火電廠煙囪防腐的解決方案

賀朝鑄，代萬昆，韓朋成，周舒璇，賀康錦

（武漢博奇環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，武漢 430223）

隨著國內(nèi)環(huán)保治理的深化，濕法脫硫后的煙囪腐蝕問題越來越突出，特別是脫硝以后，大量的SO2轉(zhuǎn)化成SO3，火電廠濕煙氣對煙囪的腐蝕更為嚴重，甚至對電廠的安全運行造成了巨大威脅，到了非治理不可的地步。雖然許多防腐公司也看到了問題的嚴重性，但在沒有充分了解濕煙氣的特性、腐蝕機理及煙囪的結(jié)構(gòu)特點，且不具備設計研發(fā)能力的情況下，使用了各種不恰當?shù)姆栏牧?，給顧客造成重大損失，迫使部分業(yè)主不得不選用稀有金屬鈦板、鎳基合金板或全進口賓高德產(chǎn)品。這些防腐材料不僅價格高而且施工周期長、施工要求高，特別是鈦板，在計劃經(jīng)濟時代是國家控制的戰(zhàn)略物資?！按蟛男∮谩痹斐闪藝乐氐睦速M，使得用戶在防腐方案的選擇上很矛盾。

1 引言

稀有金屬通常指在自然界中含量較少或分布稀散的金屬。它們難于從原料中提取，在工業(yè)上制備和應用較晚。但在現(xiàn)代工業(yè)中有廣泛的用途，如用于制造特種鋼、超硬質(zhì)合金和耐高溫合金，在電氣工業(yè)、化學工業(yè)、陶瓷工業(yè)、原子能工業(yè)及火箭技術(shù)等方面。稀有金屬主要有稀土、鍺、鉬、鉭、鍶、 銻、鎘、銥、鉍、銠、鈦、鎳、鋯、鉻、鈷等。

鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。我國于1956年開始鈦和鈦合金研究；20世紀60年代中期開始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。但由于鈦是地球上極為珍貴的金屬，因此鈦合金的價格十分昂貴，同時鈦合金的加工工藝難度也很大，連美國也只將鈦合金用于建造航天器。

2 火電廠煙囪防腐領域現(xiàn)狀

目前，在國內(nèi)火電廠煙囪防腐領域也面臨類似的情形，在國家相關主管部門無明確政策導向的情況下，大量使用鈦合金板，造成國家戰(zhàn)略資源的重大浪費。鈦為稀有金屬，價格昂貴，為國家的戰(zhàn)略物資。目前，電廠煙囪大量采用1.2～1.6mm厚鈦合金板復合材料進行防腐，實際上是一種質(zhì)量過剩行為。而且，因鈦合金板復合材料較薄，軋制和復合過程中易受雜質(zhì)影響而出現(xiàn)穿透或透露情況，帶有此類缺陷的鈦鋼復合板在使用過程中遇煙氣腐蝕會出現(xiàn)嚴重的“點蝕”現(xiàn)象（雙面電化學腐蝕）。同時，現(xiàn)場組合時，對鈦合金板的焊接過程要求較高，焊接材料和焊接工藝的選擇直接影響焊縫質(zhì)量，對焊工的技術(shù)水平要求也極高，實際應用中經(jīng)常因焊接缺陷導致基層碳鋼內(nèi)筒的腐蝕。

中國電力規(guī)劃設計總院2009年通過對226個已經(jīng)脫硫改造的煙囪的調(diào)研，包括六大類13種防腐方案。結(jié)果發(fā)現(xiàn)尤以聚脲、薩維真、OM涂料等薄膜類涂料和國產(chǎn)泡沫玻璃磚進行防腐的煙囪出現(xiàn)開裂、沖刷或脫落現(xiàn)象最為嚴重。其出現(xiàn)問題的比例分別為聚脲和薩維真約占90%、國產(chǎn)泡沫玻璃磚約占50%、OM涂料約占40%、其次玻璃鱗片約占25%，耐酸膠泥（砂漿）約占20%；采用耐酸膠泥砌筑耐酸磚煙囪的酸液滲漏也很嚴重，約占20%。盡管不是全部濕煙囪，但是反饋的結(jié)果反映出我國目前脫硫煙囪防腐工程出現(xiàn)的問題較多，涉及面較廣，出現(xiàn)滲漏的比例較高。有的工程項目僅投運2個月即發(fā)現(xiàn)泡沫玻璃磚脫落導致鋼內(nèi)筒局部穿孔腐蝕；有的脫硫煙囪改造工程項目投運后4個月由于泡沫玻璃磚開裂、脫落，造成對鋼筋混凝土的腐蝕，致使部分酸液沿煙囪外筒壁滲漏。不少工程剛剛防腐改造后，運行不到半年，煙囪筒壁外就出現(xiàn)明顯的酸水滲漏，脫硫煙囪受到腐蝕的速度太快。濕煙囪防腐的關鍵是將內(nèi)襯做成整體密閉，用防腐材料作防水、防漏、防滲。由于燃煤的來源和成分極多且復雜，煙氣中腐蝕介質(zhì)也就很復雜。濕煙囪可信賴的鈦鎳合金對有些酸性介質(zhì)的防腐能力還不足。防腐材料主要有陶瓷、玻璃和樹脂復合材料。玻璃和陶瓷類防腐材料（粘貼泡沫玻璃磚和泡沫陶瓷磚等）不可能作大塊，在整體性和密閉性上出現(xiàn)問題比較嚴重。玻璃鋼復合材料可以滿足多種功能和工況的要求，是煙囪防腐工程優(yōu)先選擇的材料，在歐美地區(qū)采用的越來越多，使用的空間越來越廣。

用復合材料代替鈦鎳合金的使用是一種趨勢。和很多技術(shù)的推廣路線一樣，復合材料最先開始應用在航空航天與軍事領域，然后轉(zhuǎn)向民用領域。

在復合材料研究領域的科學與技術(shù)難題中，材料結(jié)構(gòu)效率與可靠性的矛盾是最難解決的。和很多材料一樣，復合材料結(jié)構(gòu)的高效率與高可靠性很難兼顧，是一對矛盾。復合材料的性能分散性和服役環(huán)境的不確定性是制約復合材料及結(jié)構(gòu)工程化應用最大的問題。我國從20世紀80年代便開展了復合材料項目研究，但由于復合材料基礎研究薄弱、缺乏原創(chuàng)性技術(shù)等原因，制約了復合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 煙囪防腐的最優(yōu)解決方案

3.1 國內(nèi)火電廠煙囪防腐領域市場容量預測

根據(jù)我國經(jīng)濟形勢的發(fā)展，2012年新增裝機容量約8500萬kW。中電聯(lián)數(shù)字顯示：2012年，預計全社會用電量增速在8.5%～10.5%之間，全年用電量為5.14億kW·h，可能呈現(xiàn)“前低后高”分布，年底全國發(fā)電裝機容量達到11.4億kW。其中水電2.5億kW，火電8.1億kW，核電1357萬kW，并網(wǎng)風電5900萬kW。由于全國電力工業(yè)繼續(xù)保持較快增長勢頭，電力需求不斷增加，所以火電行業(yè)將會繼續(xù)保持高速發(fā)展，“十二五”火電行業(yè)脫硫需求依然旺盛。根據(jù)《電力工業(yè)“十二五”規(guī)劃研究報告》，到2015年火電裝機容量將達到9.63億kW。按每60萬kW一臺煙囪計算，2015年底全國需要進行防腐的煙囪約1605個，按平均每臺煙囪防腐投資2000萬元算，僅國內(nèi)煙囪防腐市場潛在容量就達320億元。按每年1/3的煙囪需要進行防腐（包括維修改造）計算，到2015年防腐市場容量將達100億元。如果這些煙囪全部采用鈦鎳合金制造，制造成本會大幅上升，而且會造成國家資源的嚴重浪費。

3.2 火電廠煙囪防腐的最優(yōu)解決方案

玻璃鋼復合材料是一種成本低，來源廣的新材料，目前玻璃鋼復合材料在煙囪防腐領域的應用在國外已越來越普遍，而且其在耐混合煙氣腐蝕、可施工性、價格等方面的優(yōu)勢遠遠高于鈦鎳合金材料。電廠濕法脫硫煙囪防腐用玻璃鋼復合材料可分為以下兩類：

（1）結(jié)構(gòu)型玻璃鋼復合材料

結(jié)構(gòu)型玻璃鋼復合材料不僅要滿足防腐的性能，還要承受自身的結(jié)構(gòu)力，通過整體纏繞、大塊預制拼接形成整體密封的排煙筒結(jié)構(gòu)，是目前行業(yè)普遍推薦的防腐方案。但這種防腐方案存在以下劣勢：1）承受結(jié)構(gòu)載荷，具有較大的風險；2）由于受力需要，勢必增加材料厚度及用量，大幅提高成本；3）施工難度大，工序復雜，容易引發(fā)火災。

（2）功能型玻璃鋼復合材料

功能型玻璃鋼復合材料一般分為3層結(jié)構(gòu)，即底層、結(jié)構(gòu)層和面層，通過在基體噴涂形成底涂層 + 復合結(jié)構(gòu)層 + 防腐耐磨面層的多層復合材料結(jié)構(gòu)，使煙囪內(nèi)壁完全處于防腐層的保護之下，可有效解決在火電廠煙囪防腐方案的選擇中存在的成本、質(zhì)量和壽命問題，使三者達到一個最佳的結(jié)合點，從而有效解決了國內(nèi)濕法脫硫煙囪的防腐問題。功能型玻璃鋼復合材料與其他煙囪防腐方案的對比如下表所示。

功能性玻璃鋼復合材料與其它煙囪防腐方案的比較表

4 結(jié)論

用復合材料代替鈦鎳合金的使用是一種趨勢。我國復合材料基礎研究不足、關鍵技術(shù)未能實現(xiàn)突破，是復合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展停滯不前的根本原因。目前，我國復合材料在應用與產(chǎn)業(yè)化方面，與國外相比至少落后10年。國內(nèi)的復合材料很多產(chǎn)品不過關，技術(shù)與性能的穩(wěn)定性都未達標。作為國務院《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中重點發(fā)展的三大新材料之一，復合材料的產(chǎn)業(yè)化備受矚目。

在火電廠煙囪防腐領域，目前能采用功能性玻璃鋼復合材料對煙囪進行防腐的單位較少，據(jù)調(diào)查，在國內(nèi)具備相應研發(fā)和施工能力的相關廠家不超過3家。這3家企業(yè)有的是代理國外產(chǎn)品，有的企業(yè)因研發(fā)實力不夠，產(chǎn)品性能在滿足電廠煙囪復雜運行環(huán)境時，存在防腐材料脫落等缺陷，造成設計單位在選擇防腐方案時心存疑慮，不敢輕易實施方案創(chuàng)新，這也在客觀上阻礙了該方案的推廣。另外，國內(nèi)一些企業(yè)的功能性玻璃鋼復合材料防腐方案的最新研究成果，由于在短期內(nèi)沒有成熟的業(yè)績支撐，難以在工程中得到有效的推廣和實施。但是，功能性玻璃鋼復合材料防腐方案作為一種國內(nèi)外公認的最佳防腐方案，代替其他煙囪防腐方案已是一種必然的趨勢。因此建議國家主管部門限制鈦鎳合金材料在電廠煙囪防腐領域的使用，大力推廣功能性玻璃鋼復合材料的應用，促進煙囪防腐領域的可持續(xù)發(fā)展。

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