超级奥氏体不锈钢在湿法烟气脱硫工艺系统中的应用
1、前言
超级奥氏体不锈钢含有大量的Cr、Ni、Mo及适量N和Cu等合金元素，耐稀硫酸性能和耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能与镍基合金相当，具有优异的力学性能和耐蚀性能。其中Mo能提高超级奥氏体不锈钢耐全面腐蚀的能力，特别是耐氯离子点蚀的能力，6%Mo超级奥氏体不锈钢在含氯离子的酸性溶液中耐蚀性能更好，比较适合应用在烟气脱硫系统中。
2、湿法烟气脱硫工艺流程
在吸收塔中，石灰石浆液与烟气中的二氧化硫发生复杂的化学反应生成石膏，这部分石膏浆液经过吸收塔排出泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包含石膏旋流器、真空皮带脱水机和浆液分配器。反应后的烟气流经除雾器除雾，除去烟气中的浆液雾滴。同时要用电厂工艺水按顺序不时地冲洗除雾器。冲洗除雾器主要有两个目的，一是防止除雾器发生堵塞，二是可以把冲洗水作为补充水，稳固吸收塔的液位。
在吸收塔出口，烟气一般被冷却到50℃左右，且含有大量的饱和水蒸气。通过烟气换热器后，烟气被加热到80℃以上，主要是为了提高烟气的抬升高度和扩散能力，进而消除石膏雨现象。最后，符合电厂烟气排放标准的干净烟气经通过烟囱排向大气。
3、超级奥氏体不锈钢在湿烟囱和烟气加热器等设备中的应用
湿烟囱内衬防腐金属材料有超级奥氏体不锈钢、镍基合金、钛钢复合板等。镍基合金的耐蚀性能较好，比较典型的有Nicrofer 5923 h Mo-59 合金，Nicrofer3127h Mo-31 合金，Cronifer 1925 h Mo-926 合金等，但是，我国是贫镍国家，镍基合金造价昂贵，增加了脱硫的投资，很少有电厂采用其进行烟囱防腐。钛材虽然耐性性能也很好，但是其焊接性能较差，强度低。超级奥氏体不锈钢价格远低于镍基合金，焊接性能优良，可以与碳钢直接焊接，机械性能和加工成形性能优良，是比较符合我国国情的湿烟囱金属防腐内衬。美国湿烟囱多采用镍基合金C-276，较苛刻的工况下采用C-22，随着FGD系统设计和运行参数的优化，美国也开发和应用了超级奥氏体不锈钢AL-6XN。德国大量应用超级奥氏体不锈钢Alloy-926和Alloy-31进行湿烟囱防腐，条件苛刻的情况下采用镍基合金Alloy-59。日本开发了超级奥氏体不锈钢YUS260和YUS270用于烟囱防腐。可以看出，超级奥氏体不锈钢是湿烟囱和烟气加热器等设备中很好的选择并且已经投入使用。
254SMo是6Mo钢中常用的一种，具有非常优良的抗点蚀能力，广泛应用于海水等富含卤离子的工业处理设备中，可用来替代镍基合金或钛等昂贵的材料，在湿法烟气脱硫系统中也有了少量的应用。本文以254SMo为例，研究了6Mo超级奥氏体不锈钢在湿烟囱和烟气加热器中的耐蚀性能。
3.1 极化曲线试验
3.1.1 试样制备
试验材料为316L、317L和254SMo，其主要成分见表1。
3.1.2 试验方法
试验采用三电极系统，工作电极为自制所测材料的平面电极，参比电极为饱和甘汞电极（SCE），辅助电极为铂电极。电位扫描速度为1mV/s，扫描频率为2Hz，试验仪器为武汉科斯特仪器公司的CS314电化学工作站以及DK-S22恒温电加热水箱。试验介质为上海某电厂烟气冷凝液（pH=1.84），再向烟气冷凝液中加入NaCl，配制1000mg/L和40000mg/L两种不同Cl-浓度的试验介质溶液，其他离子浓度保持不变。试验温度选择50℃，温度控制精度为0.1℃。用动电位扫描法测试材料的点蚀电位，试验从相对参比电极-400mV开始扫描，一直到阳极电流到达0.2~1.0mA/cm2时结束。每种材料在同样工况条件下各做3次重复试验，以确保试验结果真实可靠。
3.1.3 试验结果
图1为316L不锈钢和317L不锈钢在1000mg/LCl-烟气冷凝液以及254SMo超级奥氏体不锈钢在40000mg/LCl-烟气冷凝液中的极化曲线。
图1 三种不锈钢材料在不同Cl‑浓度烟气冷凝液中的极化曲线
可以看出，在Cl-浓度为1000mg/L烟气冷凝液重，316L的点蚀电位比317L低。不锈钢的点蚀电位一般会随着溶液介质中Cl-浓度升高而降低，但是，当烟气冷凝液中Cl-浓度达到40000时，254SMo的点蚀电位仍然很高，处于过钝化状态，可见，254SMo在较高Cl-浓度的烟气冷凝液中的耐点蚀性能较好。254SMo中Cr和Mo等合金元素的含量较高，其中，Cr是形成钝化膜的主要元素，提高Cr含量可以使钝化膜更加稳定；而较高的Mo含量，能使钢的表面在有Cl-存在的介质中形成MoOCl2保护膜，从而有效防止Cl-穿透钝化膜。
极化曲线中维钝电流的大小可以表征不锈钢的均匀腐蚀速率，根据法拉第定律，腐蚀电流指标和重量指标之间存在严格的定量关系，腐蚀电流越大，金属腐蚀速率越快，代表材料的耐均匀腐蚀性能越差。说明耐均匀腐蚀的性能254SMo＞316L＞317L。
3.2 现场挂片试验
为了验证实验室的试验结果，本文进行了电厂挂片试验，将3种不锈钢换热管材料制成挂片试样，放在上海某电厂100W机组吸收塔后的烟道内，试验326天后取出，查看管材试样腐蚀形貌并与试验前比较，测量失重量并计算出各材料的腐蚀速率。
三种不锈钢材料的腐蚀速率如图2所示，从图中可以看出，317L的腐蚀速率比316L稍高，分别为0.081μm/a和0.069μm/a，这和极化曲线试验的试验结果是一致的。254SMo的腐蚀速率要比前面二者小得多，为0.013μm每年，由于称重误差的存在，254SMo的腐蚀几乎可以忽略不计。可以看出254SMo在实际运行条件下，耐均匀腐蚀的性能较好。
图2三种不锈钢在实际烟道的腐蚀速率
4、超级奥氏体不锈钢在脱硫吸收塔中的应用
烟气脱硫工艺中吸收塔的腐蚀环境同样很恶劣，尤其在吸收塔烟气入口处的干/湿交界处，一般Cl-浓度约为5000～60000mg/L，F-浓度为2000～6000mg/L，SO42-浓度为4000～50000mg/L，pH值为2.0～3.5。镍基合金C-22对硫酸溶液和高浓度的氯离子环境有非常好的耐蚀性，优先考虑它作为吸收塔入口的防腐材料。吸收塔底浆液的pH一般为5~6，Cl-浓度一般控制在20000ppm，目前国内多以非金属防腐材料和不同等级的耐腐蚀合金作为防腐材料，其中金属主要包括316L、317L、904L、AL-6XN等奥氏体不锈钢，C-276、C-22等镍基合金以及2205等双相不锈钢。
大多数火电厂的FGD装置选择非金属材料作为主要防腐材料，主要是由于他们的投资成本低，且不受溶液中高Cl-浓度的影响，但是其耐高温性能差，维修费用高。而近年来美国和德国所建的全合金FGD系统可在电厂的使用中保证零维护(ZM)，大提高了系统的可靠性、稳定性和运行效率，而降低了设备的生命周期成本(LCC)。在美国北部，超过40%的吸收塔选用不锈钢材料。因此，用合金材料取代非金属材料是FGD装置选材的一个方向。
5、结论
2）极化曲线实验和现场挂片实验表明254SMo在烟气冷凝液中的耐蚀性能优异，能够满足湿烟囱和烟气加热器等设备的工况条件；
3）超级奥氏体不锈钢904L和AL-6XN等能够很好的应用在脱硫吸收塔中，并且吸收塔用合金材料代替非金属材料是一个很好的选材方向。
参考文献（略）
（作者：上海电力学院赵阳等）