灰石浆液、石膏浆液、石膏粉和含粉尘的SO ₂ 烟气。这些介质中含有不溶解或部分溶解的固体颗粒，阀门的密封部件接触高速流动的介质，不但会发生磨损，还伴随着腐蚀的发生。在这种工况下，阀门的工作寿命与诸多因素有关，如流速、压差、温度、含固量、颗粒大小、硬度及操作的频繁程度等。

石灰石和石膏的莫氏（Mohn's scale）硬度在2～3之间，生石灰的莫氏硬度在2～4之间。一般认为，莫氏硬度≥6.0的物质对阀门和管道具有较强的磨损作用，石灰石浆液和石膏属于具有中度磨损作用的介质。

过去，人们往往认为阀门的材质越硬就越耐磨。实践证明：采用硬制材料的效果并没有预期的那样好，而且制造难度大、维修困难且价格昂贵。衬胶蝶阀作为一种很好的耐颗粒磨损用途的阀门，完全可以在浆液脱硫系统中应用，而且有合理的使用寿命。它采用EPDM（三元乙丙橡胶）作为阀座，蝶板可采用NYLON11或EPDM包覆，或选用整体耐磨、耐蚀的特殊合金材料。下面讨论FGD系统用阀的主要腐蚀现象。

1.9.2 FGD系统中的主要腐蚀现象

根据对大量文献资料和实际出现的各种腐蚀失效情况进行分析，以及在已有的烟气脱硫设备中进行的现场试验证明：烟气脱硫装置的使用寿命主要取决于装置所选用材料的耐腐蚀性能，且点腐蚀和缝隙腐蚀是最常发生的腐蚀。如果阀门和蝶板全部采用衬胶结构，也就不存在点腐蚀问题了。但是，对于口径大于600mm的蝶阀而言，蝶板依靠包覆橡胶或尼龙来抵御点腐蚀，不仅在制造技术上比较麻烦，而且包覆层一旦脱落，会产生严重事故。大型电厂是连续运行的，要求脱硫装置也能够不间断连续运行。因此，在FGD系统中，大口径蝶阀的蝶板必须用特殊合金制成。

在FGD系统中，吸收塔中相遇的介质——烟气和吸收浆液是产生一系列腐蚀问题的根本原因。其中吸收浆液本身的腐蚀性不强，材料方面也较容易解决；而烟气冷凝物的腐蚀性却特别强，因煤燃烧后产物的水溶液会形成酸，包括硫酸、亚硫酸、盐酸等。另外，煤中所含的氯化物和氟化物也会使腐蚀问题变得更严重，这些物质也会由吸收浆液带进系统中来，其中氟化物量很少，但氯化物的浓度可能会很高。由于含有酸及氯化物的酸性水解作用，会使pH值变得很低。同时，温度升高也会加剧腐蚀。

在上述这些因素的共同作用下，会出现以下几种腐蚀：缝隙腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀开裂（晶间腐蚀和穿晶型腐蚀）、气泡腐蚀和冲刷腐蚀。

1）缝隙腐蚀一般是以裂缝的形式出现（图1-44），一般发生在因氧气供应不足致使钝化膜被破坏的部位。在缝隙中的电解质由于扩散迟缓而比在缝隙外面的电解质更缺氧。另外，阳极的氯化物会发生水解作用，使缝隙里的液体大多呈酸性；加上放热反应促使局部蒸发，使缝隙里的电解质浓度越来越高。

总的来说，材料的缝隙腐蚀主要取决于介质的温度、浓度和通风条件。它可能出现在材料中，也可能出现在不同的材料之间，且至少其中有一种材料是金属，如图1-44中的塑料垫圈部位或附着沉积物的金属表面。防止发生此类腐蚀的方法是在合金中提高铬、钼元素，尤其是钼元素的含量。

2）点腐蚀是继缝隙腐蚀之后在FGD设备中频繁出现的另一种腐蚀，这是一种在金属或合金钝化膜上发生的局部腐蚀（图1-45）。如果钝化膜再生得不够快，也就是新的钝化膜形成得不够快，这种腐蚀就会加速，并使腐蚀深度加深。一般在含有氯化物的水溶液中可以观察到点腐蚀。防止发生此类腐蚀的方法与缝隙腐蚀相同。

3）应力腐蚀开裂是在张应力和特定腐蚀介质的作用下，在金属材料中产生裂纹的一种腐蚀。根据材料和腐蚀介质的不同，会出现穿晶间型和晶间型裂纹。对于压力较低的FGD装置而言，阀门承受的应力水平很低，基本不会产生应力腐蚀。

4）气泡腐蚀（图 1-46）和冲刷腐蚀（图1-47）起因于钝化膜和材料的表面机械应力过高。在气泡腐蚀中，气泡爆裂是造成钝化膜破裂的主要原因；而在冲刷腐蚀中，高流速和介质中夹带的固体粒子是主要原因。对应措施：提高抗机械应力和耐腐蚀能力、降低流速、防止出现湍流。

在防止缝隙腐蚀和点腐蚀的措施中，都提及了更换合金材料，其中提高铬和钼的含量是重要的一项。而且合金元素对镍合金及奥氏体不锈钢、双相不锈钢和超级不锈钢材料的影响，也是由于钢的化学成分不同及使用条件的变化，使得结果差异较大，在此很难一一列举。以下仅对主要成分做一分析介绍。

1.9.3 FGD介质条件下选材要求

阀门与介质接触部分如蝶阀的蝶板、球阀的阀体和球体、阀杆等的金属材料必须具有耐点蚀能力。金属材料的抗点蚀能力一般用抗点蚀当量数PREN来表示（Pitting Resistance Equivalent Number），计算PREN有几种不同的经验公式，耐蚀不锈钢最常用的公式之一是Truman提出的公式：

PREN=Cr%+3.3×Mo%+16×N%（如含 w ，也要计算在内，为1.5× w %）

根据美国公司的经验，在早期设计燃煤电厂的脱硫装置中，几乎全部采用316LN（1.4429）合金、317LN（1.4439）合金及904L（1.4539）合金。而这些合金即使在脱硫系统正常的使用条件下也会发生腐蚀，可以说采用这类合金取得的经验是负面的。由于目前工作条件日趋苛刻，这类合金如今已很少在FGD系统中应用了。

在FGD系统腐蚀较多的部件中，美国Haynes公司开发的HastelloyC（哈氏）合金C-276，是目前应用得最为成功的一种，且在美国和日本的公司多数采用这种材质制作蝶板。它对还原性及氧化性酸、氯化物、溶剂、甲酸、乙酸、湿氯气、次氯酸盐等都有很好的耐腐蚀能力；对于磷酸它也有极好的耐腐蚀性能，试验表明，在磷酸浓度65%、沸点以下的环境腐蚀率极低。但与双相不锈钢和超级奥氏体不锈钢相比，其价格昂贵，故现在国内项目中较少采用。

目前，一般所称的双相不锈钢是指奥氏体+铁素体两相均独立存在的结构钢，钼含量至少占25%～30%，是欧洲国家开发的合金，其性能也相当优良，价格比HastelloyC便宜。由于双相钢中两相均具有适宜的比例，它兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特性。而且相对于一般的奥氏体不锈钢来说，双相钢对于局部腐蚀，特别是对于应力腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀及腐蚀疲劳等比较有效。从耐点腐蚀当量来看，双相钢SAF2205/SAF2507都要比904L好，且价格相对于一些超级奥氏体不锈钢（通常把耐点腐蚀当量高于40的奥氏体不锈钢，称为超级奥氏体不锈钢），如904L、926等便宜很多。由于它在性能上的这些优点和价格优势，目前获得了大量的应用。

在烟气吸收塔腐蚀负荷较弱的区域，乃至中等强度负荷区，越来越被广泛采用的合金材料为Cronifer 1925hMo-926合金（1.4529）和Nicrofer 3127hMo-31合金（1.4562）。这些高级不锈钢除镍含量高以外，其中含有的钼和铬在与镍的共同作用下，保证了这些材料具有优良的耐腐蚀性能，故在蝶阀的蝶板和阀杆上使用效果极好。

FGD系统介质条件下，常用金属材料的抗点腐蚀当量数见表1-18。

湿法脱硫介质条件下，不同氯化物和pH值时的选材建议见表1-19。