大型燃煤火電廠煙囪防腐問題技術(shù)研究

孫灝

（神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京100025）

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大型燃煤火電廠煙囪防腐問題技術(shù)研究

孫灝

（神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京100025）

通過調(diào)研某電力集團(tuán)現(xiàn)有火電機(jī)組煙囪防腐的工藝技術(shù)及運(yùn)行現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)有煙囪防腐工程存在的問題和不足，給出了大型燃煤火電廠煙囪防腐工程技術(shù)選擇的建議。

火電廠；煙氣脫硫；煙囪；防腐

1　背景

近年來，隨著國內(nèi)環(huán)保政策的日益嚴(yán)格，濕法脫硫系統(tǒng)的大量投入，GGH系統(tǒng)的逐步退出，以前用于高溫干煙氣排放的煙囪已經(jīng)改變了用途，按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，必須進(jìn)行濕煙囪防腐改造，基于這種大的背景，在短短的10年內(nèi)，各種濕煙囪防腐技術(shù)如雨后春筍般得到了快速發(fā)展，來自于國內(nèi)外的近20種不同的煙囪防腐技術(shù)先后投入了使用，不同方案的材料、工藝、施工工期、費(fèi)用、質(zhì)量和實(shí)際效果等指標(biāo)差異巨大。

為了選擇材料、工藝、造價(jià)合理的技術(shù)方案，業(yè)內(nèi)走過不少彎路，對這些不同的煙囪防腐技術(shù)及體系的認(rèn)知也經(jīng)歷了一個(gè)從知之甚少到深入了解，從理論認(rèn)知到深入實(shí)踐的螺旋式的上升，期間經(jīng)歷了多次的矛盾、反復(fù)和劇烈的沖突。在這個(gè)過程中，除了煙囪本體防腐問題突出，煙囪酸雨（石膏雨）排放問題也漸漸日益凸顯、暴露出來。

由于濕煙囪防腐改造工程往往需要雙機(jī)停用，建臨時(shí)煙囪，具有工程周期長、工作量大、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高、工程造價(jià)高的特點(diǎn)。而且，如果防腐措施失效，濕煙氣對煙囪的腐蝕將直接影響到了煙囪本體的結(jié)構(gòu)安全，因此，如何科學(xué)合理地選擇濕煙囪防腐方案，實(shí)現(xiàn)對材料、施工工藝和施工質(zhì)量的有效管理和控制，保證電廠濕煙囪防腐在全壽命期（或剩余壽命期）內(nèi)的有效使用，提高濕煙囪和機(jī)組整體的可靠性已經(jīng)成為燃煤電廠目前面臨的突出問題。

2　煙囪防腐現(xiàn)狀

以某電力集團(tuán)為例，其所屬在役電廠59座，機(jī)組92臺，煙囪66根，其中，濕煙囪32根，干煙囪19根，半干煙囪15根。

2.1濕煙囪防腐現(xiàn)狀

32根濕煙囪中有19根煙囪采用了鈦-鋼復(fù)合板防腐煙囪，占總數(shù)的59%，防腐效果反映較好。13根濕煙囪采用了國內(nèi)國產(chǎn)磚膠、涂料等煙囪防腐體系，占總數(shù)的41%，目前，主要表現(xiàn)為失效較多。

各個(gè)電廠的濕煙囪均存在不同程度的煙囪雨（石膏雨）問題，造成周邊的設(shè)備、設(shè)施的腐蝕和環(huán)境的污染。經(jīng)隨機(jī)取樣測試，酸液的pH值在1～2，腐蝕性很強(qiáng)。煙囪雨的產(chǎn)生跟煙氣流速、煙囪結(jié)構(gòu)、防腐內(nèi)襯表面性能、煙囪保溫、脫硫除霧設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行狀況等因素有關(guān)。這個(gè)問題在煙囪設(shè)計(jì)階段和防腐改造時(shí)應(yīng)予以充分重視，實(shí)際情況表明，僅通過對脫硫除霧及除塵設(shè)備的改造是無法解決的。目前，由于各廠對于實(shí)際的煙囪雨（石膏雨）沒有開展相關(guān)的觀測統(tǒng)計(jì)工作，因此暫時(shí)無法提供詳細(xì)的煙囪雨（石膏雨）累計(jì)時(shí)間數(shù)據(jù)。該電力集團(tuán)所屬電廠在役機(jī)組濕煙囪防腐現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)見下頁表1。

表1　某電力集團(tuán)所屬電廠在役機(jī)組濕煙囪防腐現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)表

2.2干煙囪防腐現(xiàn)狀

在役電廠共有34根干煙囪。其中19根干煙囪配套用于爐內(nèi)干法脫硫的CFB循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組。目前，這些煙囪運(yùn)行狀況良好。部分電廠，如，準(zhǔn)能矸石電廠、靈州電廠受環(huán)保和粉煤灰綜合利用工藝的要求，增設(shè)或?qū)⒃鲈O(shè)濕法脫硫設(shè)施，由于原干煙囪防腐已經(jīng)不能滿足新的煙氣排放要求，已經(jīng)計(jì)劃或?qū)嵤駸焽璺栏脑臁?/p>

2.3半干煙囪防腐現(xiàn)狀

在役電廠還有15根煙囪設(shè)置了濕法脫硫，同時(shí)也配套設(shè)置了GGH煙氣加熱裝置。為論述方便，權(quán)且將排放這種煙氣的煙囪稱之為“半干煙囪”。實(shí)際情況是，由于GGH或者是臨時(shí)煙氣加熱系統(tǒng)運(yùn)行可靠性差，部分煙囪已經(jīng)出現(xiàn)了煙囪結(jié)露腐蝕跡象。如，西南某電廠加裝了煙氣加熱裝置，但是煙氣溫升不足，煙囪已發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。四川某廠GGH運(yùn)行也有問題，煙囪也發(fā)生了局部腐蝕現(xiàn)象。

2.4在建電廠煙囪防腐現(xiàn)狀

該集團(tuán)目前在建電廠8座，共計(jì)9根煙囪，均為采用濕法脫硫裝置，不設(shè)置GGH的濕煙囪，也都采用了較可靠的鈦-鋼復(fù)合板濕煙囪防腐方案。

基于目前掌握的資料，鈦-鋼復(fù)合板濕煙囪防腐工作中存在的主要問題包括：煙囪流速選取偏高，材料檢驗(yàn)進(jìn)場缺乏檢測，板材加工沒有采取合理措施造成鈦板損傷問題突出，焊口附近沒有使用規(guī)定的清洗劑清潔可能對鈦防腐層焊接質(zhì)量造成大的影響，膨脹節(jié)設(shè)計(jì)、施工存在問題等，都會對工程質(zhì)量和鈦-鋼復(fù)合板濕煙囪的設(shè)計(jì)使用壽命造成直接負(fù)面影響。建議各公司、發(fā)電廠參照《火力發(fā)電廠濕煙囪鈦鋼復(fù)合板濕煙囪防腐體系施工質(zhì)量控制指導(dǎo)意見》加強(qiáng)工程管理。為了獲得施工管理第一手資料，上述具體問題還需要做進(jìn)一步的實(shí)地檢查、調(diào)研。

3　煙囪防腐存在的主要問題

由于近年來煙囪防腐出現(xiàn)了比較多的問題，目前各電廠在基建期間新建、擴(kuò)建及煙囪技改中，均提高了對濕煙囪防腐技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)防控的重視程度。但是，由于國內(nèi)濕煙囪防腐技術(shù)多樣，良莠不齊，集團(tuán)內(nèi)部對濕煙囪防腐問題存在信息交流不暢、認(rèn)識程度不一、管理程序不規(guī)范等問題，在方案選取、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、施工管理等方面發(fā)生了較多、較大的偏差，給電廠的安全生產(chǎn)管理帶來了不同程度的隱患?，F(xiàn)階段濕煙囪防腐工作中存在的主要問題，有以下幾類。

3.1煙囪防腐工作信息交流不暢，認(rèn)識不足、重視程度不夠

首先，在增設(shè)濕法脫硫，取消GGH裝置后，濕煙囪已經(jīng)成為發(fā)電廠重要的設(shè)施之一，煙囪內(nèi)壁的酸液對于煙囪主體的腐蝕直接危及到發(fā)電廠的安全運(yùn)行。由于國內(nèi)對煙囪防腐問題的總結(jié)不及時(shí)，有問題不暴露，信息交流不暢，電廠管理者及相關(guān)技術(shù)人員對于濕煙囪防腐失效防腐技術(shù)及濕煙囪防腐失效帶來的安全后果認(rèn)識不足。

其次，近年來國內(nèi)各種濕煙囪防腐技術(shù)尚未經(jīng)過長時(shí)間實(shí)踐運(yùn)行考驗(yàn)，而且，各種方案的工程造價(jià)差異很大，在防腐性能和效果沒有得到充分證實(shí)以前，往往價(jià)格和投資因素成為確定煙囪防腐方案的主要依據(jù)。

再次，目前煙囪防腐方案都是由各電廠獨(dú)立調(diào)研確定，由于相關(guān)技術(shù)人員水平不足及認(rèn)識上存在的差異，也沒有從機(jī)組關(guān)鍵設(shè)施全壽命管理的角度出發(fā)，落實(shí)某電力集團(tuán)“本質(zhì)安全”的要求，濕煙囪防腐技術(shù)路線混亂，實(shí)際上報(bào)方案沒有能夠真實(shí)體現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的最佳要求。實(shí)際已投入使用的防腐工程效果較差，問題多。

3.2防腐體系選型不當(dāng)，腐蝕滲漏問題多發(fā)

由于對濕煙囪防腐技術(shù)、材料及原理等的認(rèn)識不足，防腐技術(shù)路線混亂，設(shè)計(jì)、選型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重滯后。導(dǎo)致了在濕煙囪防腐體系的選擇上發(fā)生偏差，實(shí)施后仍然留有防腐體系失效的重大隱患。國內(nèi)電廠采用的國產(chǎn)磚膠防腐體系、雜化聚合物防腐體系、OM涂料等方案都不同程度地發(fā)生了腐蝕失效、煙囪本體滲漏問題。

3.3濕煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范存在問題，設(shè)計(jì)參數(shù)選取不當(dāng)，煙囪雨問題明顯

脫硫系統(tǒng)出口煙氣流量、煙囪出口流速、煙囪內(nèi)壁粗糙度等是影響煙囪內(nèi)部酸液、石膏攜帶的重要指標(biāo)，涉及到目前國內(nèi)相關(guān)濕煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范考慮不周，存在一定問題，脫硫、環(huán)保、鍋爐等專業(yè)與煙囪設(shè)計(jì)專業(yè)的配合不暢，相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)選取不當(dāng)，煙囪雨（石膏雨）問題明顯。實(shí)際情況表明，實(shí)際選用過高的的煙氣流速會帶來防腐體系局部嚴(yán)重磨損和煙囪雨（石膏雨）加重等問題的出現(xiàn)實(shí)。

例如，在準(zhǔn)能矸石電廠煙囪防腐工程項(xiàng)目上，如果采用新增鈦-鋼復(fù)合板套筒方案，受施工條件限制，煙囪出口直徑最大只能達(dá)到7.0 m，此時(shí)，鈦-鋼內(nèi)筒及出口流速將會高達(dá)30.8 m/s，美國《濕煙囪設(shè)計(jì)導(dǎo)則》［2］推薦的最優(yōu)流速不高于16.8 m/s。

另外，新疆某煤電有限公司委托設(shè)計(jì)的臨時(shí)煙囪，設(shè)計(jì)方在鍋爐BMCR工況濕法脫硫裝置后煙氣量選擇錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)選取的標(biāo)況下煙氣量值為1 220 000 m3/h，設(shè)計(jì)選取的臨時(shí)煙囪出口直徑為4.5 m，設(shè)計(jì)煙囪出口流速21.3 m/s。但是，經(jīng)過工作小組認(rèn)真核查，實(shí)際煙氣量確定應(yīng)為1 700 000 m3/h，在該煙氣量下，如果煙囪出口直徑仍然按照4.5 m計(jì)算，臨時(shí)煙囪內(nèi)部及出口煙速將高達(dá)29.68 m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出相關(guān)規(guī)范規(guī)定的22 m/s流速上限的要求。

山西某電廠采用鈦-鋼復(fù)合板煙囪防腐改造項(xiàng)目，受混凝土外筒限制，新增鈦-鋼復(fù)合板內(nèi)筒出口內(nèi)徑最大為8.9 m，按照2013年7月17日熱工院在637 MW負(fù)荷下單臺鍋爐測試的煙氣量2 790 000 m3/h作為計(jì)算依據(jù)，出口流速為24.92 m/s，已超過22 m/s設(shè)計(jì)上限。如果按照鍋爐BMCR工況計(jì)算，脫硫煙囪出口煙氣溫度48℃，理論煙氣量6 370 000 m3/h（單臺3 185 000 m3/h），出口流速高達(dá)28.44 m/s。

3.4施工標(biāo)準(zhǔn)缺乏、施工管理難度大、效果參差不齊

目前，國內(nèi)的煙囪磚膠防腐體系、薩維真、雜化聚合物涂層防腐體系等施工管理標(biāo)準(zhǔn)缺乏，即使有一些雜亂也不統(tǒng)一，造成施工過程難以監(jiān)管，質(zhì)量難以控制。同樣的防護(hù)體系，不同的廠家實(shí)施過程中也存在較大的質(zhì)量差別，造成了煙囪防腐工程實(shí)際效果的明顯差異。

如大唐南京下關(guān)電廠采用了國產(chǎn)磚膠體系，由于國內(nèi)沒有相應(yīng)的施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，又由非專業(yè)防腐隊(duì)伍施工，運(yùn)行僅一個(gè)月就發(fā)生了大面積防腐失效，煙囪腐蝕的問題。而管理較好的案例則可達(dá)到4年以上，沒有發(fā)生明顯的失效滲漏。

再如華潤鯉魚江電廠采用的國產(chǎn)磚膠體系，運(yùn)行一年即失效，進(jìn)行了鏟除修復(fù)，再次發(fā)生滲漏，后又全部拆除改用鈦-鋼復(fù)合板防腐方案。

3.5煙氣加熱系統(tǒng)運(yùn)行效果差

電廠的煙氣加熱系統(tǒng)（含GGH、蒸汽加熱裝置等）工作狀況差，煙囪中煙氣溫升不足，實(shí)際出口煙氣溫度偏低，如，國能重慶電廠，煙囪入口的煙氣溫度只有約60℃，煙囪酸液結(jié)露腐蝕現(xiàn)象明顯。

3.6濕煙囪防腐改造工程漏項(xiàng)較多

電廠需要實(shí)施濕法脫硫系統(tǒng)改造，原來用于排放干煙氣的煙囪改變了用途，用于排放濕煙氣，濕煙囪防腐改造成為必然。另外，由于煙囪的腐蝕環(huán)境、環(huán)保排放要求發(fā)生了巨大的變化，特別為了減少濕煙氣中石膏雨的夾帶，煙囪出口流速需要進(jìn)行大的調(diào)整，對煙囪防腐改造的方案也提出了更高的要求。再加上單筒煙囪原有保溫、防腐內(nèi)襯的設(shè)計(jì)和施工不規(guī)范，在改造階段會出現(xiàn)難以預(yù)見的工程問題，往往涉及施工工期的延長和預(yù)算的增加。實(shí)際上，在煙囪防腐設(shè)計(jì)、技術(shù)改造中，還存在如，檢查設(shè)施考慮不足，漏設(shè)了煙囪巡檢鋼梯、平臺，沒有設(shè)置酸液排放檢查裝置，照明設(shè)置不全，檢查通道的照明亮度不足等問題，需要進(jìn)一步完善。

3.7鈦-鋼復(fù)合板煙囪防腐工程問題突出

目前，鈦-鋼復(fù)合板煙囪防腐方案被大量采用，2006年左右建設(shè)的9個(gè)鈦-鋼復(fù)合板煙囪內(nèi)筒以及國內(nèi)其他同期建設(shè)的大部分鈦-鋼復(fù)合板煙囪運(yùn)行狀況較好。但是，近年來建造的鈦-鋼復(fù)合板煙囪的工程質(zhì)量問題高發(fā)，如，2009年建設(shè)的國華滄東二期鈦-鋼復(fù)合板煙囪出現(xiàn)了腐蝕現(xiàn)象，華潤高資電廠、沙洲電廠鈦板煙囪也進(jìn)行了防腐維修。因此，加強(qiáng)鈦-鋼復(fù)合板防腐煙囪的施工管理也勢在必行。鈦-鋼復(fù)合板防腐煙囪防腐需要注意的問題有：入廠材料質(zhì)量檢測及控制問題；鈦板運(yùn)輸、加工過程中的機(jī)械損傷問題；鈦板焊接質(zhì)量控制問題；煙囪鋼板及附屬構(gòu)建焊接問題；檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置不當(dāng)問題；膨脹節(jié)設(shè)計(jì)、材料、施工管控問題等。

4　煙囪防腐工程的技術(shù)建議

4.1新建擴(kuò)建濕煙囪項(xiàng)目

新建擴(kuò)建項(xiàng)目在設(shè)計(jì)上，要求合理選擇煙囪方案，控制煙囪出口流速，避免煙囪內(nèi)部煙氣流速過高產(chǎn)生的酸液二次攜帶問題，緩解石膏雨的發(fā)生。在防腐工藝上，應(yīng)嚴(yán)格按照《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50051—2013）［1］執(zhí)行，推薦使用鈦-鋼復(fù)合板內(nèi)筒方案，備選鋼內(nèi)筒貼襯賓高德方案。玻璃鋼（FRP）濕煙囪也是非常好濕煙囪防腐解決方案，但是，基于目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，建議在暫緩?fù)茝V該技術(shù)，需要進(jìn)一步觀察玻璃鋼煙囪制作、施工質(zhì)量保證及機(jī)組的運(yùn)行效果。

4.2在役濕煙囪改造項(xiàng)目

在役機(jī)組濕煙囪改造項(xiàng)目上，方案選取比較復(fù)雜，必須根據(jù)各電廠機(jī)組、燃料、原煙囪設(shè)計(jì)的實(shí)際情況和機(jī)組剩余服役年限等因素綜合考慮煙囪防腐方案，基于壽命期內(nèi)經(jīng)濟(jì)效益最大化，進(jìn)行必要的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，同時(shí)，充分考慮采取防止煙囪雨（石膏雨）的有效措施。

基于目前認(rèn)識，建議機(jī)組在可預(yù)見的剩余服役年限在5年以上的，防腐采用可靠性高的鈦-鋼復(fù)合板或進(jìn)口賓高德防腐技術(shù)。機(jī)組可預(yù)見的剩余服役年限在5年以下的，經(jīng)充分的論證，并有系統(tǒng)的質(zhì)量管控和檢測措施保證的前提下，可以采用雜化聚合物等高性能重防腐涂層。

4.3開展整體聯(lián)合設(shè)計(jì)，有效緩解和消除煙囪雨

優(yōu)良的脫硫除霧器、除塵器設(shè)計(jì)可以有效較少脫硫系統(tǒng)夾帶的酸液量，減少酸液中石膏及粉塵等固態(tài)物質(zhì)的含量，這對后面煙囪雨（石膏雨）的治理非常有利。另外，脫硫后的凈煙氣煙道也是酸液冷凝量較大的區(qū)域，該部分的保溫及內(nèi)部支撐形式以及煙氣的流動形式都對液滴的二次夾帶產(chǎn)生重大影響，因此，采用脫硫系統(tǒng)和煙囪整體聯(lián)合設(shè)計(jì)在消除石膏雨問題方面是非常必要的。

4.4加強(qiáng)連接煙道的防腐處理，避免事故發(fā)生

脫硫系統(tǒng)到煙囪入口的煙道部分也同樣存在嚴(yán)重的腐蝕問題，但是，由于該部分煙道具有檢修條件，檢修相對方便，因而采用碳鋼襯玻璃鱗片膠泥的方案基本可以滿足使用要求。

采用玻璃鱗片方案的電廠應(yīng)注意以下兩個(gè)方面問題：一個(gè)是人孔門的設(shè)計(jì)應(yīng)能夠方便人員進(jìn)出，方便檢修為宜，人口門外側(cè)應(yīng)緊接檢修平臺；另外，煙道底部由于外側(cè)包覆保溫層，當(dāng)煙道底部積灰而底板出現(xiàn)大面積腐蝕時(shí)，在光線不好的情況下容易發(fā)生垮塌、墜落等安全事故，因而煙道底部的防腐設(shè)計(jì)應(yīng)考慮更大的安全系數(shù)，選用更可靠的防腐方案。

4.5取消煙氣再熱系統(tǒng)

根據(jù)國外運(yùn)行管理的經(jīng)驗(yàn)，建議電廠設(shè)計(jì)直接采用濕煙囪，在濕式脫硫系統(tǒng)后面取消或不再增設(shè)回轉(zhuǎn)式煙氣再熱系統(tǒng)（gas-gas heater，GGH），根據(jù)南北方地heater，MGGH）。回轉(zhuǎn)式煙氣再熱系統(tǒng)（GGH）由于存在煙氣的攜帶和泄漏，凈煙氣會受到原煙氣污染，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用高，另外，換熱元件易堵塞，對電廠運(yùn)行可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響。研究結(jié)果表明，在正常再熱溫度范圍內(nèi)，煙氣再熱將使細(xì)小霧滴（d＜5 μm）蒸發(fā)，對于來自沉積液膜的煙氣流二次夾卷的較大液滴（d＞200 μm）的蒸發(fā)作用有限，另外相對于煙囪高度，再熱使煙羽抬升高度增加也很小，大約僅有3～6 m。水汽煙羽的形成很大程度上取決于氣象條件。要在所有氣象條件下通過再熱消除可見煙羽在實(shí)際上是不可能的。在典型的再熱情況下，煙羽的可見長度與濕煙氣煙羽相比，長度大約減少1/3。然而，采用濕煙囪防腐設(shè)計(jì)能夠改進(jìn)機(jī)組熱效率、降低維修費(fèi)用、提高機(jī)組運(yùn)行可靠性。

［1］中國冶金建設(shè)協(xié)會.煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范:GB 50051—2013［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2013:199.

［2］美國電力研究院EPRI.濕煙囪設(shè)計(jì)導(dǎo)則［S］.美國:美國電力研究院，2012:14.

（編輯：王璐）

Research on the Anticorrosion Technology of Large Coal Fired Thermal Power Plant Stacks

Sun Hao
（Shenhua Guohua（Beijing）Electric Power Research Institute Co.，Ltd，Beijing 100025）

Through investigation of stack anticorrosion technology and operation status of the existing thermal power plant stacks of a power group，this paper analyzes the existing problems and shortcomings of the stack anticorrosion projects，and presents suggestions for the selection of the stack anticorrosion technology of the thermal power plants.

thermal power plant；flue gas desulfurization；stack；anticorrosion

TU761

A

2095-0748（2015）22-0043-04

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.22.18

2015-10-10

孫灝（1981—），男，北京人，畢業(yè)于浙江大學(xué)，環(huán)保工程師，主要從事火電廠煙氣脫硫、脫硝工程的設(shè)計(jì)和研究工作。