濕法脫硫煙囪防腐現(xiàn)狀探析

毛俊軒+潘林+李文輝+車(chē)國(guó)勇+熊婷

摘要：指出了在國(guó)家環(huán)保政策的推動(dòng)下，石灰石-石濕法脫硫技術(shù)得到了普遍應(yīng)用，隨之而來(lái)的煙氣腐蝕問(wèn)題給整個(gè)脫硫工序帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。針對(duì)國(guó)內(nèi)防腐現(xiàn)狀，分析了脫硫工序中煙氣的特點(diǎn)及腐蝕機(jī)理，并詳細(xì)闡述了4種主要的防腐技術(shù)。

關(guān)鍵詞：濕法脫硫；煙氣；煙囪防腐；防腐材料

中圖分類(lèi)號(hào)：P755.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-9944（2016）22-0093-03

1引言

隨著社會(huì)環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，火電廠燃煤煙氣中存在的大量二氧化硫等污染物的脫除顯得尤為重要[1]?！笆晃濉逼陂g，國(guó)內(nèi)原有電廠和新建電廠均在相關(guān)部門(mén)出臺(tái)的新政策推動(dòng)下，進(jìn)行了技術(shù)改造，加設(shè)了煙氣脫硫工序。

石灰石-石濕法脫硫（WFGD）技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)火電廠普遍采用的煙氣脫硫工藝，該工藝具有脫硫效率高、煙氣處理量大、煤質(zhì)適用面寬、工藝技術(shù)成熟、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)、負(fù)荷變動(dòng)影響小等特點(diǎn)，因此，也是各個(gè)國(guó)家應(yīng)用最多和相對(duì)最為成熟的脫硫工藝。但是，該工藝也存在一些較難克服的缺點(diǎn)，特別是經(jīng)煙氣脫硫系統(tǒng)排放的煙氣對(duì)煙囪的腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，很多火電廠經(jīng)技術(shù)改造后1～2年內(nèi)，就出現(xiàn)了嚴(yán)重的煙囪腐蝕現(xiàn)象，有些煙囪甚至穿孔滲漏[2]。

國(guó)內(nèi)在加設(shè)煙氣脫硫系統(tǒng)后，對(duì)煙囪腐蝕問(wèn)題的研究很少，目前也正處于研究起步階段[3]，而且實(shí)地考察和調(diào)研也不多，參考資料有限，經(jīng)驗(yàn)尚淺。在我國(guó)電力行業(yè)煙囪的現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，也僅僅從煙氣腐蝕等級(jí)方面對(duì)煙囪的防腐設(shè)計(jì)提出了要求，并沒(méi)有對(duì)脫硫系統(tǒng)中煙囪的防腐設(shè)計(jì)作出具體的規(guī)定。因此，進(jìn)行煙囪防腐的相關(guān)研究和設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

2腐蝕機(jī)理

2.1煙氣特點(diǎn)

在加設(shè)煙氣脫硫工序后，進(jìn)入煙囪內(nèi)的煙氣溫度較低，且煙氣濕度大。不設(shè)煙氣熱交換器（GGH）系統(tǒng)的煙氣溫度在50℃左右，某些電廠加設(shè)GGH系統(tǒng)后，煙氣溫度在80℃左右，均低于酸露點(diǎn)溫度，煙囪內(nèi)有嚴(yán)重的結(jié)露，結(jié)露生成的稀酸性液滴主要是硫酸和亞硫酸，同時(shí)還包括微量的氫氟酸、鹽酸和硝酸，該混合酸液的pH值為1.0～2.0，濕煙囪的內(nèi)壁長(zhǎng)期暴露于這種強(qiáng)混合酸環(huán)境中，使煙囪處于腐蝕強(qiáng)度高、滲透性強(qiáng)、且較難防范的低溫高濕稀酸型腐蝕工況中。研究表明，在40～80℃時(shí)，低濃度的酸液對(duì)結(jié)構(gòu)材料有更強(qiáng)的腐蝕性，例如，40～80℃條件下，稀酸液對(duì)鋼材的腐蝕速度是其他溫度下的3～8倍，因此，該低溫高濕稀酸型腐蝕工況的腐蝕程度與未脫硫時(shí)的干煙囪相比更為嚴(yán)重[4]。

2.2煙囪腐蝕環(huán)境

經(jīng)濕法脫硫后的煙囪，內(nèi)部運(yùn)行工況非常復(fù)雜。一是酸液的組成比較復(fù)雜，其中不僅含有硫酸，還含有微量的硝酸、鹽酸和氫氟酸，雖然其中的氫氟酸濃度并不大，但其對(duì)絕大多數(shù)材料的腐蝕性都非常強(qiáng)，能夠抵抗該混合酸腐蝕的材料很少。二是煙囪在正常運(yùn)行時(shí)，內(nèi)壁幾乎處于全正壓狀態(tài)，盡管煙囪正壓的壓力并不大，但其對(duì)煙囪的腐蝕作用影響非常大，可以使煙氣和酸液穿過(guò)內(nèi)襯磚或混凝土層，從而對(duì)煙囪內(nèi)壁造成腐蝕。另外，在正常脫硫情況下，煙囪內(nèi)濕煙氣溫度約50℃，而煙氣脫硫系統(tǒng)在事故狀態(tài)時(shí)，煙氣溫度馬上升高至110℃，煙囪內(nèi)的高濕度狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗稍餇顟B(tài)，煙囪內(nèi)壁附著的混合酸液濃度也隨著水分的蒸發(fā)逐漸增大，當(dāng)硫酸濃度達(dá)到70%以上后，就變?yōu)榫哂袕?qiáng)氧化性和脫水性的濃硫酸[5]。

加熱條件下，除金和鉑外，濃硫酸的強(qiáng)氧化性能使?jié)饬蛩崤c其他所有金屬發(fā)生反應(yīng)，生成金屬硫酸鹽。鈦合金板是一種在煙囪防腐中應(yīng)用相對(duì)較多的高檔耐腐蝕材料，表面易生成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的鈍化膜，且對(duì)于局部損壞具有瞬間修復(fù)的特性，在硫酸濃度小于10%時(shí)，防腐性能優(yōu)異，而且耐高溫及耐磨性也很好，使用年限長(zhǎng)。但當(dāng)硫酸濃度大于10%時(shí)，可與鈦發(fā)生反應(yīng)，尤其是在硫酸濃度接近80%時(shí)的腐蝕速度最快，其反應(yīng)見(jiàn)式為：

2Ti+6H2SO4→Ti2（SO4）3+3SO2+6H2O（1）

有機(jī)體系防腐層也是目前煙囪防腐的一大方向，但濃硫酸具有脫水性，可以?shī)Z取含氫、氧元素有機(jī)物中的氫原子和氧原子，從而使有機(jī)物防腐層從內(nèi)往外逐漸碳化，進(jìn)而喪失耐腐蝕性能，其反應(yīng)見(jiàn)式為：

C12H22O11→12C+11H2O（2）

由此可見(jiàn)，工作在干濕、冷熱交替工況下的煙囪，對(duì)防腐材料的性能要求是非常苛刻的。濕法脫硫以后，不同溫度和濕度條件下的煙氣會(huì)對(duì)煙囪產(chǎn)生不同程度、不同類(lèi)型的腐蝕，對(duì)濕法脫硫工序的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大的影響。

3國(guó)內(nèi)防腐技術(shù)

針對(duì)以上經(jīng)濕法脫硫技術(shù)改造之后的煙囪防腐問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外在工藝、材料以及施工方面都在積極尋求一種防腐效果最理想的方案，以保證火電廠脫硫工序的安全穩(wěn)定運(yùn)行。國(guó)外在近幾年已經(jīng)取得了一些成功案例，但國(guó)內(nèi)對(duì)濕煙囪防腐設(shè)計(jì)的研究剛剛起步，尚處在探索階段。

目前，國(guó)內(nèi)研究最多的，是針對(duì)以上復(fù)雜的運(yùn)行工況，對(duì)煙囪防腐中使用的防腐材料進(jìn)行選擇。應(yīng)用最多的濕法脫硫煙囪防腐技術(shù)主要有4種。

3.1鋼鈦合金板

鋼鈦合金板是一種防腐性能優(yōu)異的合金材料，在很多環(huán)境中性能非常穩(wěn)定，用其制成適合煙囪尺寸的整體內(nèi)筒作為煙囪防腐內(nèi)層的技術(shù)，即為鋼鈦合金板防腐技術(shù)。鋼鈦合金板作為煙囪防腐內(nèi)筒，其耐高溫性能及防腐性能好，耐磨性能優(yōu)，且維護(hù)成本低，使用年限長(zhǎng)，單從技術(shù)角度講，是一種非常理想的煙囪防腐選擇。而該防腐材料的主要缺點(diǎn)就是造價(jià)很高[6]，約2000～3000元/m2，很多電廠難以接受，推廣有一定的難度。除此之外，該防腐材料對(duì)施工要求也異?？量?，運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)的劃傷或焊接時(shí)留下的技術(shù)缺陷，在后期使用過(guò)程中都很容易出現(xiàn)腐蝕滲漏現(xiàn)象。

3.2耐腐蝕涂料

耐腐蝕涂料主要是以有機(jī)高分子材料作為反應(yīng)性單體，以纖維或無(wú)機(jī)粉料作為補(bǔ)強(qiáng)填料制得的防腐材料。目前，在濕煙囪防腐領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的耐腐蝕涂料主要有VEGF鱗片膠泥涂層、OM型耐酸膠泥涂料、聚脲涂料、美國(guó)薩維真涂料、德國(guó)固斯特涂料等[7]。

如專(zhuān)利CN100393829中公開(kāi)了一種乙烯基酯樹(shù)脂玻璃鱗片涂料，該材料抗?jié)B透性能好，耐磨，其耐溫性和耐腐蝕性已得到工程實(shí)踐的充分證明，能夠長(zhǎng)期在180℃以下使用，但該材料彈性很差，在溫度交替變化時(shí)易開(kāi)裂、脫落，對(duì)煙囪內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕。另外，在施工過(guò)程中還需要加入大量有機(jī)溶劑，溶劑的揮發(fā)對(duì)處于通風(fēng)不好的煙囪環(huán)境中施工工人的健康危害很大，而且溶劑也會(huì)造成一定的環(huán)境污染[8]。

OM涂料是以液體水玻璃為主劑的一種無(wú)機(jī)涂料，其施工主要包括3個(gè)步驟：①涂刷表面處理劑底料；②貼玻璃絲布；③刷表面處理劑面料。OM涂料同樣存在彈性很差的問(wèn)題，在冷熱交替工況下運(yùn)行時(shí)，容易使OM涂料開(kāi)裂，混合酸液隨裂縫進(jìn)入煙囪混凝土層，從而造成腐蝕。

專(zhuān)利CN101280153中公開(kāi)了一種脫硫煙道內(nèi)襯用噴涂耐高溫耐酸聚脲防腐涂料，該涂料是一種雙組分、無(wú)溶劑涂料，具有優(yōu)異的防水、耐腐蝕特性，但該材料長(zhǎng)期耐高溫性能差，煙道氣體溫度超過(guò)150℃時(shí)，會(huì)對(duì)聚脲造成嚴(yán)重的破壞。另外，聚脲涂料同樣彈性很差，不能直接使用它來(lái)粘接器件的接頭部位[9]。

耐腐蝕涂料的使用方法目前以刮涂法居多，而噴涂法則是未來(lái)耐腐蝕涂料的一大發(fā)展趨勢(shì)。

該技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于耐腐性好、密封性好、容易修補(bǔ)、施工簡(jiǎn)便。目前，國(guó)內(nèi)有很多人從事濕煙囪有機(jī)防腐內(nèi)襯材料的研究工作，發(fā)展前景很好。但是，單從目前投入使用的耐腐蝕涂料性能來(lái)看，其耐高低溫循環(huán)、耐混合酸液沖刷性能不好，使用一段時(shí)間后，因材料老化易開(kāi)裂，且需要單獨(dú)做保溫層[10，11]。

3.3發(fā)泡玻璃磚加膠粘劑復(fù)合系統(tǒng)

發(fā)泡玻璃磚加膠粘劑復(fù)合系統(tǒng)是在煙囪內(nèi)表面用有機(jī)耐酸膠粘劑襯砌無(wú)機(jī)輕質(zhì)發(fā)泡陶瓷進(jìn)行濕煙囪防腐的方案。

發(fā)泡玻璃磚是以石英砂、玻璃粉和特殊的玻璃發(fā)泡劑為主要原料，在高溫條件下熔融、燒結(jié)并退火，制得的一種防腐、保溫材料。玻璃磚不僅耐酸堿、耐高溫，而且其抗?jié)B透效果好、阻燃性能優(yōu)異、導(dǎo)熱系數(shù)小，因此，玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)除具有耐腐蝕性能外，還具有很好的隔熱性能及阻燃防火能力[12]。目前國(guó)內(nèi)使用的有機(jī)粘合劑產(chǎn)品種類(lèi)繁多，如國(guó)外進(jìn)口的賓高德膠粘劑，具有良好的耐酸防腐性能，抗?jié)B透性好，且具有一定的彈性，在溫度交替變化時(shí)，不易開(kāi)裂和脫落。專(zhuān)利CN101638518中公開(kāi)了一種耐酸氣腐蝕耐高溫室溫硫化硅橡膠，具有優(yōu)異的耐高溫性能，且同樣具有良好的彈性，可長(zhǎng)期在150℃條件下使用[13]。環(huán)氧類(lèi)粘合劑耐溫防腐性能優(yōu)異，但缺點(diǎn)是彈性不好，使用過(guò)程中易開(kāi)裂，在煙囪防腐領(lǐng)域也有個(gè)別用戶(hù)選用。

發(fā)泡玻璃磚加膠粘劑復(fù)合系統(tǒng)兼具發(fā)泡玻璃磚和有機(jī)粘合劑的優(yōu)異性能，具有良好的耐酸、防水、耐高低溫變性能，可同時(shí)起到防腐和保溫的作用。使用性能優(yōu)異的有機(jī)粘合劑粘貼發(fā)泡玻璃磚作為脫硫煙囪防腐內(nèi)襯系統(tǒng)，既能保證脫硫煙囪中防腐層的使用效果，延長(zhǎng)防腐層使用壽命，又有利于新建電廠縮短施工周期和技改電廠大幅減少因?yàn)槭┕ざＶ拱l(fā)電造成的巨大損失。另外，磚加膠方案造價(jià)較低，且施工工藝與傳統(tǒng)的砌筑耐酸磚的工藝類(lèi)似，操作簡(jiǎn)單易行，是目前濕法脫硫煙囪防腐領(lǐng)域中普及率較高，且性能較穩(wěn)定的防腐技術(shù)。

然而，目前市場(chǎng)上的有機(jī)粘合劑產(chǎn)品品種多樣，質(zhì)量參差不齊，其中大部分是未根據(jù)實(shí)際工況開(kāi)發(fā)出的劣質(zhì)粘合劑產(chǎn)品。使用性能較差的有機(jī)粘合劑粘貼發(fā)泡玻璃磚作為煙囪防腐內(nèi)襯，在長(zhǎng)期高低溫交變工況下，粘合劑成會(huì)逐漸緩慢老化，甚至高溫碳化，從而造成強(qiáng)混合酸液的滲漏，最終導(dǎo)致煙囪出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕，給電力行業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，有機(jī)粘合劑的質(zhì)量好壞是決定磚加膠方案成功與否的關(guān)鍵。

3.4面涂彈性體防腐材料方案

面涂彈性體防腐材料方案是在《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）頒布實(shí)施以后新興的一種防腐方案。該方案是直接在煙囪內(nèi)表面涂抹有機(jī)防腐膠粘劑進(jìn)行濕煙囪防腐的方案。

用于煙囪內(nèi)壁涂刷的彈性體防腐材料具有優(yōu)異的防腐、耐高溫性能，可長(zhǎng)期耐受80℃以下強(qiáng)腐蝕性混合酸液的滲透和腐蝕，并可短時(shí)間耐受120℃以上高溫。同時(shí)，該材料不僅對(duì)混凝土、鋼板、陶瓷耐酸耐溫磚均具有良好的粘接性，可有效地阻隔酸氣及酸液的滲透，防止酸液對(duì)煙囪各部件造成腐蝕，而且具有高彈性，可避免因冷熱交替變化以及煙囪運(yùn)行條件下的擺動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)防腐內(nèi)襯造成破壞，影響防腐系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外，使用該彈性體防腐材料，工程造價(jià)低，施工簡(jiǎn)單，局部破壞后容易修補(bǔ)。

目前，該防腐方案已得到大量工程實(shí)踐的充分證明：完全能夠滿(mǎn)足新工況下的各種嚴(yán)苛的強(qiáng)腐蝕環(huán)境，在國(guó)內(nèi)火電廠濕法脫硫煙囪防腐領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率中逐年遞增。

4結(jié)語(yǔ)

經(jīng)技術(shù)改造后的濕法脫硫煙囪，其內(nèi)部腐蝕因素錯(cuò)綜復(fù)雜，腐蝕環(huán)境惡劣。在諸多濕法脫硫煙囪防腐方案中，目前防腐效果較好的防腐方案為發(fā)泡玻璃磚加膠粘劑復(fù)合系統(tǒng)方案。近年來(lái)也有越來(lái)越多的人致力于該方案中粘合劑耐老化性能的提高，以及發(fā)泡玻璃磚耐沖刷性能的改進(jìn)。直接使用彈性體防腐材料進(jìn)行防腐的面涂方案，已得到大量工程實(shí)踐的充分證明，且占有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)占有率，是未來(lái)濕法脫硫煙囪防腐技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)。

針對(duì)濕煙囪的防腐問(wèn)題，不可忽視的現(xiàn)狀是，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行防腐技術(shù)針對(duì)性不強(qiáng)，適用面較窄，大部分防腐方案還處于試驗(yàn)階段，現(xiàn)階段還沒(méi)有一種非常成熟的長(zhǎng)效防腐方案，而僅僅能在事故的發(fā)生率上有所改善；各個(gè)火電廠煙囪的運(yùn)行工況均比較復(fù)雜，而且存在一定的差異，這必然會(huì)造成濕煙囪防腐技術(shù)的普適性較差，只能針對(duì)特定的煙囪進(jìn)行防腐方案的必要調(diào)整。因此，必須加快開(kāi)發(fā)綜合性能更優(yōu)且成本較低的防腐材料，并將防腐方案系統(tǒng)化。

另外，從國(guó)內(nèi)大多煙囪腐蝕的實(shí)例來(lái)看，很多是由施工工藝及施工質(zhì)量的缺陷造成，尤其是對(duì)煙囪內(nèi)特殊部位防腐材料的施工，因此，在大力研究防腐材料的同時(shí)，需要加強(qiáng)防腐材料施工相關(guān)的研究工作，并適時(shí)地對(duì)施工隊(duì)伍進(jìn)行施工技能培訓(xùn)，以適應(yīng)煙囪防腐方案的不斷改進(jìn)。

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