無GGH 濕法脫硫煙囪防腐設(shè)計

顧赫巍，劉天英

（東北電力設(shè)計院，長春 130021）

火力發(fā)電廠燃煤產(chǎn)生的硫氧化物、氮氧化物排放對環(huán)境造成了嚴重的污染，特別是SO2的排放是造成我國大氣環(huán)境污染和酸雨不斷加劇的主要原因。近年來，隨著國家對環(huán)保要求的提高，無論是新建電廠的煙囪還是已建成的未脫硫的老廠煙囪均需增加脫硫設(shè)施，對煙氣進行處理，以減少煙氣排放對環(huán)境的污染［1］。

目前大部分脫硫采用了石灰石－石膏濕法脫硫工藝，且不設(shè)煙氣加熱（GGH）系統(tǒng)［2］。濕法脫硫工藝在火電廠中廣泛應(yīng)用，煙囪腐蝕問題也日益突出。煙氣經(jīng)濕法脫硫后在溫度、濕度上均有很大變化，進入煙囪的煙氣溫度在50℃左右，低于酸露點溫度，煙囪內(nèi)部有嚴重的結(jié)露，凝結(jié)在內(nèi)壁上，形成酸液，同時還有氟化氫和氯化物以及硝酸，這些酸液沿內(nèi)壁下流過程中，部分又被蒸發(fā)，使凝結(jié)液的酸濃度逐漸增大；另外，煙溫降低導(dǎo)致煙氣密度增大，煙囪的自抽吸能力降低，造成正壓區(qū)范圍擴大。在煙氣壓力和濕度的雙重作用下，煙氣會通過內(nèi)襯裂縫不斷滲入到煙囪內(nèi)筒表面，使煙囪內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)致密度差的材料遭到腐蝕，甚至導(dǎo)致筒壁腐蝕穿孔，因此，無GGH 系統(tǒng)的濕法脫硫煙囪，由于運行工況惡劣，排煙筒的防腐設(shè)計和施工顯得非常重要［3］。

1 煙囪結(jié)構(gòu)選型

在濕法脫硫應(yīng)用前，最常見的結(jié)構(gòu)形式是單筒煙囪。目前新建火力發(fā)電廠為了較好地解決濕法脫硫系統(tǒng)帶來的煙囪腐蝕性問題，煙囪的結(jié)構(gòu)以套筒式為主，單筒式已極少采用。而對于已建煙囪新增濕法脫硫系統(tǒng)的，大多數(shù)由于條件所限改造為防腐型單筒煙囪，也有少數(shù)工程在條件允許的情況下新增內(nèi)筒改造為套筒式煙囪。

隨著技術(shù)的發(fā)展以及規(guī)范的不斷完善，目前，國內(nèi)相關(guān)規(guī)范均對濕法脫硫煙囪的結(jié)構(gòu)選型做了較為明確的規(guī)定。GB 50051—2013《煙囪設(shè)計規(guī)范》11.2.4條規(guī)定：排放濕煙氣的煙囪，應(yīng)采用套筒式或多管式煙囪；DL 5022—2012《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》8.4.1條規(guī)定：當排放強腐蝕性煙氣時，一般應(yīng)采用套筒式或多管式煙囪；DL／T 5121—2000《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程》3.0.6條規(guī)定：當排放強腐蝕性煙氣時，應(yīng)采用多管式或套筒式煙囪（直筒型內(nèi)筒）。國際工業(yè)煙囪協(xié)會（CICIND）的設(shè)計標準要求，燃煤電廠脫硫后由于煙氣濕度通常較大，溫度很低，且煙氣中單位體積的稀釋硫酸含量相應(yīng)增加，因而，處于脫硫系統(tǒng)下游的煙囪，其煙氣通常被視為“高”化學(xué)腐蝕等級，即強腐蝕性煙氣等級，煙囪應(yīng)按強腐蝕性煙氣來考慮煙囪結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計。美國電力研究院（EPRI）《濕煙囪設(shè)計導(dǎo)則》所提供的調(diào)查、研究結(jié)論指出，濕法煙氣脫硫不加GGH 系統(tǒng)煙氣的腐蝕性為強腐蝕等級，必須給予足夠的重視。

從上述現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范的相關(guān)規(guī)定可以看出，對于強腐蝕條件下的煙囪，尤其是當前濕法脫硫工藝條件下的煙囪，應(yīng)該采用套筒式或多管式煙囪。單筒防腐型煙囪相對于套筒式煙囪，由于煙囪長期處于運行狀態(tài)，基本沒有條件進行內(nèi)部檢修，所以不容易發(fā)現(xiàn)內(nèi)部防腐層的損傷或局部破壞，也就無法及時補修，如果在煙囪外壁發(fā)現(xiàn)腐蝕狀況，此時內(nèi)襯的腐蝕可能已經(jīng)比較嚴重，這是目前我國新建煙囪采用套筒或多管式煙囪的主要原因；但是規(guī)范中并沒有對改造項目的煙囪結(jié)構(gòu)形式做規(guī)定，畢竟在濕法脫硫應(yīng)用前，單筒煙囪是最常見的結(jié)構(gòu)形式，對老廠煙囪進行改造，常受煙囪出口直徑等條件所限，無法新增為套筒或多管式煙囪，只能采取其他防腐措施。

2 防腐措施

目前我國國內(nèi)新建濕法脫硫煙囪的內(nèi)筒主要采用鋼內(nèi)筒，防腐內(nèi)襯以鈦板及賓高德泡沫玻璃磚居多。玻璃鋼內(nèi)筒在國際上應(yīng)用較廣，尤其是在美國有90%以上選擇玻璃鋼內(nèi)筒，目前在我國僅有少部分使用，隨著其技術(shù)的不斷成熟，會得到廣泛的應(yīng)用。

2.1 鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒

鈦板是國際工業(yè)煙囪協(xié)會推薦的脫硫系統(tǒng)不設(shè)GGH 情況下煙囪防腐內(nèi)襯材料之一。鈦不能用電弧焊焊接到碳鋼，為了將這種材料用作煙囪內(nèi)襯，通常采用的方法是將一定厚度的鈦板及鋼板按一定的比例爆炸復(fù)合成型，使鈦板與鋼板牢固結(jié)合在一起，然后通過熱軋方式軋制成符合規(guī)格的鈦鋼復(fù)合板。

鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒整體性強，密封性、耐久性好，設(shè)計、加工制作、焊接安裝都有國家標準，有大量的工程應(yīng)用事例。鈦鋼復(fù)合板在安裝焊接時需采用爆壓法施焊，施工難度較大，焊縫部位升溫降溫速度過快，或者受熱區(qū)域面積過大，焊縫部位鈦板塑性會下降。焊接時氬氣純度不夠、氧氣和雜質(zhì)含量過高時，將造成焊縫的部分氧化，導(dǎo)致焊縫處出現(xiàn)裂紋、氣孔等，同時鈦板與鋼板之間還極容易發(fā)生電偶腐蝕，焊縫附近發(fā)生該現(xiàn)象的可能性更大，所以采用鈦鋼復(fù)合板制作鋼內(nèi)筒時，對于焊接的要求較為嚴格，應(yīng)加強控制。

近年來，鈦板價格持續(xù)下降，并且施工工藝也有很大進步。目前在國內(nèi)許多新建電廠或煙囪改造項目中，大多優(yōu)先考慮采用鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒方案。

2.2 賓高德泡沫玻璃磚內(nèi)襯鋼內(nèi)筒

泡沫玻璃磚防腐隔熱系統(tǒng)由泡沫玻璃磚和膠粘劑組成。膠粘劑應(yīng)具有很好的彈性和耐高溫、抗疲勞、抗老化的性能，其質(zhì)量往往對泡沫玻璃磚防腐系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性起到主導(dǎo)作用。

泡沫玻璃磚分國產(chǎn)和進口2種，最有代表性的是美國Henkel公司開發(fā)的賓高德泡沫玻璃磚，其以泡沫硼硅玻璃結(jié)合人造橡膠技術(shù)制成，在暴露于脫硫系統(tǒng)酸冷液環(huán)境中具有較高的抗腐蝕性能。賓高德泡沫玻璃磚耐酸腐蝕性較好，可耐各種濃縮酸（除氖氟酸）和包括氯化物在內(nèi)的廢氣冷凝液，在高溫下也不例外，可以提供長期可靠的保護；導(dǎo)熱性極低，其卓越的絕熱功能提供了另一個好處，可以省略外絕熱層，從而進一步減輕自重，而且可以有效減少鋼內(nèi)筒的熱應(yīng)力；熱膨脹系數(shù)較低，當煙氣走旁路不通過脫硫塔，經(jīng)劇烈的再加熱過程中，以及由于空氣預(yù)熱失靈等造成的溫度突變時，都不會受到損傷；此外，安裝簡便，施工工期短，并配有專業(yè)的現(xiàn)場監(jiān)理人員進行現(xiàn)場監(jiān)制，我國現(xiàn)有應(yīng)用其做防腐內(nèi)襯的煙囪運行情況良好。

2.3 玻璃鋼內(nèi)筒

玻璃鋼是由高強度的玻璃纖維和樹脂復(fù)合而成的兼具結(jié)構(gòu)性和功能性的新型復(fù)合材料，玻璃纖維提供強度和剛性，樹脂提供耐化學(xué)性和韌性。玻璃鋼復(fù)合材料集中了玻璃纖維和合成樹脂的特性，具有輕質(zhì)高強、耐化學(xué)腐蝕、表面性能良好、隔熱性良好、可設(shè)計性及施工性能良好等優(yōu)點。成型后的增強樹脂結(jié)構(gòu)層強度與普通鋼材相當，但其密度僅為鋼材的1／4～1／5。應(yīng)用玻璃鋼排煙筒可以取消保溫層，特別適合燃煤電廠采用濕法脫硫技術(shù)但不設(shè)GGH 的煙囪運行條件。

玻璃鋼材料耐腐蝕性能優(yōu)異，雖然目前國內(nèi)工程應(yīng)用不多，但在國外早已廣泛使用。玻璃鋼與鈦鋼復(fù)合板相比造價上約節(jié)省40%，性價比高，全壽命周期成本最低，安裝后可免維護，與煙囪同壽命。隨著我國環(huán)保要求的逐步提高，特別是脫硫旁路系統(tǒng)的逐步淘汰，玻璃鋼內(nèi)筒煙囪的應(yīng)用前景將十分廣闊。

3 防腐方案的選擇

以2013年某擴建電廠為例，老廠煙囪為鋼筋混凝土單筒煙囪，高250m，出口直徑7 m，前期設(shè)計已考慮二期煙氣量，即擴建機組煙氣可排入老廠煙囪。由于老廠煙囪未脫硫，現(xiàn)為了滿足環(huán)保要求，需要在擴建的同時對老廠煙囪進行防腐改造，防腐方案也需要針對不同的機組整體方案，做出合理的選擇。

3.1 新廠采用煙塔合一

該方案無須將新廠煙氣排入老廠煙囪中，但需要對老廠的煙囪進行脫硫改造。由于老廠煙囪設(shè)計時考慮了二期煙氣排量，此方案并未利用老廠煙囪，故老廠設(shè)計時采用的7.0m 出口直徑可大大減小，經(jīng)計算，僅需5.4m 即可。采用無GGH 的濕法脫硫工藝，脫硫后的煙氣溫度約為50℃。對于強腐蝕條件下的煙囪，尤其是當前濕法脫硫工藝條件下的煙囪，應(yīng)該優(yōu)先考慮采用多管式或套筒式煙囪。由于空間較為寬敞，滿足在煙囪筒壁內(nèi)設(shè)立鋼內(nèi)筒的條件，建議采取的防腐措施是自立式鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒方案。鑒于目前國內(nèi)采用鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒的煙囪運行較為良好，雖然其一次性投資相對較高，但考慮到其成熟的技術(shù)、良好的抗?jié)B防腐和耐久性，在空間允許的情況下，該方案是較為理想的選擇。

3.2 新廠采用煤粉爐，煙塔分離

該方案新老廠共用一個煙囪，新廠煙氣排入老廠煙囪中，出口直徑需保證6.9m，與老廠的7.0m相差無幾，已無法將鋼內(nèi)筒立入老廠煙囪中，故不能采用套筒方案，需另尋防腐措施。由于此方案老廠與新廠均采用煤粉爐并濕法脫硫，脫硫后的煙氣溫度約為50℃，推薦賓高德泡沫玻璃磚防腐體系。從應(yīng)用現(xiàn)狀來看，國內(nèi)采用賓高德泡沫玻璃磚防腐內(nèi)襯的煙囪與采用國產(chǎn)泡沫玻璃磚或其他防腐內(nèi)襯的煙囪相比，使用情況相對較好，基本沒有破損與開裂現(xiàn)象，能滿足濕煙囪排煙筒運行要求。在無法設(shè)立鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒的情況下，是較理想的選擇。

3.3 新廠采用循環(huán)流化床，煙塔分離

該方案同樣新老廠共用一個煙囪，出口直徑為6.9m，僅煙氣溫度與煤粉爐方案有所不同，由于采用循環(huán)流化床方案，新廠無需濕法脫硫，新廠煙氣溫度約為127℃，而老廠需經(jīng)濕法脫硫改造，煙氣溫度約50℃，最終的煙氣由兩種不同溫度的煙氣混合而成。針對此種相對復(fù)雜的情況，鋼內(nèi)筒無法設(shè)置，同時，由于煙氣溫度復(fù)雜，最高溫度達到了120℃以上，泡沫玻璃磚難以在冷熱交替的溫度下發(fā)揮良好功效，故而采用了一種新的防腐改造措施：拆除筒壁內(nèi)側(cè)原有隔熱層及內(nèi)襯，在筒壁內(nèi)側(cè)涂3mm 厚有機硅膠粘接劑密閉層，粘貼2～3 mm 厚的玻璃鋼板，其上澆筑150～200 mm 厚密實型耐酸澆注料。該方案目前在國內(nèi)應(yīng)用不多，但其三道防線的剛?cè)釓?fù)合型防腐體系可靠性較高，并且功能型玻璃鋼作為一種防腐材料已在國外受到廣泛認同，是一個很好的選擇。

4 結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展與規(guī)范、標準的完善和改進，我國在濕煙囪防腐設(shè)計方面有了長足的進步，但為提高濕法脫硫煙囪防腐技術(shù)的整體水平，延長煙囪防腐壽命，降低煙囪全壽命成本，促進火電廠整體安全有效運行，還應(yīng)著重做好以下幾個方面的工作。

a.持續(xù)深入煙囪腐蝕環(huán)境及其影響因素的基礎(chǔ)研究。在濕法脫硫煙囪中，各種腐蝕因素錯綜交織，彼此影響，形成了復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，深入的基礎(chǔ)研究是設(shè)計、開發(fā)防腐材料和防腐方案的基本依據(jù)，同時也是判別防腐措施失效的有力手段。

b.加強防腐材料的研究。加強防腐材料的研究依然是目前濕法脫硫煙囪防腐現(xiàn)狀所需要的，按照引進、消化、吸收、再創(chuàng)新的原則，積極采用國外成熟可靠的脫硫煙囪防腐蝕材料及技術(shù)；鼓勵和支持國內(nèi)科研單位繼續(xù)深入研究和開發(fā)同時具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐高低溫循環(huán)、抗?jié)B、耐磨、耐老化、易修復(fù)、易施工且具有較低成本的防腐材料及配套技術(shù)。

c.繼續(xù)推進行業(yè)標準、規(guī)范的建立和完善。我國目前煙囪設(shè)計、施工驗收執(zhí)行的主要規(guī)范雖經(jīng)過不斷的升版與完善，已對煙囪防腐設(shè)計有了一定的指導(dǎo)作用，但仍有部分落后于技術(shù)現(xiàn)狀，需要在總結(jié)近年來脫硫煙囪防腐工程經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，進一步完善相關(guān)行業(yè)標準，包括電廠設(shè)計規(guī)范、防腐材料性能及檢驗規(guī)范、施工及監(jiān)理規(guī)范等，以滿足脫硫煙囪防腐工程可靠、安全運行的需要。

［1］白學(xué)利，郯曉永，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.

［2］劉俊峰，趙風(fēng)娟.濕法脫硫煙囪防腐研究綜述［J］.華東電力，2012，40（1）：132－135.

［3］張大厚.火力發(fā)電廠煙囪防腐存在的問題及建議［J］.高科技與產(chǎn)業(yè)化，2009（1）：88－92.