火力發(fā)電廠“石灰石-石膏”濕法脫硫（WFGD）后煙囪防腐問題的分析及對(duì)策

李悅銘　盧　嶼　趙小霞

（1.中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司　2.吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

火力發(fā)電廠“石灰石-石膏”濕法脫硫（WFGD）后煙囪防腐問題的分析及對(duì)策

李悅銘1盧嶼1趙小霞2

（1.中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司2.吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

當(dāng)前，國內(nèi)的火力發(fā)電廠大范圍采用“石灰石—石膏”濕法脫硫（WFGD）工藝，其具有脫硫效率高、適用性廣、工藝成熟、穩(wěn)定性高、負(fù)荷變動(dòng)小以及煙氣處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但是，該工藝同時(shí)具有較強(qiáng)的介質(zhì)腐蝕性、處理煙氣溫度高、SO2吸收液固體含量大、磨損性強(qiáng)、防腐失效維修難度較大等缺陷，因此，裝置的腐蝕控制尤其是煙囪的防腐長期以來已經(jīng)成為了行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。本文對(duì)火力發(fā)電廠“石灰石-石膏”濕法脫硫（WFGD）后煙囪防腐問題及對(duì)策進(jìn)行了分析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作提供一定的參考。

火電廠；煙氣脫硫；煙囪防腐

1　煙囪腐蝕環(huán)境分析

采用濕法脫硫技術(shù)之后，進(jìn)入到煙囪內(nèi)部的煙氣以及煙囪的腐蝕環(huán)境主要具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)［1］：

1）煙氣中的水分含量相對(duì)較高，煙氣相對(duì)濕度大，不設(shè)煙氣熱交換器時(shí)，煙氣溫度通常在45～50℃之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硫酸以及亞硫酸的露點(diǎn)溫度，從吸收塔出來的煙氣接近于飽和狀態(tài)并且很快在煙囪中形成酸性液滴，同時(shí)在煙囪壁上凝結(jié)形成以硫酸以及亞硫酸為主的稀酸液，pH值大約在2.0左右。當(dāng)?shù)蜐舛人嵋旱臏囟仍?0～80℃之間時(shí)，煙氣具有較高的化學(xué)腐蝕性，即強(qiáng)腐蝕性煙氣，對(duì)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕速度能夠達(dá)到常溫條件下的數(shù)倍。當(dāng)加設(shè)煙氣熱交換器時(shí)，煙氣溫度能夠達(dá)到80℃，此時(shí)僅僅在煙囪內(nèi)產(chǎn)生少量的冷凝稀酸液，同時(shí)煙囪處于負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行，煙氣對(duì)煙囪的腐蝕大大減輕。

2）煙氣在凈化之后，其中仍然會(huì)包含一定濃度的氯化物和氟化物，當(dāng)溫度低于60℃時(shí)，會(huì)形成冷凝液，并與其他酸液發(fā)生混合，導(dǎo)致煙氣的腐蝕性大幅度提高。

3）煙氣在經(jīng)過脫硫處理之后，溫度較低、上抽力小、流速慢，容易導(dǎo)致煙氣在煙囪內(nèi)部聚集，使煙囪內(nèi)部出現(xiàn)正壓區(qū)，這樣會(huì)對(duì)煙囪筒壁形成一定的滲透壓力，近而導(dǎo)致煙囪內(nèi)部密度較低的區(qū)域被酸性液體滲透，對(duì)煙囪內(nèi)部的承重結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕，影響到結(jié)構(gòu)的耐久性。

4）在煙囪內(nèi)部存在著不均勻的煙氣流場(chǎng)，尤其是在煙囪的下部區(qū)域，煙氣的高速流動(dòng)會(huì)夾帶石灰石漿液對(duì)煙囪的內(nèi)表面形成直接沖擊，對(duì)煙囪局部表面形成很強(qiáng)的沖刷腐蝕。

5）脫硫系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，煙氣的溫度大約在45～50℃之間，而在脫硫系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，開啟旁路擋板，鍋爐排除的高溫?zé)煔鈱⒅苯舆M(jìn)入防腐改造之后的煙囪進(jìn)行排放，煙囪會(huì)長期處于120～145℃的溫度條件下運(yùn)行。而在事故狀態(tài)下，煙氣通過旁路煙道繞過FGD系統(tǒng)直接進(jìn)入煙囪排放，煙氣的最高溫度能夠達(dá)到200℃左右。因此，煙囪處于偏強(qiáng)酸性介質(zhì)且高低溫交替的特殊環(huán)境中，在該環(huán)境下，會(huì)導(dǎo)致煙囪的防腐層與基層產(chǎn)生不同的線性膨脹，從而導(dǎo)致防腐層與基層的粘接界面發(fā)生應(yīng)力集中，影響粘接強(qiáng)度或者導(dǎo)致層間開裂，導(dǎo)致煙囪防腐層的壽命下降，同時(shí)，高溫環(huán)境還會(huì)導(dǎo)致材料的物理化學(xué)性能進(jìn)一步降低，有機(jī)材料的老化過程進(jìn)一步加快，降低防腐材料的耐磨性和抗應(yīng)力破壞能力。另外，在溫度的作用下，防腐層的施工缺陷容易在受熱之后進(jìn)一步擴(kuò)大，形成有利于介質(zhì)滲透的通道。

從上面的分析能夠看出，在采用濕法脫硫之后，煙氣會(huì)對(duì)煙囪形成強(qiáng)烈的腐蝕，對(duì)此必須采取合理的防腐措施，從而保障煙囪的結(jié)構(gòu)安全，進(jìn)一步保證電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2　煙囪防腐工程的技術(shù)建議

2.1新建擴(kuò)建濕煙囪項(xiàng)目

新建擴(kuò)建項(xiàng)目在設(shè)計(jì)方面，需要對(duì)煙囪方案進(jìn)行合理的選擇，合理控制煙囪出口的流速，避免由于煙囪內(nèi)部延期流速過快產(chǎn)生酸液二次攜帶問題，緩解石膏雨的發(fā)生。在防腐工藝方面，需要嚴(yán)格按照GB 50051—2013《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］對(duì)工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制，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。玻璃鋼濕煙囪也是具有較好效果的濕煙囪防腐解決方案，但是，從當(dāng)前國內(nèi)的現(xiàn)狀來看，需要暫緩該技術(shù)的推廣，需要對(duì)玻璃鋼煙囪的制作工藝、施工質(zhì)量以及機(jī)組的運(yùn)行效果進(jìn)行進(jìn)一步的觀察。

2.2在役濕煙囪改造

以在役濕煙囪為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行防腐改造，方案的選擇相對(duì)復(fù)雜度較高，需要結(jié)合各電廠機(jī)組、燃料、原有煙囪設(shè)計(jì)的實(shí)際情況以及機(jī)組剩余服役年限等進(jìn)行綜合考慮煙囪防腐改造方案，以實(shí)現(xiàn)壽命期內(nèi)的最大化經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，進(jìn)行必要的綜合經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比，同時(shí)，需要充分考慮采取防止煙囪雨的有效措施。

從當(dāng)前的認(rèn)識(shí)來看，建議機(jī)組在可預(yù)見的剩余服役年限在5年以上的，采用具有較高可靠性的鈦—鋼復(fù)合板或者進(jìn)口賓高德防腐技術(shù)，而針對(duì)機(jī)組可預(yù)見性的剩余服役年限在5年以下的，在通過綜合的分析之后，并在系統(tǒng)的質(zhì)量管控及檢測(cè)措施保證的基礎(chǔ)上，可以選擇雜化聚合物等高性能重防腐涂層。

2.3進(jìn)行整體聯(lián)合設(shè)計(jì)

通過進(jìn)行優(yōu)良的脫硫除霧器、除塵器設(shè)計(jì)能夠使脫硫系統(tǒng)所夾帶的酸液量大幅度下降，同時(shí)還能降低酸液中石膏以及粉塵等固態(tài)顆粒物的含量，這對(duì)于治理煙囪雨非常有利。另外，經(jīng)過脫硫之后的凈煙氣煙道也是酸液泠凝較為集中的區(qū)域，該區(qū)域的保溫和內(nèi)部支撐形式以及延期的流動(dòng)形式都會(huì)直接影響到液滴的二次夾帶。因此，采用脫硫系統(tǒng)以及煙囪整體聯(lián)合設(shè)計(jì)的方案在進(jìn)行石膏雨的治理方面非常有必要。

2.4加強(qiáng)連接煙道的防腐處理

脫硫系統(tǒng)到煙囪入口的煙道部分也是腐蝕問題較為集中的區(qū)域，但是，由于該部分煙道具有較好的檢修條件，因此，采用碳鋼襯玻璃鱗片膠泥的方案能夠很好地滿足防腐要求。采用玻璃鱗片方案需要注意以下兩方面的問題［3］：第一，入孔門的設(shè)計(jì)需要基于“方便人員進(jìn)出、方便檢修工作”為原則進(jìn)行，且入口門外側(cè)需要緊靠檢修平臺(tái)；第二，煙道底部由于外側(cè)包覆保溫層的存在，當(dāng)煙道底部積灰而底板出現(xiàn)大面積腐蝕時(shí)，在光線較差的情況下，容易發(fā)生坍塌事故，因此，煙道底部的防腐設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮加大安全系數(shù)，從而提高防腐方案的可靠性。

2.5取消煙氣再熱系統(tǒng)

根據(jù)國外相關(guān)管理經(jīng)驗(yàn)，建議直接采用濕煙囪設(shè)計(jì)方案，在濕式脫硫系統(tǒng)后面取消或者不再增設(shè)回轉(zhuǎn)式煙氣再熱系統(tǒng)。回轉(zhuǎn)式煙氣再熱系統(tǒng)由于存在煙氣的攜帶和泄漏問題，原煙氣會(huì)對(duì)凈煙氣形成污染，設(shè)備及運(yùn)行成本較高。另外，換熱元件容易發(fā)生堵塞，對(duì)電廠運(yùn)行可靠性產(chǎn)生了較大的負(fù)面影響。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果來看，在正常再熱溫度范圍內(nèi)，煙氣再熱將導(dǎo)致小霧滴蒸發(fā)，對(duì)于來自沉積液膜的煙氣流二次夾卷的較大液滴的蒸發(fā)作用十分有限。相對(duì)于煙囪高度來說，再熱使煙羽抬升的高度也是有效的，通常在3～6m之間。水汽煙羽的形成在較大程度上受到氣象條件的影響。實(shí)際上，要想通過再熱消除所有氣象條件下的煙羽基本上是不可能實(shí)現(xiàn)的。在典型的再熱情況下，煙羽的可見長度比濕煙羽的可見長度少1/3左右。但是采用濕煙囪防腐設(shè)計(jì)方案能夠更好地提高機(jī)組的熱效率，降低維修費(fèi)用，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。

3　結(jié)束語

火力發(fā)電廠在采用“石灰石-石膏”濕法脫硫（WFGD）工藝之后，對(duì)濕煙囪的防腐是非常有必要的，采用何種防腐方案需要結(jié)合具體的煙囪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、服役年限等因素進(jìn)行綜合考慮，合理選擇。同時(shí)，隨著高性能防腐材料的不斷開發(fā)以及煙囪防腐措施的不斷優(yōu)化，濕煙囪防腐工程的可靠性和經(jīng)濟(jì)性將不斷提高。

［1］李震，孫平.火電廠脫硫濕煙囪防腐若干問題［J］.全面腐蝕控制，2013（2）：28-30.

［2］賀朝鑄，代萬昆，韓朋成，等.火電廠煙囪防腐的解決方案［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（3）：63-65.

［3］張自麗.火電廠煙囪防腐進(jìn)展研究［J］.中國電業(yè)（技術(shù)版），2011（8）：38-40.

（2015-12-29）