濕法脫硫煙囪的防腐設(shè)計

史庭亮 馮東

【摘 要】濕法脫硫工藝目前在熱電廠中應(yīng)用廣泛。論文分析了煙氣腐蝕的機理，提出煙囪結(jié)構(gòu)選型的建議，對常用的防腐材料進行技術(shù)經(jīng)濟分析比較，并針對已建和新建煙囪分別給出了經(jīng)濟合理的防腐設(shè)計方案。

【關(guān)鍵詞】濕法脫硫；強腐蝕；內(nèi)襯；防腐蝕；防腐涂料

一、煙氣腐蝕原因

隨著國家對環(huán)保要求的提高，燃煤供熱及電廠均增加了脫硫設(shè)施，對煙氣進行處理，以減少煙氣排放對環(huán)境的污染。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)GGH加熱系統(tǒng)。煙氣經(jīng)濕法脫硫后在溫度、濕度上均有很大變化。按照煙氣運行工況分類，可將煙囪分為干煙囪、半濕煙囪、濕煙囪。干煙囪排放未經(jīng)脫硫的煙氣，進入煙囪的煙氣在110℃以上，煙囪內(nèi)壁處于干燥狀態(tài)，煙氣對煙囪內(nèi)壁材料僅產(chǎn)生氣態(tài)腐蝕，腐蝕較輕微。半濕煙囪排放經(jīng)濕法脫硫后的煙氣，經(jīng)GGH系統(tǒng)加熱，進入煙囪的煙氣在80℃左右，煙囪內(nèi)壁有輕微結(jié)露，由于煙氣溫度較高，煙氣的上拔能力較強，煙氣在排煙筒內(nèi)一般呈全程負壓或微正壓運行，排煙筒內(nèi)冷凝液較少，煙氣對排煙筒的腐蝕較低。濕煙囪排放經(jīng)濕法脫硫后的煙氣，無GGH系統(tǒng)，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，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，其中煙氣冷凝物中氟化氫和氯化物的存在將提高其對煙囪的腐蝕程度。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加熱系統(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。

二、濕法脫硫煙囪的結(jié)構(gòu)選型

在濕法脫硫應(yīng)用前，單筒煙囪是最常見的結(jié)構(gòu)型式。目前新建火力發(fā)電廠為了比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)形式以套筒式為主，單筒式已較少采用。而對于已建煙囪新增濕法脫硫系統(tǒng)的，絕大多數(shù)是改造為防腐型單筒煙囪，也有少數(shù)工程新增內(nèi)筒改造為套筒式煙囪。

目前，國內(nèi)相關(guān)規(guī)范均未對濕法脫硫煙囪的結(jié)構(gòu)選型進行明確規(guī)定。參考現(xiàn)行幾個相關(guān)規(guī)范：《煙囪設(shè)計規(guī)范》（GB50051—2002）中10.2.2 條規(guī)定：當(dāng)排放強腐蝕性煙氣時，宜采用套筒式或多管式煙囪?！痘鹆Πl(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL5000—2000）中16.10.2條規(guī)定：當(dāng)排放強腐蝕性煙氣時，宜采用套筒式煙囪，此時排煙內(nèi)筒應(yīng)采用耐酸材料構(gòu)成?！痘鹆Πl(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T5121—2000）中3.0.6 條規(guī)定：當(dāng)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）。

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(dāng)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。首先，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，也就無法及時修補。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。這個特點其實也就是為什么大部分規(guī)范不建議采用單筒式防腐煙囪的原因。那么這也要求如果采用單筒式防腐型煙囪，其防腐措施應(yīng)該比套簡式煙囪更可靠、更持久。而另一方面，防腐型單筒煙囪具有占地省、施工速度快、造價低等優(yōu)勢，對于某些工程條件受限，或者屬于改造項目，必須采用防腐型單筒煙囪，目前還未做硬性規(guī)定。

三、煙囪防腐措施

濕法脫硫后的煙氣，對煙囪的腐蝕性大大加強，為強腐蝕等級。對于不同的煙囪結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取不同的防腐措施。

（一）單筒式鋼筋混凝土煙囪

對于已建煙囪新增濕法脫硫系統(tǒng)的，目前大多采用改造施工，即在維持單筒煙囪結(jié)構(gòu)型式不變，增加滿足新增濕法脫硫工況下腐蝕性的防腐層。這類型改造煙囪內(nèi)壁所采用的防腐材料或工藝主要有：高性能耐熱耐酸涂料、耐酸剛性鎧甲、整體耐酸澆筑料、柔性膠黏結(jié)輕質(zhì)隔熱塊材等。

對于新建單筒煙囪防腐設(shè)計目前均無明確的推薦方案，工程應(yīng)用較少或運行時間較短還無法下準確結(jié)論。雖然已建煙囪新增濕法脫硫系統(tǒng)的防腐改造方案具有一定的參考價值，但由于新建煙囪相對于已建煙囪對防腐可靠性及耐久性的要求更高，所以仍需進一步研究新建煙囪可適用的防腐方法。

目前常用的方式為：內(nèi)襯應(yīng)采用耐酸膠泥和耐酸磚（砌塊）砌筑或輕質(zhì)、耐酸、隔熱整體澆筑防腐內(nèi)襯。采用砌體內(nèi)襯時，內(nèi)襯最小厚度不宜小于200mm；采用輕質(zhì)、耐酸、隔熱整體澆筑防腐內(nèi)襯時，最小厚度不宜小于150mm。煙囪保溫隔熱層應(yīng)采用耐酸憎水性的材料制品。鋼筋混凝土筒壁內(nèi)表面應(yīng)設(shè)防腐蝕隔離層。隨著耐酸、隔熱澆注料的發(fā)展，輕質(zhì)、耐酸、隔熱整體澆筑防腐內(nèi)襯應(yīng)用逐漸廣泛。此種方式取消了隔熱層，由于內(nèi)襯采用的整體澆筑料具有導(dǎo)熱系數(shù)低的特點，所以隔熱層與內(nèi)襯合二為一。該內(nèi)襯耐酸、耐熱、重量輕、強度高，整體澆注可消除形成煙氣腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)、有效地提高防腐隔

熱性能、抑制裂縫及其擴展。但該材料固化過程中存在很大的收縮，應(yīng)采用合理的施工方案，并設(shè)置防開裂的施工切縫及相應(yīng)的密封措施，對材料及施工的要求較高。同時，由于內(nèi)襯澆筑需要翻模且高空作業(yè)，因此施工周期較長。

（二）套筒式煙囪

“濕煙囪”宜選用多管式或套筒式，即承重外筒與排煙筒分開，使外筒受力結(jié)構(gòu)不與強腐蝕性煙氣相接觸，排煙內(nèi)筒采用耐酸防腐措施煙囪通常設(shè)置脫硫旁路系統(tǒng)，存在脫硫系統(tǒng)運行、脫硫系統(tǒng)停運、短時鍋爐事故等幾種狀況，筒內(nèi)環(huán)境在干燥- 潮濕-干燥狀況下交替變化，這與不設(shè)脫硫旁路系統(tǒng)，煙囪單工況運行有很大區(qū)別。故煙囪防腐材料的選擇除考慮煙囪的主要運行工況外，還須考慮適應(yīng)其它運行工況，以及工況變化時溫度交替變化對防腐材料性能的影響。

由于排煙內(nèi)筒直接接觸腐蝕性物質(zhì)，故其耐腐蝕性決定了煙囪的使用壽命。排煙內(nèi)筒可分為鋼套筒、磚套筒和玻璃鋼套筒。其中，磚套筒由耐酸膠泥及耐火磚或耐酸磚等砌筑而成，造價低，但砌筑縫多，溫度、濕度、施工質(zhì)量等因素易導(dǎo)致墻體開裂而泄漏煙氣，存在腐蝕混凝土外筒的隱患。普通玻璃鋼套筒的投資較高，而且對高溫敏感，不適合用于濕法脫硫煙囪，故只能采用高性能玻璃鋼內(nèi)筒。但目前國內(nèi)對玻璃鋼煙囪結(jié)構(gòu)設(shè)計較少，有一些技術(shù)問題沒有解決。鋼套筒上、下口直徑相同，可直立于煙囪基礎(chǔ)底板上，其主要優(yōu)點是抗?jié)B密閉性好、整體性強、自重輕、施工簡便、施工周期相對較短、對煙氣阻力較小，但耐腐蝕性較差，需對鋼套筒的內(nèi)壁進行防腐蝕處理。耐酸磚及玻璃鋼內(nèi)筒在國內(nèi)應(yīng)用較少，大多采用鋼內(nèi)筒。有些采用耐候鋼，然后對內(nèi)筒采用不同的防腐措施。鋼內(nèi)筒煙囪一般采用自承重鋼排煙結(jié)構(gòu)體系，其內(nèi)襯防腐主要有三類形式：一是采用耐腐蝕的輕質(zhì)隔熱制品粘貼，隔絕煙氣與鋼內(nèi)筒接觸，如玻璃磚內(nèi)襯、?；沾纱u等；二是貼襯薄板，采用耐酸腐蝕的金屬合金薄板材作內(nèi)襯，包括鈦及鈦合金板、鎳基合金板或鐵鎳基耐蝕合金板；三是采用耐酸防腐涂料和玻璃鱗片涂層等。

煙囪的防腐材料多種多樣，但各有適用范圍，應(yīng)根據(jù)煙囪可能存在的運行工況，來選擇適用的防腐材料，并采用合理的施工方案。以一座鋼內(nèi)筒直徑6m、高240m 的套筒式煙囪為例，就筒內(nèi)襯采用復(fù)合鈦板，Henkel 玻璃磚，?；沾纱u，玻璃鱗片等四種防腐方案分別進行了技術(shù)性能和經(jīng)濟性的比較。

四、濕法脫硫煙囪防腐工藝選擇原則

根據(jù)以上分析可知，濕法脫硫后煙氣腐蝕性強，運行工況復(fù)雜。因此，濕法脫硫煙囪防腐工藝選擇應(yīng)遵循以下原則：防腐界面應(yīng)為完整的一體，不存在酸液侵蝕的漏洞；防腐層與基體應(yīng)保持熱膨脹的一致性；防腐材料應(yīng)具有吸水率低、強度高、耐磨性好、抗老化、適應(yīng)冷熱溫度變化、適應(yīng)應(yīng)力變化、耐壓等性能，并具有可修復(fù)性；防腐材料與基體的粘結(jié)強度高；施工工藝成熟簡單，人為因素影響質(zhì)量的可能性小。在選擇煙囪內(nèi)襯防腐涂料時，應(yīng)全面考慮煙囪的運行工況，采用適合各工況下不同環(huán)境的防腐涂料。目前已經(jīng)投入運行的煙囪，由于防腐涂層本身質(zhì)量或施工質(zhì)量等原因，煙囪防腐層或防腐設(shè)施出現(xiàn)不同程度的損壞，因此，進一步研究和應(yīng)用耐腐蝕性能好、有一定的保溫性能、使用壽命長、施工速度快的涂料，更為重要。

五、結(jié)語

加裝濕法脫硫裝置后，煙氣對煙囪內(nèi)壁的腐蝕大大增加，腐蝕性等級升級為強腐蝕。在設(shè)計中應(yīng)結(jié)合工程實際，全面考慮各運行工況，根據(jù)具體工藝流程，針對目前煙囪的選型及防腐材料的適用條件，確定經(jīng)濟適用的煙囪防腐設(shè)計方案。對于已經(jīng)投入使用的煙囪，設(shè)計單位應(yīng)和業(yè)主定時對煙囪進行檢查，查看煙囪的腐蝕情況，設(shè)計單位應(yīng)主動與各業(yè)主聯(lián)系，了解各煙囪的運行情況，對各煙囪的腐蝕情況進行統(tǒng)計，以便總結(jié)更多的實踐經(jīng)驗，提高設(shè)計水平。

參考文獻：

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