位承君，葛紅花，徐學(xué)敏，陶潔婷

　　上海電力學(xué)院，上海熱交換系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心，上海高校電力腐蝕控制與應(yīng)用電化學(xué)重點實驗室，上海，中國，200090

　　Email:weichengjun88@126.com

       作者簡介：

　　位承君，1986年4月出生，河北人，碩士研究生，現(xiàn)就讀于上海電力學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，上海市腐蝕科學(xué)技術(shù)學(xué)會會員，中國電機(jī)工程學(xué)會會員，上海熱交換系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心、上海高校電力腐蝕控制與應(yīng)用電化學(xué)重點實驗室實驗員。主要研究方向為電廠水處理，金屬腐蝕與防護(hù)。參與上海市科委2008重點科技攻關(guān)項目：封閉式熱交換系統(tǒng)除垢緩蝕節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究和工程示范;上海市技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)專項：工業(yè)蒸汽鍋爐節(jié)能節(jié)水成套技術(shù)工藝標(biāo)準(zhǔn)制定;2010聯(lián)盟計劃：反滲透制水系統(tǒng)物理阻垢殺菌技術(shù)研究;上海市科委2010年重點科技攻關(guān)項目：水處理反滲透設(shè)備高效阻垢節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范，在國內(nèi)外發(fā)表論文4篇，申請專利3項。獲上海市研究生學(xué)術(shù)論壇二等獎，上海世博會志愿者之星稱號。

　　摘 要：通過對某脫硫煙氣凝結(jié)液的組成分析，發(fā)現(xiàn)其主要成份為稀硫酸。根據(jù)分析結(jié)果配制了兩種實驗?zāi)M液。采用極化曲線和交流阻抗譜研究了模擬脫硫煙氣凝結(jié)液中碳鋼和不銹鋼滲鋁處理對耐蝕性能的影響。實驗結(jié)果顯示：滲鋁處理可以大幅度提升碳鋼在兩種模擬液中的耐蝕性能，腐蝕速度下降98%以上;但滲鋁處理不能提高不銹鋼在模擬液中的耐蝕性能。模擬液pH值對碳鋼、滲鋁碳鋼和滲鋁不銹鋼的耐蝕性能有直接影響。

　　關(guān)鍵詞：脫硫煙氣凝結(jié)液；滲鋁；腐蝕；極化曲線

1 引言

　　上海市重點科技攻關(guān)項目(No: 08DZ2201400, 10DZ2210400)資助。

　　燃煤中含有一定量的硫，根據(jù)其存在形態(tài)可分為有機(jī)硫、無機(jī)硫(包括硫鐵礦硫和硫酸鹽硫)和單質(zhì)硫。有機(jī)硫、硫鐵礦硫及單質(zhì)硫在燃煤燃燒時均參加反應(yīng)，主要生成SO₂，其中約1%到5%氧化成SO₃。近年來，我國的燃煤鍋爐大部分采用石灰石-濕法脫硫工藝，脫硫后的煙氣仍殘留少量的SO₂、SO₃氣體，且脫硫后的煙氣溫度一般都在硫酸露點以下，因此會在煙氣中形成硫酸凝結(jié)露液，pH值一般在2到4之間，引起鍋爐尾部管道設(shè)備嚴(yán)重腐蝕^[1]。目前鍋爐尾部煙道和煙囪主要的防腐蝕工藝有采用耐蝕性材料、內(nèi)襯泡沫?；u、噴涂防腐涂料等方法^[2,3]，但都存在一定的局限性。根據(jù)電力規(guī)劃總院2009年對226個電廠煙囪的調(diào)查發(fā)現(xiàn)^[4]，目前我國脫硫煙囪所采用的13種防腐方案中有10種方案由于防腐材料本身的質(zhì)量、施工質(zhì)量等原因造成煙囪出現(xiàn)不同程度的損壞現(xiàn)象;出現(xiàn)開裂、沖刷或脫落、酸液滲漏等問題較嚴(yán)重的煙囪占煙囪總數(shù)的20%以上；根據(jù)相關(guān)規(guī)定，煙囪結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足設(shè)計基準(zhǔn)期50年要求，排煙功能設(shè)計應(yīng)滿足工藝系統(tǒng)設(shè)計壽命30年的要求。但目前有的工程僅投運(yùn)2個月即出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕。一般來講，鍋爐尾部管道的防腐蝕工藝應(yīng)遵循以下原則：防腐界面應(yīng)為完整的一體，不存在酸液侵蝕的漏洞；防腐層與基體應(yīng)保持熱膨脹的一致性；防腐材料與基體的粘結(jié)強(qiáng)度高；施工工藝成熟簡單^[5]。碳鋼和不銹鋼作為鍋爐尾部管道的常用材料，如何提高耐蝕性能成為十分關(guān)鍵的問題。有文獻(xiàn)表明^[6]，鋼材經(jīng)滲鋁后，其合金相硬度較高，具有較好的耐磨性；合金層表面的滲層對基體起到了陰極保護(hù)作用，提高了其耐腐蝕性能。本文采用電化學(xué)方法研究滲鋁對碳鋼及不銹鋼耐蝕性能的影響。

2 實驗部分

　　2.1 實驗材料與測試溶液

　　四種研究材料由某廠提供，分別為20#碳鋼、滲鋁的20#碳鋼、304不銹鋼和滲鋁的304不銹鋼。

　　將從煙氣管道收集的凝結(jié)水樣進(jìn)行分析，主要分析參數(shù)有電導(dǎo)率，pH值以及影響腐蝕的主要陰離子(Cl^-、CO₃^2-、HCO₃^-、SO₄^2-)濃度。

　　根據(jù)現(xiàn)場煙氣凝結(jié)液的組成配制兩種實驗?zāi)M液，分別記作1#和2#。配制模擬液所需硫酸，硫酸鈉均為分析純。

　　2.2電化學(xué)測試

　　將研究材料加工成面積為1×1 cm的試片，工作面背面焊上導(dǎo)線，用環(huán)氧樹脂封裝非工作面，實驗前用0-6號砂紙逐級打磨光亮后，用酒精脫脂，再用去離子水沖洗。

　　實驗采用三電極體系。以研究材料制成的電極為工作電極，鉑電極為輔助電極，參比電極為飽和甘汞電極。所有實驗均采用PARSTAT 2273電化學(xué)工作站及相應(yīng)的配套測試軟件。分別在兩種不同pH值的模擬液進(jìn)行實驗，控制水溫為65℃。將制備好的工作電極浸入模擬液，穩(wěn)定一定時間后，進(jìn)行交流阻抗譜和極化曲線的測定。

3 結(jié)果與討論

　　3.1 煙氣凝結(jié)液分析及模擬液配制

　　表1為某廠鍋爐煙氣凝結(jié)液的水質(zhì)分析結(jié)果以及兩種實驗?zāi)M液的主要組成。

表1. 煙氣凝結(jié)液分析結(jié)果及模擬液組成

　　由表1可見，煙氣凝結(jié)液呈酸性，主要陰離子為SO₄^2-，判定原液的主要成分為稀硫酸。鍋爐煙氣脫硫后仍含有少量SO₂、 SO₃氣體，與煙氣中的水汽反應(yīng)生成亞硫酸和硫酸，亞硫酸被煙氣中的氧氣進(jìn)一步氧化，最終生成硫酸。

　　pH值和電導(dǎo)率是影響凝結(jié)液侵蝕性的主要因素，1#模擬液配制時取了與煙氣凝結(jié)液相同的pH值和電導(dǎo)率，主要成分為硫酸及硫酸鈉;2#模擬液進(jìn)一步降低了pH值，主要測試溶液pH值對材料耐蝕性能的影響。

　　3.2電化學(xué)性能比較

　　圖1為四種材料分別在pH值為3.7和2的1#和2#模擬液中的極化曲線，表2為通過極化曲線得到的腐蝕電流密度I_corr和腐蝕速度的深度指標(biāo)VL。

　　由表2可見，不論是在pH值為3.7的1#模擬液中，還是在pH值為2.0的2#模擬液中，四種材料中不銹鋼的腐蝕速度均最小，碳鋼的腐蝕速度最大(比另三種材料大約2個數(shù)量級)，而兩種滲鋁材料的腐蝕速度相近。在兩種模擬液中四種材料的耐蝕性能從優(yōu)到劣依次為：不銹鋼 > 滲鋁碳鋼 ≈ 滲鋁不銹鋼 > 碳鋼。

　　從以上結(jié)果可以看出，碳鋼滲鋁后耐蝕性能得到了較大的提升，如未滲鋁碳鋼在1#測試液中的腐蝕速度為34.60mm/a，滲鋁后腐蝕速度下降至0.43 mm/a，腐蝕速度下降幅度明顯。而不銹鋼表面滲鋁后未見腐蝕速度的降低，主要原因是不銹鋼本身的耐蝕性能優(yōu)異，其在1#測試液中的腐蝕速度為0.25mm/a，而滲鋁后的腐蝕速度為0.59mm/a，這應(yīng)該是表面的鋁在測試液中的腐蝕速度。

　　比較四種材料在兩種模擬液中的腐蝕速度，可以發(fā)現(xiàn)，隨著模擬液pH值的下降，四種材料的腐蝕速度均有增大的趨勢，其中滲鋁碳鋼 、滲鋁不銹鋼、碳鋼變化明顯，碳鋼和滲鋁碳鋼的腐蝕速度增大一倍以上，滲鋁不銹鋼的腐蝕速度也增大近一倍，而不銹鋼的腐蝕速度變化不大，說明pH值對材料的耐蝕性能有直接影響。

　　滲鋁碳鋼和滲鋁不銹鋼的極化曲線、腐蝕電流密度均非常相近，在本文實驗條件下這兩種材料的電化學(xué)性能反映的其實是表面的滲鋁層的性能。#p#副標(biāo)題#e#

　　圖1. 四種材料在模擬液中的極化曲線

　　表2. 測試材料在模擬液中的腐蝕速度

　　圖2和圖3分別為四種材料在兩種模擬液中的交流阻抗譜，表3為根據(jù)交流阻抗譜擬合得到的電極/溶液界面電荷轉(zhuǎn)移電阻R_t。由表3可以看出，在1#、2#兩種模擬液中，碳鋼的電荷轉(zhuǎn)移電阻R_t最小，分別為65Ω·cm²和60Ω·cm²；不銹鋼的電荷轉(zhuǎn)移電阻R_t最大，達(dá)到幾千Ω·cm²；滲鋁不銹鋼的電荷轉(zhuǎn)移電阻大于滲鋁碳鋼。

　　碳鋼滲鋁后，電荷轉(zhuǎn)移電阻有較大幅度的增加，在1#模擬液中，滲鋁碳鋼的電荷轉(zhuǎn)移電阻比碳鋼約增大10倍;而不銹鋼滲鋁后，電極電荷轉(zhuǎn)移電阻減小。

　　圖2. 四種材料在1#模擬液中的交流阻抗譜

　　圖3. 測試材料在2#模擬液中的交流阻抗譜

表3. 四種材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻R_t

　　電荷轉(zhuǎn)移電阻越大，腐蝕電流密度越小，因此，同樣可以得出，碳鋼滲鋁后使其耐蝕性能增加。交流阻抗譜結(jié)果與極化曲線基本一致。

4.結(jié)論

　　(1)溶液分析結(jié)果表明，煙道中煙氣凝結(jié)液的主要組成為稀硫酸。

　　(2) 在1#模擬液中，碳鋼、滲鋁碳鋼、不銹鋼和滲鋁不銹鋼的腐蝕速度分別為34.6mm/a、0.43mm/a、0.25mm/a和0.59mm/a。在2#模擬液中，碳鋼、滲鋁碳鋼、不銹鋼和滲鋁不銹鋼的腐蝕速度分別為81.2mm/a、0.87mm/a、0.26mm/a和1.04mm/a。兩種模擬液中四種材料的耐蝕性能優(yōu)劣順序一致，從優(yōu)到劣依次為：不銹鋼 > 滲鋁碳鋼 » 滲鋁不銹鋼 > 碳鋼。滲鋁處理可增強(qiáng)碳鋼在模擬液中的耐蝕性能。

　　(3) 滲鋁碳鋼和滲鋁不銹鋼的極化曲線、腐蝕電流密度均非常相近，主要反映了表面滲鋁層的性能。

　　(4) 四種材料在1#模擬液中的腐蝕速度均小于2#模擬液，說明pH值對四種材料的耐蝕性能有直接影響，pH值越小材料的耐蝕性能越差。#p#副標(biāo)題#e#

References(參考文獻(xiàn))

　　[1] Hongtao Wang, Shaohua Wu, Juncong Sai, Yukun Qin, Low-temperature Corrosion and Flue-gas Reheat Problems in a Wet-method Flue Gas Desufurization System[J]. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power, 2002，101(17):469-472(Ch).

　　汪洪濤,吳少華,賽俊聰,秦裕琨,濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中的低溫腐蝕及煙氣再熱問題[J].熱能動力工程,2002，101(17):469-472.

　　[2] Yuze Jiang, Corrosion Mechanism and Prevention For Flue Gas Cleaning Equipment[J]. Corrosion & Protection,2005, 26(12): 530-533(Ch).

　　姜雨澤, 煙氣凈化設(shè)備的腐蝕機(jī)理與防護(hù)方法[J].腐蝕與防護(hù),2005,26(12):530-533.

　　[3] Zongyu Liu, Wei Song, Yuchun Cheng, Design and Application of Polyurea Anti-corrosion Coating for Concrete Surface of Flue Gas Desulfurization Devices[J]. Corrosion & Protection,2010,31(5):380-383(Ch).

　　劉宗瑜,宋蔚,程玉春, 煙氣脫硫裝置混凝土表面聚脲防腐蝕涂層設(shè)計與應(yīng)用[J].腐蝕與防護(hù),2010,31(5):380-383.

　　[4] China Power Engineering Consulting Group Corporation,The Meetings Minutes of Corrosion Techniques on Desulfurization Chimney in Thermal Power Plant,2009(Ch).

　　中國電力工程顧問集團(tuán)公司.火力發(fā)電廠脫硫煙囪防腐技術(shù)研討會議紀(jì)要[R].上海：中國電力工程顧問集團(tuán)公司,2009.

　　[5] Xueli Bai，Xiaoyong Zheng，Jin Zhang，Status Quo of Chimney Corrosion in Wet FGD System and Selection of Anti-corrosion Scheme[J]. Thermal Power Generation, 2011,40(2):84-87(Ch).

　　白學(xué)利,鄭曉永,張瑾,濕法脫硫煙囪腐蝕現(xiàn)狀及防腐方案的選擇[J].熱力發(fā)電,2011,40(2):84-87.

　　[6] Canxu Zhou，Yuezhou Liu，Liang Mi，The Property Research of Carbon Steel by Hot Dipping Al[J]. Surface Technology, 2009,38(4):18-19,56(Ch).

　　周燦旭,劉越洲,糜亮,等,碳鋼熱浸滲鋁性能研究[J].表面技術(shù),2009,38(4):18-19,56.