國內(nèi)WFGD 系統(tǒng)下煙囪的防腐技術方案比較

李海龍

(山西省電力勘測設計院，山西太原 030001)

0 引言

電廠WFGD脫硫系統(tǒng)即采用石灰石—石膏濕法工藝對煙氣進行脫硫處理，一般均配置有煙氣再熱裝置(GGH)，并按煙氣經(jīng)再熱裝置升溫后的工況進行煙囪的設計。但根據(jù)近幾年的運行情況看，煙氣再熱裝置(GGH)經(jīng)常發(fā)生堵塞現(xiàn)象，導致脫硫系統(tǒng)不能正常有效運行，影響了正常的生產(chǎn)。因此，國內(nèi)電廠脫硫工藝系統(tǒng)出現(xiàn)了將已有GGH裝置拆除或者新建設的WFGD脫硫系統(tǒng)不再設置GGH裝置的情況，在該種情況下，煙囪內(nèi)部環(huán)境的煙氣腐蝕情況發(fā)生了巨大變化，煙氣溫度只有45℃ ～50℃，煙氣中水分含量高，煙氣濕度很大，并含有大量酸性飽和水蒸氣，主要有硫酸、氯酸、硝酸、氟化氫等，其腐蝕等級為強腐蝕性，嚴重影響煙囪使用壽命。這就需要對煙囪重新進行防腐蝕技術改造，以保障煙囪的結(jié)構(gòu)安全和電廠的有效運行。

1 方案論述

在我國傳統(tǒng)火力發(fā)電廠設計中，特別是20世紀末前投運的電廠，煙囪大多采用混凝土外壁加內(nèi)襯的結(jié)構(gòu)形式，而工藝系統(tǒng)中未考慮煙氣的脫硫流程，煙囪內(nèi)襯的材料一般選用耐火磚或紅磚，少量采用耐酸磚或者耐酸澆筑料。經(jīng)過多年的探索和實踐，國內(nèi)對該類老煙囪的防腐改造已積累一定的經(jīng)驗，目前，國內(nèi)主要采用以下幾種煙囪防腐改造技術方案:

方案一:內(nèi)襯鈦板。鈦是一種高檔的耐腐蝕材料，由于其穩(wěn)定的化學性質(zhì)，良好的耐低溫、耐高溫、抗強堿、抗強酸，以及低密度高強度等特性，被稱譽為“太空金屬”，在高端科技及化工工程領域應用較多。鈦在許多介質(zhì)中其性質(zhì)非常穩(wěn)定，其原因在于鈦和氧之間有很大的親和力，在空氣中鈦表面會自動生成一層惰性大、附著力強且非常致密的氧化保護膜，無形中就保護了自身鈦基體不被腐蝕，即使因為機械磨損等造成的損傷也會很快自愈再次形成保護膜;也就是說鈦是一種具有強烈鈍化傾向的金屬材質(zhì)。經(jīng)過驗證，介質(zhì)溫度在315℃以下時，鈦的氧化膜始終保持這一特性，不被損害。

鈦合金板應用于煙囪防腐，具有防腐性能好，耐高溫性和耐磨性能優(yōu)異、使用年限長、維修時間短的優(yōu)點，對于不設GGH的濕煙囪，從防腐技術的角度考量，選用鈦板是一種較好的選擇。工程設計時，內(nèi)襯鈦板通常采用鈦—鋼復合板的形式，其中鋼板為結(jié)構(gòu)層，鈦板為防腐層，既達到了防腐效果，又大大降低了采用純鈦板的成本。但內(nèi)襯采用鈦板也有其缺點，主要表現(xiàn)在:鈦板的市場價格相對其他材料很高、焊接施工工藝復雜，容易在焊接處出現(xiàn)強腐蝕，現(xiàn)場不易控制，且條件成熟時會發(fā)生電偶腐蝕等現(xiàn)象。

方案二:加襯泡沫玻璃磚。泡沫玻璃磚是以石英砂或玻璃碎料為主要原料，添加其他發(fā)泡輔料經(jīng)高溫燒制而成的一種特殊的低膨脹高強度非金屬無機保溫材料。其具有良好的耐腐蝕性和隔熱性，且熱膨脹系數(shù)低、導熱系數(shù)小、容重輕、不透氣、不吸水、可粘結(jié)、可鋸割，但其耐磨性較差，目前在國內(nèi)已成為煙囪防腐的主流材料之一。采用泡沫玻璃磚作為煙囪內(nèi)襯，可使原來傳統(tǒng)煙囪的保溫隔熱層和內(nèi)襯防腐層合二為一，減少工程量。目前在國內(nèi)市場上國產(chǎn)泡沫玻璃磚和進口泡沫玻璃磚均有使用。

1)國產(chǎn)泡沫玻璃磚。經(jīng)過多年的發(fā)展實踐，國產(chǎn)泡沫玻璃磚的生產(chǎn)和應用已形成一定規(guī)模，生產(chǎn)工藝已較為成熟，產(chǎn)品品質(zhì)也較為穩(wěn)定，價格適中。在最近幾年的國內(nèi)煙囪改造工程中，得到了一定程度的應用。但是國產(chǎn)泡沫玻璃磚的各個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量、性能參差不齊，直接影響防腐隔熱效果，且施工質(zhì)量控制難度相對較大。

國產(chǎn)泡沫玻璃磚內(nèi)襯結(jié)構(gòu)由泡沫玻璃磚和膠粘劑組成。膠粘劑是該工藝關鍵所在，主要分為兩類:一類為環(huán)氧瀝青進口粘結(jié)劑，一類為改性硅橡膠粘結(jié)劑。環(huán)氧瀝青類粘結(jié)劑耐酸性能和拉伸性能好，但耐溫性能略低(110℃)，價格昂貴;改性硅橡膠粘結(jié)劑耐溫性能好(150℃)，價格相對便宜，但耐酸性能與拉伸性能差。

2)進口泡沫玻璃磚。進口泡沫玻璃磚作為一種無機玻璃，它對大多數(shù)酸性溶液具有很高的抗腐蝕性，但不耐氫氟酸和高速氣體沖刷。進口泡沫玻璃磚的抗熱沖擊性和抗?jié)B性較好，且具有低導熱性，自重輕，施工過程較快，項目運營期對其的維修及保養(yǎng)工作相對較少且比較簡單，國內(nèi)現(xiàn)采用的進口泡沫玻璃磚主要是賓高德玻璃磚。賓高德玻璃磚在國外火力發(fā)電廠煙囪防腐中有著較好的口碑，已有一定的應用市場。

進口泡沫玻璃磚(賓高德玻璃磚)防腐體系的缺點是耐磨性較差，粘結(jié)劑耐高溫性差、材料成本昂貴、施工質(zhì)量控制難度相對較大。

方案三:內(nèi)襯加裝JNS耐硫酸露點腐蝕鋼板層。煙氣處理系統(tǒng)，在露點溫度下形成硫酸液體而造成設備腐蝕問題，這稱之為“硫酸露點腐蝕”的現(xiàn)象。JNS耐硫酸露點腐蝕鋼屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼，是在鋼中加入少量Cu，Cr，Ti，Sb等元素，使鋼在接觸含硫氣體時增加對露點以下生成的硫酸的抗耐腐蝕性能。JNS鋼板主要針對的是脫硫后的濕煙囪，不但對硫酸露點有耐腐蝕性，而且對氯化物、氟化氫、鹽酸露點也有一定的耐腐蝕性能。

新建煙囪采用JNS耐硫酸露點鋼可有效減小煙囪壁厚。為提高煙囪的使用壽命，可以在內(nèi)襯層表面涂一層磷片樹脂、耐酸油漆防腐層。在加裝了GGH裝置的條件下，該防腐結(jié)構(gòu)處于弱、中等腐蝕環(huán)境，抗酸腐蝕性較好，且價格較合理。

該方案的缺點是在不設GGH的情況下煙氣對耐硫酸腐蝕露點鋼腐蝕嚴重，國內(nèi)尚沒有成功案例。

方案四:OM-5型特種耐酸防腐涂料。對于內(nèi)襯采用耐酸澆筑料的煙囪，在煙氣溫度較高、煙氣含水量較低的工況下耐腐蝕性較好;但是耐酸澆筑料自身吸水率較高，且抗?jié)B性能較差，在長期汽水浸蝕環(huán)境下，酸性液體易滲透澆筑料層，進而腐蝕混凝土內(nèi)壁，影響煙囪結(jié)構(gòu)安全。

OM-5型特種耐酸防腐涂料，是一種有機復合樹脂，在國內(nèi)新建煙囪防腐領域得到了一定程度的應用。其具有耐高溫、耐酸、防腐性好、造價較低的優(yōu)點。在不拆除煙囪原有耐酸澆筑料的前提下，采用OM-5型特種耐酸防腐涂料，相當于增加了一層防腐隔離層，隔離酸性汽水對澆筑料的浸蝕，彌補澆筑料吸水率較高，抗?jié)B性能較差的缺點。該種方法對原基面處理程度的要求較高，需要打磨平整并達到去除澆筑料內(nèi)表面反堿層的效果，施工質(zhì)量控制難度相對較大，且該涂料需要配以專用膠為封閉劑。

方案五:內(nèi)襯?；沾纱u。?；沾纱u是以石英砂、陶土作為主要原料，按一定比例經(jīng)高溫燒制而成。?；沾纱u對比泡沫玻璃磚，其抗壓強度有大幅度提高，耐磨性較強，但是缺點也非常突出，容重比泡沫玻璃磚重了近一倍，導熱系數(shù)及熱膨脹系數(shù)比泡沫玻璃磚大了近一倍，同時受制于生產(chǎn)原料的特性及生產(chǎn)工藝限制，玻化陶瓷磚孔徑較大，吸水率較高，且無法保證百分之百的閉孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)過打磨后，毛氣孔暴露在外，所以在防腐實例中因酸液透過?；沾纱u導致防腐系統(tǒng)失效的案例較多。

2 方案比選

依據(jù)煙囪運行現(xiàn)狀、煙囪腐蝕環(huán)境分析、國內(nèi)煙囪防腐改造技術總結(jié)、國內(nèi)煙囪防腐的現(xiàn)狀分析，以及現(xiàn)有的規(guī)范等，從技術層面對符合煙囪防腐蝕技術改造要求的方案進行評價，評價結(jié)果見表1。

表1 方案預選比較表

3 結(jié)語

經(jīng)濕法脫硫后，電廠煙氣中的二氧化硫的含量大大減少，但仍存留一些腐蝕元素。WFGD脫硫系統(tǒng)在不設置GGH的條件下，排出煙氣溫度低，濕度大，煙囪內(nèi)壁將長期處于酸性汽水浸蝕的環(huán)境下，嚴重影響煙囪結(jié)構(gòu)安全及正常使用。對煙囪的防腐改造應予以足夠重視，選取合適的防腐改造技術方案。另外，切實可行的技術方案既要有貨真價實的材料作為這個方案的堅實基礎，又要有考慮周到的包括細部做法的設計方案。以此為基礎，才能達到預期效果。

［1］GB 50051-2013，煙囪設計規(guī)范［S］.

［2］DL/T 901-2004，火力發(fā)電廠煙囪(煙道)內(nèi)襯防腐材料［S］.

［3］牛春良.煙囪工程手冊［Z］.中國冶金建設集團包頭鋼鐵設計研究院總院，2004.