李雄飞，靳虎，马卫杰
（西安航天源动力工程有限公司，陕西 西安710100）
［摘 要］烟气氨法脱硫系统中高（浓度）氯离子环境下诱发的设备腐蚀、失效及系统停运问题是制约其稳定运行的关键因素，且会降低副产物硫酸铵的质量。为提升烟气氨法脱硫设备的耐腐蚀性与系统运行的稳定性，深入探讨高氯离子环境下脱硫系统设备的设计选型与优化——针对吸收塔开展材料优选、局部结构优化及防腐策略研究，提出适用于不同氯离子浓度条件下的设备设计选型原则与优化设计对策；针对机泵、管道、阀门等易腐蚀设备，提出选材原则、防腐措施及改进方向等方面的优化设计对策。上述优化设计应用于新疆某新建氨法脱硫系统后，经长时间运行验证，效果良好。有关研究与实践表明，通过优选耐腐蚀材质、优化流体流经区域的结构与布局、实施多重防腐措施以及改进机泵密封形式等，能够构建一套确保高氯离子环境下烟气氨法脱硫系统安全可靠运行的综合防护体系。
［关键词］烟气氨法脱硫系统；高氯离子环境；优化设计；防腐措施；吸收塔；机泵；管道与阀门；案例分析
［中图分类号］X701.3 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）04-0072-04
0 引 言
氨法脱硫作为一种高效的湿法烟气脱硫技术，凭借其占地面积小、吸收效率高、运行能耗低、副产物可资源化等优势，在工业烟气治理中广泛应用[1]。其基本原理为，利用氨与SO2反应并最终生成硫酸铵[两步吸收过程SO2+H2O+NH3=NH4HSO3、SO2+H2O+2NH3=(NH4)2SO3，加氨过程NH4HSO3+NH3=(NH4)2SO3，氧化过程2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4]。烟气氨法脱硫系统主要子系统包括烟气系统、吸收系统、脱硫剂供应系统、硫酸铵分离系统等，其核心设备为吸收塔，通常采用空塔喷淋式吸收塔，塔内设置浆液区、浓缩区、吸收区。氨法脱硫工艺不仅能够满足严格的超低排放要求，还符合现阶段“双碳”政策，因其不产生额外的CO2、不产生固废，且能同时实现副产物硫酸铵的资源化利用，是石油化工、煤化工企业配套燃煤锅炉的首选脱硫工艺，在工业烟气处理中具有重要的地位与广阔的应用前景。
烟气氨法脱硫系统脱硫浆液循环过程中，氯离子因难以随硫酸铵排出而持续富集。浆液中的氯离子主要来源于烟气中的氯化物、工艺水补水、氨水，通常脱硫浆液氯离子浓度需控制在40 g/L以下，但部分企业因脱硫浆液中氯离子循环富集、锅炉燃料煤煤质等因素导致脱硫浆液氯离子浓度高达120～240 g/L，这对氨法脱硫系统形成严峻挑战，高（浓度）氯离子环境下诱发的设备腐蚀、失效及系统停运问题成为制约其稳定运行的关键因素：首先，氯离子会对脱硫设备造成严重腐蚀，尤其是破坏不锈钢钝化膜——研究表明，当不锈钢表面接触到含有氯离子的介质时，氯离子会优先吸附在钝化膜表面，与其中的阳离子结合生成可溶性氯化物，从而导致钝化膜的溶解与设备腐蚀加剧[2]；其次，高浓度的氯离子会影响脱硫系统运行的稳定性，造成硫酸铵溶液密度升高，无法正常结晶出料，进而影响SO2吸收效果，最终导致外排尾气超标；此外，氯离子腐蚀释放的铁离子会进一步干扰硫酸铵的结晶过程，降低副产物质量。
为提升烟气氨法脱硫设备的耐腐蚀性与系统运行的稳定性，满足工业烟气治理的实际需求，需分析高氯离子环境对烟气氨法脱硫设备的影响，围绕高氯离子环境下脱硫系统设备设计选型与优化展开深入探讨——重点针对吸收塔开展材料优选与局部结构优化研究，提出适用于不同氯离子浓度条件下的设备设计选型原则与设计优化对策；并针对机泵、管道、阀门等易腐蚀设备，提出选材原则、防腐措施及改进方向等方面的设计优化对策。
1 高氯离子环境下吸收塔的相关设计
1.1 吸收塔材质选择
高氯离子环境下，吸收塔本体的材质选择至关重要，直接影响其耐腐蚀性能与使用寿命。常见吸收塔用材包括玻璃钢（FRP）、碳钢内衬玻璃鳞片、碳钢内衬合金钢、哈氏合金C276等（不同材质的吸收塔性能对比如表1）。其中，玻璃钢具有优异的耐腐蚀性，但其机械强度相对较低，且在长期高温环境下易发生老化现象[3]；碳钢内衬玻璃鳞片则结合了碳钢的高强度与玻璃鳞片的耐腐蚀性，适用于中等浓度氯离子环境，但其焊缝缺陷易引发局部腐蚀，在高氯离子环境下防腐层可能存在脱落风险[4]；碳钢内衬合金钢通过在碳钢基层衬合金复合板（如通过爆炸焊衬2 mm厚2507双相不锈钢）提高其耐腐蚀性能，但成本较高且焊接工艺复杂；哈氏合金C276以其卓越的耐腐蚀性能被广泛应用于极端环境，但高昂的价格限制了其在大规模工业项目中的推广应用。从综合经济性看，吸收塔选用玻璃钢或碳钢内衬玻璃鳞片性价比较高，在局部强腐蚀性区域可内衬合金钢，具体选材可据氯离子浓度、操作温度、项目预算等因素权衡。
1.2 吸收塔易腐蚀部位优化设计
为提升吸收塔本体的抗氯离子腐蚀能力，内部浓缩段及塔底区域需进行相应的优化设计。首先，由于吸收塔入口烟道位于干湿界面区域，易形成积料、结垢、氯离子富集及腐蚀，因此设计上将距塔壁约2 m的烟道以15°～25°倾角斜插入塔，并在烟道底面及侧面布置间隔式高压全覆盖冲洗装置（冲洗装置材质宜选耐腐蚀性能优异的2507双相不锈钢、1.4529镍基超级奥氏体不锈钢或哈氏合金C276），通过定时冲洗避免积料，且干湿界面区域烟道壁板应采用碳钢衬2 mm厚2507双相不锈钢或直接选用6 mm厚哈氏合金C276，以增强抗腐蚀能力。其次，烟气氨法脱硫工艺常采用塔内饱和结晶，导致含固物料易在塔底长期聚集，使塔底及底圈壁板面临严重腐蚀风险，其在高氯离子环境下的腐蚀磨损风险尤为高，为避免物料结垢引发的腐蚀，需配置塔底物料搅拌装置，通过循环泵打循环扰动塔底物料，并将扰动喷嘴倾斜45°设置，使其产生轴向与径向双向流体扰动，以有效消除死角，避免物料沉积结垢。还有，吸收塔浓缩喷淋层区域塔壁亦存在严重腐蚀与积料问题，积料会加速防腐层脱落，可在该区域塔壁增设含碳化硅玻璃钢耐磨板，并配套设置面向塔壁的环管冲洗系统，既能防止塔壁腐蚀，又可及时清除积料，以保障原有防腐涂层的完整性。
1.3 喷淋层设计及材质选择
喷淋层作为吸收塔的核心构件之一，其设计与材质选择直接影响系统的运行效率与稳定性。高氯离子环境下，为应对氯离子的强腐蚀性，喷淋层喷淋管通常应采用玻璃钢或2507双相不锈钢材质，喷嘴则通常采用碳化硅、2507双相不锈钢等耐腐蚀材料；同时，喷淋层的布置方式也需科学设计，以实现吸收液对逆向流动烟气的均匀覆盖，避免因液体分布不均而致脱硫效率下降。实践表明，采用多层喷淋层结构并结合不同角度的喷嘴布置，可显著提升气液接触效率，并减轻氯离子对喷淋层构件的腐蚀。此外，合理调整喷淋层与上层填料的整体间距，有助于优化吸收塔内流场分布，利于进一步提升脱硫效率并减少氯离子对塔内构件的侵蚀。
1.4 不同氯离子浓度下的选材及防腐措施
更多内容详见《中氮肥》2026年第4期