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1、技术分析与探索2010年第2期 总第5期华电国际山东分公司安全生产部 2010年01月20日关于脱硫后烟囱防腐的技术探讨引言根据国家环保政策及法规的要求，燃煤火力发电机组必需进行烟气脱硫处理。目前，脱硫工艺采用最多的为石灰石-石膏湿法脱硫，其中自2004年以来有相当一批脱硫系统取消了烟气换热器（GGH），这就产生了所谓“湿烟囱”如何进行防腐处理的问题。目前的原烟囱一般为砼结构，八十年代以前的烟囱内衬大多为普通红砖，用水泥砂浆砌筑，八十年代后期以后的烟囱内衬多为耐酸砖或耐火砖，用耐酸胶泥砌筑。行业中目前比较关心湿烟囱防腐的问题，主要的方案有如下三个：1）硼酸玻璃砖内衬；2）玻璃鳞片烟囱内衬；3）
2、烟囱内壁喷涂聚脲等防腐涂料。华电国际山东分公司除十里泉5号机组（140MW）、淄博1、2号机组（71.5MW）正在建设脱硫设施外，其余机组脱硫设施已全部投入运行。除青岛公司4300MW机组采用海水脱硫、淄博公司2140MW机组采用循环流化床脱硫外，其他机组全部采用采用石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺。其中莱城1-2号机组、邹县1-4号机组不设置GGH换热器。脱硫后烟囱具体情况见下表：华电国际山东分公司脱硫烟气排放及烟囱防腐情况调查表机组脱硫工艺GGH排烟温度OC烟囱防腐工艺烟囱内筒材料青岛1-4海水有76没防腐钢内筒潍坊1-2石灰石湿法有80没防腐耐火砖耐酸胶泥砌体潍坊3-4石灰石湿法有80没防腐耐
3、酸砖耐酸胶泥砌体淄博3-4循环流化床138没防腐耐酸砖耐酸胶泥砌体章丘1-2石灰石湿法有90没防腐耐火砖耐酸胶泥砌体章丘3-4石灰石湿法有87没防腐耐火砖耐酸胶泥砌体莱城1-2石灰石湿法无50内衬发泡玻璃砖耐酸砖耐酸胶泥砌体莱城3-4石灰石湿法有80没防腐耐酸砖耐酸胶泥砌体邹县1-4石灰石湿法无53内衬发泡玻璃砖顶、底部耐火砖酸胶泥砌体，中部红砖水泥砂浆砌体邹县5-6石灰石湿法有80内衬发泡玻璃砖耐酸砖耐酸胶泥砌体邹县7-8石灰石湿法有80剐涂防腐涂料钢内筒十里泉6-7石灰石湿法有80没防腐耐酸砖耐酸胶泥砌体滕州1-2石灰石湿法有80没防腐耐火砖耐酸胶泥砌体滕州3-4石灰石湿法有80没防腐耐火
4、砖耐酸胶泥砌体下面就烟囱腐蚀工况，以及防腐方案做一些分析与探讨。一、湿法脱硫烟气的特点及烟囱防腐的必要性1、湿法脱硫烟气的特点及对烟囱的影响烟气经过脱硫后，虽然烟气中的二氧化硫的含量大大减少，但是，洗涤的方法对除去烟气中少量的三氧化硫效果并不好。由于经湿法脱硫，烟气湿度增加、温度降低，烟气极易在烟囱的内壁结露，烟气中残余的三氧化硫溶解后，形成腐蚀性很强的稀硫酸液。脱硫烟囱内的烟气有以下特点：1）烟气湿度大，处于饱和状态的湿烟气含有的腐蚀性介质在烟气压力和湿度的双重作用下，烟囱内侧结构致密度差的材料内部很易遭到腐蚀，影响结构耐久性。2）湿法脱硫烟气温度：45-50(无GGH条件)，75-80(有
5、GGH条件)。酸液的温度在40-80时，对结构材料的腐蚀性特别强。以钢材为例，40-80时的腐蚀速度比在其它温度时高出约3-8倍。3）烟气冷凝液中存在一定浓度的强腐蚀性离子，如硫酸根、硝酸根、氯离子和氟离子等，脱硫后的烟气低温、高湿、冷凝结露突出，渗透能力强。2、电厂烟囱运行工况目前，电厂烟囱主要在以下三种工况下运行：1）排放未经脱硫的烟气（或旁路全开），进入烟囱的烟气温度在125左右。在此条件下，烟囱内壁处于干燥状态，烟气对烟囱内壁材料不直接产生腐蚀。2）排放经湿法脱硫后的烟气，并且烟气经烟气换热器系统加热，进入烟囱的烟气温度在80左右，烟囱内壁有轻微结露，导致排烟内筒内侧积灰。根据排放烟气
6、成分及运行等条件的不同，结露腐蚀状况将有所变化。3）排放经湿法脱硫后的烟气，未经烟气换热器加热升温，进入烟囱的烟气温度在40-50，烟囱内壁有严重结露，沿筒壁有结露的酸液流淌。3、烟囱防腐的必要性1）目前了解的脱硫烟囱腐蚀事例看：对于砖砌体结构的排烟内筒或内衬，由于烟气正压运行的因素，烟气冷凝结露渗漏非常突出，且出现状况的速度很快；对于钢内筒结构的排烟内筒，由于局部防腐层的脱落导致短时间内钢内筒筒壁腐蚀穿透和渗漏状况。2）防腐方案失效因素：施工质量不高、耐久性考虑不足、烟气气流冲刷磨损、烟气温度变化引起的开裂等。3）腐蚀速度：砖砌排烟内筒严重渗漏（1个月左右）， 钢内筒腐蚀透和渗漏（ 6个月左
7、右）。二、目前国内(外)湿法脱硫烟囱防腐防渗设计方案1、烟气湿法脱硫、有GGH条件1）一般选用耐酸砖套筒或钢套筒烟囱方案。2）砖内筒的防腐防渗方案主要是在砖内筒外表面设置耐酸砂浆封闭层（大部分）的措施实现，设计上砖内筒分段设缝连接是隐患。3）钢内筒的防腐防渗一般是设防腐涂层或耐酸砂浆防护层的措施，属于常规考虑的方案，经济性差些。2、烟气湿法脱硫、无GGH条件1）烟囱及排烟内筒结构a.一般选用套筒式或多管式烟囱方案。b.排烟内筒选用钢内筒结构，内做防腐层，选用比例较高，可达80以上。c.排烟内筒也有选用耐酸砖砌体，即砖套筒方案，选用比例很少，主要是缝的渗漏状况难解决。2）钢内筒防腐防渗方案a.钛
8、钢复合板：耐久性好，设计、加工制作、焊接安装都有国标，有一定量的工程应用事例，但经济性差。b.发泡玻璃砖是设计和投资方目前条件下都能接受的妥协方案，耐久性和经济性居中，也出现过温变开裂、脱落、腐蚀渗漏状况，目前应用比例较高（80左右）。c.防腐涂层方案（主要指涂料类）：品种多，难把握，经济性好，但耐久性差，应用不多。三、脱硫后烟囱内衬材料1、烟囱内筒选择内衬的原则：1）技术可行性，满足复杂化学环境下的防腐要求。2）经济合理，较低的建筑成本，一次性投资费用要低。3）施工条件好，质量控制方便，施工周期短。4）运行维护费用低，并且方便检修。需注意的是，用材的选择不仅应考虑初期成本，还应综合考虑装置的
9、可靠运行周期（即大修周期）和总使用寿命等相关问题。欧美等发达国家电厂烟气脱硫开始的时间比较早，根据国内外的经验，目前湿法脱硫后的烟囱内筒内衬防腐主要有四类形式：1）采用耐酸腐蚀的金属合金薄板材作内衬，内衬材料包括镍基合金板（C-276、C22）、钛板（TiCr2）等。2）采用耐腐蚀的轻质隔热的制品粘贴，隔绝烟气和内筒接触，如发泡耐酸玻璃砖内衬。3）第三类采用耐酸、耐热、隔热、保温；隔绝烟气和钢内筒接触，使用喷涂方式内衬安装，如VP烟囱内衬。4）玻璃鳞片、聚脲等涂层防酸腐蚀涂料。2、脱硫后烟囱内衬材料1）镍基耐蚀合金板C-276合金是一种含钨的镍-铬-钼合金，其硅、碳的含量极低，在氧化和还原状态
10、下，对大多数腐蚀介质具有优异的耐腐蚀性，出色的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀性能。较高的钼、铬含量使合金能够耐氯离子的侵蚀，钨元素也进一步提高了其耐腐蚀性。近年来，国际国内市场镍价持续上涨，使得C276合金材料初期成本较高，制约了C-276耐腐合金在脱硫烟囱中的应用。钢内筒钢板与C-276内衬合金板有工厂轧制复合和现场挂贴等方式。国外C276合金广泛应用于脱硫塔及烟囱中。由于C276合金材料初期成本较高等原因，国内尚无应用于烟囱内筒耐腐内衬的工程实例。2）钛板(TiCr2)内衬钛是一种很耐腐蚀的材料，这是由于钛的表面容易生成稳定的钝化膜，钝化膜是由几纳米到几十纳米厚的极薄的氧化钛构成，在许多环境
11、中是很稳定的，并且一旦局部破坏还具有瞬间再修补的特性，但必须认识到这层氧化膜被破坏后，若不存在修复的环境介质，或环境介质有限，这时钛的腐蚀速度比钢还大。常温下钛的化学活性很小，能与氢氟酸等少数几种物质发生反应，但温度增加时钛的活性迅速增加，特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应，从而产生腐蚀。故应对工程实际烟气成份及结露情况进行分析后（谨慎）应用。3）发泡耐酸玻璃砖内衬发泡耐酸玻璃砖是以硼酸玻璃为基础制成的，耐各种浓缩酸（除5以上的氢氟酸）和包括氯化物在内的废气冷凝液的腐蚀，导热性低。由发泡耐酸玻璃砖以及粘结剂人造橡胶形成的防腐衬里，在化学环境与温度变化的情况下，都具有防腐能力。由于其导热性
12、低，使原来的烟囱内衬和保温层结构合二为一。玻璃砖由粘合材料直接粘贴于烟内筒内表面，并由粘合材料对玻璃砖间的缝隙勾缝，阻断了烟气对内筒结构的腐蚀。粘结料的防腐、耐久性是关键，它的老化、开裂都将直接影响到整体内衬系统的防腐性能。玻璃砖的强度较金属要低得多，但其强度要求必须能耐烟气冲击。玻璃砖在国外烟囱有应用。但底剂的选择非常重要，国内的底剂普遍都难以达到要求，国外有成熟的应用在烟囱内衬的底剂，已经有30年以上的使用业绩。4）耐蚀鳞片胶泥内衬鳞片胶泥含有10%-40%片径不等的玻璃鳞片，胶泥在施工完毕后，扁平型的玻璃鳞片在树脂连续相中呈平行重叠排列，从而形成致密的防渗层结构。腐蚀介质在固化后的胶泥中
13、的渗透必须经过无数条曲折的途径，因此在一定厚度的耐腐蚀层中，腐蚀渗透的距离大大的延长，相当于有效地增加了防腐蚀层的厚度，鳞片胶泥采用的基体树脂是高性能的乙烯基酯树脂，该类型树脂具有较环氧树脂更好的耐腐蚀性能。由于基体树脂是有机材料，鳞片胶泥的寿命保证期为510年。根据国内脱硫的实际运行情况，温度的冲击是需要慎重考虑的因素。鳞片胶泥具有抗渗性好、施工难度小、易修补造价较低等特点。因此，鳞片胶泥在烟气脱硫设备上应用较多。国外电厂烟囱早期有应用，但现已较少采用。四、脱硫旧烟囱改造应注意事项过去的旧烟囱大部分是砖砌内衬的单筒烟囱，内衬砌在钢筋砼外筒的牛腿上，当时设计烟气流速在25M/S-28M/S，烟
14、气对排烟筒内壁冲刷比较厉害，而且过渡到湿烟囱时，很多情况下处于正压运行，因此对旧烟囱进行防腐应注意以下问题：1、当采用粘贴发泡玻璃砖时，要清理旧砖内衬的表面，用砂浆或腻子找平后，需要干燥再作防腐层施工。采用干喷时表面浮灰很难清除干净，影响粘结力。采用湿喷时又很难在短时间内达到干燥。目前对粘结胶只有承包商自报的性能指标，还没有统一、明确的取样和检验方法。不能直接判断承包商供货的粘结力和抗腐蚀能力，更难确定它们的耐久性。采用强度在1.4MP以下的泡沫玻璃砖，耐烟气冲刷能力很差。采购落后窑生产（长度40m，膨化玻璃以废旧玻璃为主）的泡沫玻璃砖，由于出窑的砖块四周与中心部位强度相差很大，同时在出厂后1
15、-2月内还有可能出现炸裂，这种砖不可能保证质量目标，同时在短时间内还很难发现这些隐患。当采用这种方案时一定要保证粘贴层的基底质量和砖及胶的到货质量。2、现在也有很多工程在原砖内衬清理后，内抹耐酸胶泥方案，通过工程实例验证效果不错，而且价格较便宜，施工方便。但是耐酸胶泥一定要控制固化后的吸水率应5%。目前市场上只有很少的耐酸胶泥达到这个标准。其次应控制耐酸胶泥的涂抹厚度，厚度太小容易开裂脱皮。第三应保证在防腐层中放置一定的钢丝网，控制防腐层裂缝宽度和脱落。3、采用两层玻璃钢薄板实现保护，第一层玻璃钢板用钛钉固定在清理后的基层上，第二层用湿糊方法贴在上一层玻璃钢板材上，形成整体的防腐筒体。但应通过
16、试验确定固定钉的分布间距，间距过大，则在烟气流动下会产生振动或脱落。这种方案从实践后不断改进可能会是较好的一种防腐方案。4、从已投运的防腐改造的旧烟囱实例中，问题多出现在薄膜的涂料，在旧的砖砌内衬上帖不住。如OM或聚脲等涂料在江苏徐塘电厂和浙江嘉兴、镇海电厂出现严重渗漏。实践说明，按现有材料及实施的工艺方法是不行的，目前不要再选这些材料和工艺作为脱硫旧烟囱改造的方案。5、对于有旁路的脱硫系统，由于在运行时，烟气有可能不进入脱硫装置，而通过旁路烟道进入烟囱。此时，烟气温度较高，一般在125左右，故设计烟囱防腐时，还必须考虑在此温度工况下运行对烟囱的影响。五、 结论及建议1、抛开价格因素，上述几种
17、防腐方案都有成功和失败的实例，关键在于根据烟囱的情况、运行条件选择适合的方案，并严格控制施工工艺，加强施工质量的保证措施。2、新建大机组湿法脱硫烟囱优先采用“一炉配一管”的配置方案；排烟内筒优先采用整体性强、密封性好的钢内筒结构，有条件时采用钛钢复合板材料。3、排烟内筒防腐防渗选用发泡玻璃砖方案时，应重点和有效控制玻璃砖的耐温变性能、耐气流冲刷性能和粘接耐久性能。4、对于已经投运脱硫设施的烟囱，不管有无GGH，有无进行防腐，只要有停机检修机会，就应对烟囱进行腐蚀情况检查。5、鉴于目前国内脱硫烟囱的防腐情况及设施运行情况，本人认为脱硫系统应尽量考虑加装GGH。本资料发至：华电国际山东分公司各部门、所属各单位抄 报：华电国际山东分公司领导、华电国际办公室、安全生产部撰写：李超 审核：段君寨11
《技术分析与探索》第2期总第5期关于脱硫后的烟囱防腐技术探讨
