火電廠(chǎng)煙氣脫硫設(shè)備防腐材料的選用

1、火電廠(chǎng)濕法煙氣脫硫設(shè)備 (FGD) 用防腐材料的選用美國(guó)哈氏合金國(guó)際公司 (HAYNES International) 上海代表處上海漢斯商務(wù)咨詢(xún) (HW) 有限公司1. 煙氣脫硫裝置 (FGD) 需要防腐的襯里材料目前，由于環(huán)保對(duì)火電廠(chǎng)二氧化硫排放量的嚴(yán)格要求，已要求火電廠(chǎng)配置煙氣 脫硫裝置。在眾多煙氣脫硫技術(shù)中，濕法煙氣脫硫技術(shù)(FGD) 由于其脫硫效率高而成為火電廠(chǎng)的首選。80 年代以來(lái)，濕法煙氣脫硫技術(shù) (FGD) 有了較大的改進(jìn)，主要表現(xiàn)在該技術(shù)中 的主要缺點(diǎn)的克服，如：吸收塔成為集予洗滌、冷卻、吸收、氧化于一體的的裝置； 以石灰石取代石灰；以及系統(tǒng)中的結(jié)垢、堵塞等問(wèn)題逐步獲得了解決

2、等。但是，存 在的影響濕法煙氣脫硫設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的 主要問(wèn)題是其設(shè)備使用的非金屬材料 的內(nèi)襯易損壞且壽命較短，需經(jīng)常檢查，雖然其一次性投資價(jià)格較低。 例如： 玻璃鱗片樹(shù)脂襯里-入口管部分的壽命低于 1 年，出口管部分的壽命 3-6 年-設(shè)備檢修時(shí)需對(duì)襯里進(jìn)行檢查-對(duì)結(jié)構(gòu)支撐的焊接和維修很困難其它聚合物襯里-其性能與玻璃鱗片樹(shù)脂襯里類(lèi)似，但比玻璃片襯里璃更易滲水和滲酸 橡膠襯里-用于諸如混合罐等低溫區(qū)域-在歐洲地區(qū)有較多的使用，在美國(guó)很少使用-對(duì)結(jié)構(gòu)支撐的焊接和維修很困難耐火材料-容易受酸腐蝕-對(duì)溫度波動(dòng)造成的熱沖擊和熱振動(dòng)敏感-需要檢驗(yàn)和維修這種情況下，使用金屬耐蝕材料作襯里就十分必要。尤其

3、是：耐蝕合金和復(fù)合金屬工藝以及 合金材料 ”貼墻紙 (Wall Papering) ”內(nèi)襯里 等技術(shù) 的發(fā)展，在火力發(fā)電廠(chǎng)煙氣脫硫(FGD)設(shè)備中越來(lái)越多的大量使用 HASTELLOY耐 蝕合金作為管道以及諸如洗滌器(Scrubber)、吸收塔及混合罐等容器的防腐襯里和各 種閘門(mén)及密封材料。一個(gè)裝有Babcock & Wilcox脫硫系統(tǒng)的400MW電廠(chǎng)(煤中含2.3%S)更換襯里的 實(shí)例說(shuō)明了上述的情況。FGD 投運(yùn)時(shí)間 :1981再熱區(qū)旁路管道原用 :鋁酸鈣耐火材料各種模量卸載擋板原用 :各種不銹鋼 出口管道底板原用 :襯里的碳鋼 （玻璃鱗片 /聚酯 ）1982:將鋁酸鈣耐火材料更換為硅酸

4、鉀混凝土1985:將不銹鋼擋板更換為 C-276 合金 1986:將硅酸鉀混凝土更換為 C-276、C-22 和 H-9M 合金 1987:將玻璃鱗片 /聚酯包層更換為 HASTELLOY C-22 合金 用量:HASTELLOY C-276、C-22、H-9M 合金 25t（50 仟磅）類(lèi)似這樣的例子還有很多2.煙氣脫硫 （FGD） 設(shè)備中各種襯里材料的經(jīng)濟(jì)性比較2.1 原則2.1.1設(shè)備的周期成本這里,需要考慮的是整個(gè) FGD 脫硫設(shè)備在整個(gè)使用壽命時(shí)間中的整體費(fèi)用消耗。 其計(jì)算方法為周期成本。周期成本包括設(shè)備基建時(shí)的一次投資加上在整個(gè)使用壽命 時(shí)間內(nèi)的檢查、檢驗(yàn)及更換等費(fèi)用以及非計(jì)劃仃機(jī)

5、所造成的損失等的總和。2.1.2兩種情況的周期成本比較有兩種情況 :第一種是使用價(jià)格便宜的諸如玻璃鱗片、 混凝土、耐火材料以及橡膠等非金屬材 料作 FGD 設(shè)備中管道及容器中的防腐襯里。好處是，初投資很低，但由于易損壞， 而且其使用壽命也不長(zhǎng)，需要經(jīng)常檢查、檢驗(yàn)及更換，結(jié)果總費(fèi)用即設(shè)備的周期成 本反而大。如果因襯里損壞而造成非計(jì)劃仃機(jī)，則加上停電等損失則更不可估量。 當(dāng)然，這種費(fèi)用是分段付出，不是一次付出。第二種情況是，在FGD設(shè)備中管道及容器中使用諸如 HASTELLOY C-276、C-22 等耐蝕合金作襯里材料，雖一次性投資大，但由于其耐蝕性好，使用壽命長(zhǎng)，顯著 地減少了運(yùn)行中的檢查、

6、檢驗(yàn)及更換等工作量和費(fèi)用。 在設(shè)備的整個(gè)使用壽命期內(nèi)， 其總費(fèi)用，即周期成本會(huì)低得多。如果加上避免了非計(jì)劃仃機(jī)的效益，則收益更為 可觀(guān)。使用耐蝕合金的一次性投資成本還會(huì)隨著襯里工藝的發(fā)展如設(shè)備內(nèi)表的耐蝕 合金”墻紙”技術(shù)等，使使用材料更省而降低。2.2美國(guó)Gibson電廠(chǎng)5號(hào)機(jī)組脫硫設(shè)備的各襯里材料的經(jīng)濟(jì)性比較 （美元）實(shí)例（選自 Ronald L.Richard 的 1987 年的資料 ）材料名稱(chēng)使用壽命不計(jì)仃電的現(xiàn)值費(fèi)用計(jì)算仃電的現(xiàn)值費(fèi)用Ca-Al-Si 耐火噴漿3年US$9,767,904US$20,879,187澆注乙烯酯化樹(shù)脂5年US$3,955,803US$11,699,196澆注

7、熱固化樹(shù)脂5年US$4,562,900US$13,501,053哈氏合金襯里10 年US$5,673,526US$9,951,350對(duì)經(jīng)濟(jì)性比較結(jié)果有兩種兩種選擇。 第一，如果只考慮一次檢修， 肯定會(huì)首選鋼 筋加固的有機(jī)材料玻璃片襯里， 因?yàn)榧词辜尤腚娏p失費(fèi)用， 它的費(fèi)用也是最低的。 而合金襯里則顯示費(fèi)用最高。第二，如果按整個(gè) 30 年的壽命時(shí)間來(lái)考慮，則第一 種考慮中最高費(fèi)用的合金襯里材料恰恰是最好的選擇，即 HASTELLOY C-276 合金 在為期30年的電廠(chǎng)整個(gè)壽命時(shí)間其所需費(fèi)用最小并最合理。按C-276合金10年實(shí)際使用壽命考慮，如上表所示，其電廠(chǎng)整個(gè)壽命期間的計(jì)入仃電的現(xiàn)值費(fèi)用

8、在四種 材料的比較中是最低的，如不計(jì)入仃電的現(xiàn)值費(fèi)用，則略高于表中 5 年壽命的非金 屬襯里材料，但是，按Gibson電廠(chǎng)自有的工業(yè)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)， 認(rèn)為在FGD 設(shè)備中使用的 HASTELLOY C-276 合金襯里，其實(shí)際使用壽命可望為 20-30年，因 此，上述計(jì)算中以10年壽命計(jì)算C-276合金是十分保守的。如對(duì) C-276合金改以 20年實(shí)際壽命計(jì)，則其計(jì)算結(jié)果的優(yōu)越性是十分明顯的。通過(guò)試驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)比較，美國(guó)印地安納公共服務(wù)公司對(duì)其Gibs on電廠(chǎng)5號(hào)機(jī)組的脫硫設(shè)備管道內(nèi)襯材料的結(jié)論是決定采用 HASTELLOY C-276 合金并在 1985 和 1986 兩年仃機(jī)時(shí)進(jìn)行裝設(shè)

9、，在仃機(jī)檢修時(shí)，由于機(jī)組其它消缺工作需要進(jìn)行，實(shí)際 上并未因更換合金襯里材料而延長(zhǎng)檢修時(shí)間，因而不必計(jì)入仃電損失費(fèi)用。經(jīng)過(guò)兩 年的運(yùn)行，1987年檢查時(shí)該管道C-276合金襯里層未有明顯的變形發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)認(rèn)為 沒(méi)有理由認(rèn)為這C-276合金襯里不能運(yùn)行到機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命期限。出報(bào)告時(shí)是2002年，離1987年已過(guò)去15年，Gibson電廠(chǎng)5號(hào)機(jī)組脫硫設(shè)備管 道仍為更換 C-276 合金襯里。3.煙氣脫硫(FGD)設(shè)備中使用的耐蝕合金和HASTELLOY合金襯里材料3.1 HASTELLOY 耐蝕合金襯里材料HASTELLOY C系列耐蝕合金，如C-276、C-22以及近期應(yīng)用的C-2000合金等 是

10、由 HAYNES 公司經(jīng)多年試驗(yàn)研究開(kāi)發(fā)出的在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中使用的耐蝕合金。 在經(jīng) 過(guò)系列試樣試驗(yàn)，長(zhǎng)時(shí)間實(shí)際工況下的掛片試驗(yàn)以工業(yè)性試驗(yàn)后廣泛應(yīng)用于濕法煙 氣脫硫設(shè)備并已有超過(guò)廿年的實(shí)際應(yīng)用歷史。另外，尚有早期應(yīng)用于 FGD 設(shè)備作 為耐蝕內(nèi)襯的試驗(yàn)材料的 HASTELLOY耐蝕合金H9M和G30合金等。3.1.1 C-276 合金。是 Ni 基合金，其主要成分為：57%Ni，16%Cr，16%Mo，5%Fe, 4%W，2.5%Co, 1%Mn， 0.35%V, 0.08%Si 和 0.01%C。從 1980 年應(yīng)用于濕法煙氣 脫硫設(shè)備以來(lái)，有如下的電廠(chǎng)實(shí)際應(yīng)用實(shí)例 (括弧中數(shù)字為開(kāi)始運(yùn)行的年

11、份 )：南密西西比電力公司 R.D.Morrow 電廠(chǎng)(1980)伊里諾斯中央電燈公司 Duck Creek電廠(chǎng)(1983)伊里諾斯中央公共服務(wù)公司 Newton電廠(chǎng)(1984)東肯塔基公司Spurlock電廠(chǎng)(1984) 路易斯維爾煤氣和電力公司 Mill Creek 電廠(chǎng)(1984) 得克薩斯電力公司 Tatum,Texas(1984尚使用了 C-22)城市電力公司 Springfield ，Missouri(1985)印第安納公共服務(wù)公司 Gibson 電廠(chǎng)(1985)北印第安納公共服務(wù)公司 Schahfer電廠(chǎng)(1985,尚使用了 C-22)南伊里諾斯電力公司 Marion ， Ill

12、inois(1985)坦帕電力，Big Bend4號(hào)電廠(chǎng)(1985)猶它電燈電力公司Hunter電廠(chǎng)(1986，尚使用了 C-22)圣米格電力公司 Jourdanton, Texas(1986-87,尚使用了 C-22)老多米尼 ( 1 998年新裝煙囪 ) 法來(lái)，越南 (1999年新裝) 弗吉尼亞電力 (1 999年新裝煙囪 ) 塞明諾爾電力 (2000 年新裝，分離器 )SIGECO(2000 年，代替 C-276 合金)3.1.2 C-22 合金。也是 Ni 基合金，其主要成分為 :56%Ni， 22%Cr， 13%Mo， 3%Fe, 3%W，2.5%Co, 0.5%Mn， 0.35%V

13、，0.08%Si 和 0.01%C。從 1984 年應(yīng)用于 濕法煙氣脫硫設(shè)備以來(lái)，有如下的電廠(chǎng)實(shí)際應(yīng)用實(shí)例(括弧中數(shù)字為開(kāi)始運(yùn)行的年份):得克薩斯電力Tatum,Texas(1984尚使用了 C-276)亞里桑拿公共服務(wù)公司 Cholla 電廠(chǎng)(1985)北印第安納公共服務(wù)公司 Schahfer電廠(chǎng)(1985,尚使用了 C-276)北印第安納公共服務(wù)公司 Schahfer電廠(chǎng)(1985)猶它電燈電力公司Hunter電廠(chǎng)(1986,尚使用了 C-276)西南電力公司 Marshall， Texas(1986)圣米格電力公司 Jourdanton, Texas(1986-87,尚使用了 C-276

14、) 阿拉巴馬電力 Tombigbee電廠(chǎng)(1986-87)下科羅拉多河管理局 Lagrange,Texas(1987) 猶它電燈電力公司 Huntington,Texas(1987) 聯(lián)合電力 Clifton Hill,Missouri(1987)明可它電力公司 Milton R.Young 電廠(chǎng)(1987)印第安納波里斯電燈電力公司 Petersburg,Indiana(1987)南印第安納煤氣電力公司 AB Brown 電廠(chǎng)(1987)地塞脫 G 和 T 公司 Bonaza,Utah(1988)紐約州煤氣電力公司 Sommerset,New York(1988)得克薩斯電力 Rockdat

15、e,Texas(1988)迪塞來(lái)脫電力公司 Vernal,Utah(1988)圣梯電力公司 Cross,South Carolina(1988)城市電力公司 Springfield ，Missouri(1988)內(nèi)華達(dá)電力 Reid Gardner電廠(chǎng)(1988)亞里桑拿公共服務(wù)公司 Four Corner #5電廠(chǎng)(1988)南印第安納煤氣電力公司 W.Franklin,Indiana(1988)圣梯電力公司 Cross,South Carolina(1989)得克薩斯電力 Monticello,Texas(1989) 明可它電力公司 Milton R.Young 電廠(chǎng) (1989) 路蒙斯

16、伯格，東部德國(guó) (1989) 英國(guó)國(guó)家電力 Drax 電廠(chǎng) ,英國(guó) (1989) 休斯頓電燈電力公司 Thompson,Texas(1990) 亞里桑拿公共服務(wù)公司 Four Corner #4電廠(chǎng) (1990) 紐約州煤氣電力公司 Sommerset,New York(1990) 得克薩斯電力 Mt.Pleasant,Texas(1990) 下科羅拉多河管理局 Lagrange,Texas(1990) 北印第安納公共服務(wù)公司 Chesterton, Indiana(1990) 路易斯安納中央電力公司 Mansfield,Louisiana(1990) 圣米格電力公司 Jourdanton，T

17、exas(1991)喬治亞電力 Yates電廠(chǎng)(1991) 休斯頓電燈電力公司 Paris,Texas(1991) 下科羅拉多河管理局 Lagrange,Texas(1991) 內(nèi)華達(dá)電力 Reid Gardner電廠(chǎng)(1991) 北印第安納公共服務(wù)公司 Baily 電廠(chǎng)(1991) 科羅拉多 UTE Craig 電廠(chǎng)(1991) 杰克森維爾電力 St. Johns River電廠(chǎng)(1991) 印第安納波里斯電燈電力公司 Petersburg,Indiana(1991) 英國(guó)國(guó)家電力 Drax 電廠(chǎng),英國(guó)(1991)北印第安納公共服務(wù)公司 Schahfer電廠(chǎng)(1991)ENEL(意大利國(guó)家電

18、力)Brindisi South,ltaly & Fiume Santo, ltaly(1991) 布里迪斯，意大利 (1998 年，更換 C-22) 卡爾仃納爾 FG ( 1 999年，代替煙囪原用的碳鋼 ) 奧蘭多電力 ( 1 999年，代替 625合金)NIPSCO(1999 年，代替 C-276 合金) 卡麥爾柯，土耳其 (1999年新裝) ENEL，沙特阿刺伯(2000年新裝)NIPSCO(2OOO 年，代 C-276) 多米尼電力 (2000年新裝)3.1.3 C-2000合金。也是Ni基合金，其主要成分為：59%Ni，23%Cr, 16%Mo， 1.6%Cu, 0.08%Si和0

19、.01%C。相比于C-276,在FGD的相同區(qū)域使用，有更高的 抗應(yīng)力腐蝕和局部腐蝕的能力，在 FGD中可替換C-276合金。從1998年用始的統(tǒng) 計(jì)資料表明，有如下的電廠(chǎng)應(yīng)用于濕法煙氣脫硫設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用實(shí)例(括弧中數(shù)字為安裝的年份 )：路易斯維爾煤氣和電力公司 Mill Creek 4(1998年春天，替代C-276合金) 路易斯維爾煤氣和電力公司 Cane Run 5(1998年 9月，替代C-276合金) 路易斯維爾煤氣和電力公司 Mill Creek 3(1999年2月，替代C-276合金) 何塞爾能源Merom電廠(chǎng)1號(hào)機(jī)組(1999年3月，替代C-276合金)路易斯維爾煤氣和電力公司

20、 Cane Run 6（1999年4月，替代C-276合金）路易斯維爾煤氣和電力公司 Trimble 3和4（1999年5月，替代Ti合金） 路易斯維爾煤氣和電力公司 Mill Creek 3（2000年3月，替代 625合金） 南密西西比電力公司（2000年3月，替代C-276合金）路易斯維爾煤氣和電力公司 Mill Creek 1（2000年3月，替代C-276合金） 路易斯維爾煤氣和電力公司 Mill Creek 4（2000年3月，替代 625合金） 因特爾蒙坦電力Delta電廠(chǎng)（2000年4月）何塞爾能源Merom電廠(chǎng)2號(hào)機(jī)組（2000年4月，替代C-276合金）IP & L 匹茲堡發(fā)電公司 1 號(hào)（2000年4月，替代吸收塔包層 ）IP