純鈦煙道膨脹節(jié)在火電濕法脫硫改造中的應(yīng)用分析

邢浩，張偉，張?jiān)辞?/p>

(華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462300)

純鈦煙道膨脹節(jié)在火電濕法脫硫改造中的應(yīng)用分析

邢浩，張偉，張?jiān)辞?/p>

(華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462300)

火電廠脫硫區(qū)域煙道與主機(jī)煙道直接相連，超低排放改造后，脫硫煙氣溫度更低，腐蝕性更強(qiáng)，改造后脫硫系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行成為研究重點(diǎn)。以華電漯河發(fā)電有限公司為例，分析了純鈦煙道膨脹節(jié)在脫硫系統(tǒng)應(yīng)用的可行性，并在脫硫區(qū)域改造中成功應(yīng)用，供同類機(jī)組參考。

火電廠；純鈦煙道；膨脹節(jié)；濕法脫硫；凈煙道

0 引言

根據(jù)GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，及《河南省燃煤機(jī)組超低排放改造專項(xiàng)行動(dòng)方案》等地方法規(guī)的要求，2016—2017年各地火電現(xiàn)役機(jī)組脫硫排放濃度執(zhí)行35 mg/m3，中高硫煤區(qū)域火電脫硫機(jī)組為滿足這一要求，進(jìn)行了雙塔脫硫改造、單塔雙循環(huán)改造等，無論哪種方案均不同程度地增加了吸收塔氣液比，通過洗滌進(jìn)一步降低了脫硫排煙溫度。經(jīng)調(diào)研，部分超低排放機(jī)組脫硫后排煙溫度已低至45 ℃，在該溫度下，脫硫濕煙氣對(duì)煙道系統(tǒng)的腐蝕性進(jìn)一步加強(qiáng)，對(duì)脫硫煙道防腐性能提出了更高要求，尤其是煙道膨脹節(jié)位置。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)絕大多數(shù)機(jī)組選用非金屬蒙皮+框架的形式作為濕煙道膨脹節(jié)，因材質(zhì)、打孔、防腐工藝、安裝工藝、啟停機(jī)熱脹冷縮等各種原因，多數(shù)電廠脫硫濕煙道膨脹節(jié)存在不同程度的腐蝕滲漏情況。

本文通過對(duì)脫硫濕煙氣腐蝕機(jī)制、鈦防腐性能的研究，探討鈦膨脹節(jié)在脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用前景，并通過鈦膨脹節(jié)在脫硫現(xiàn)場的試驗(yàn)性應(yīng)用，論證其可行性。

1 脫硫系統(tǒng)及膨脹節(jié)腐蝕情況分析

火電機(jī)組鍋爐煙氣經(jīng)靜電除塵后，高溫?zé)煔?100～150 ℃)主要含有SO2，SO3，HCl，HF，NOx、煙塵及水汽等成分,經(jīng)脫硫吸收塔系統(tǒng)噴淋洗滌后,煙氣的主要成分為飽和水汽和殘余的SO2，SO3，HCl，HF，NOx攜帶的SO42-，SO32-等，一般認(rèn)為脫硫煙道發(fā)生腐蝕的原因主要有以下3種：(1)SO2和SO3引起的化學(xué)腐蝕；(2)Cl-和F-引起的電化學(xué)腐蝕；(3)流體沖刷引起的機(jī)械腐蝕[1]。

脫硫煙道膨脹節(jié)多選用非金屬膨脹節(jié)、鎳基金屬膨脹節(jié)[2]，其中以非金屬膨脹節(jié)居多，國內(nèi)多數(shù)設(shè)計(jì)院將脫硫?qū)Ｓ梅墙饘倥蛎浌?jié)編入脫硫設(shè)計(jì)導(dǎo)則，指導(dǎo)脫硫系統(tǒng)選型及應(yīng)用。

實(shí)際應(yīng)用中，不管哪種形式的非金屬膨脹節(jié)，均為法蘭(分為水平法蘭和垂直法蘭2種形式)連接，施工過程中，需在煙道上焊接膨脹節(jié)框架，在煙道防腐期間對(duì)法蘭端面進(jìn)行玻璃鱗片防腐，待玻璃鱗片固化后進(jìn)行膨脹節(jié)蒙皮安裝，在蒙皮外側(cè)使用壓板壓緊，這期間需多種工序交叉進(jìn)行，對(duì)施工工藝及監(jiān)督有較高要求，不可避免地出現(xiàn)“法蘭-鱗片-壓條-蒙皮-壓板”這一組合[3]，在壓板安裝時(shí)，法蘭端面玻璃鱗片受壓，不可避免地會(huì)出現(xiàn)壓損、內(nèi)部開裂等情況。

脫硫系統(tǒng)投運(yùn)后，隨煙氣溫度變化，受應(yīng)力影響，膨脹節(jié)位移形變[1]，部分電廠脫硫煙道膨脹節(jié)會(huì)出現(xiàn)“啟動(dòng)漏”現(xiàn)象，重新對(duì)壓板螺絲進(jìn)行加固后，能減免泄漏情況，但會(huì)進(jìn)一步壓損法蘭端面鱗片，造成“越漏越緊，越緊越漏”這一不可逆情況，最終，脫硫煙道法蘭端面受煙氣滲漏腐蝕，法蘭損傷，造成脫硫煙道膨脹節(jié)泄漏不可修復(fù)。

鎳基金屬膨脹節(jié)材料以316L，2205，2507為主，316L對(duì)SO3及Cl-離子抗腐蝕能力較弱[4]，經(jīng)調(diào)研，在脫硫濕煙道實(shí)際使用中，平均壽命不超過2年；2205，2507材質(zhì)金屬膨脹節(jié)有少量使用，國內(nèi)有不少良好業(yè)績，本文不做論述。

2 鈦膨脹節(jié)的研究

鈦及其合金具有許多優(yōu)異性能，鈦的熔點(diǎn)高(1 668 ℃)、密度小(4.5 g/cm3)、強(qiáng)度大(抗拉強(qiáng)度400～770 MPa，鈦合金達(dá)1 800 MPa)[5]。鈦合金在-250～510 ℃溫度下均具有足夠的韌性。鈦?zhàn)钔怀龅男阅苁悄臀g性，無論在氧化性環(huán)境中，還是在氯化物、硫化物、濕氯等苛刻的腐蝕介質(zhì)中都表現(xiàn)出良好的耐蝕性。這是因?yàn)椋?1)鈦的致鈍電流密度較小，致鈍電位較負(fù)，稍具氧化能力的氧化劑就能使其鈍化。(2)鈦的穩(wěn)定電位范圍較寬，不易形成“過鈍化”。(3)鈦的鈍化態(tài)不易被破壞，即使表面被劃傷也能迅速修復(fù)，所以鈦的鈍化膜具有很高的穩(wěn)定性[6]。

鈦在管道膨脹節(jié)上有較多應(yīng)用，因其價(jià)格昂貴，應(yīng)用范圍較窄，但隨著發(fā)展，我國完全依靠自身的鈦資源及技術(shù)力量建立了“采選—冶煉—熔煉與加工”和“研究—生產(chǎn)—應(yīng)用”兩個(gè)完整的工業(yè)體系[7]，鈦材的價(jià)格由原來的數(shù)十萬元/噸降低到十萬元/噸，與國內(nèi)鎳基不銹鋼金屬基本持平，在制作同尺寸零件時(shí)，因鈦密度低于鎳基不銹鋼密度(7.98 g/cm3)[8]，用料重量也有40%以上的減少。

同時(shí)，因其優(yōu)越的延展性、韌性，在設(shè)計(jì)、制作期間，厚度可以控制在2 mm以內(nèi)，比鎳基膨脹節(jié)節(jié)省大量材料，在脫硫煙道區(qū)域制作安裝鈦膨脹節(jié)，其綜合價(jià)位與非金屬膨脹節(jié)、鎳基金屬膨脹節(jié)接近持平，綜合考慮其優(yōu)越性能，安裝鈦膨脹節(jié)有較高的優(yōu)勢(shì)及可行性。

3 鈦膨脹節(jié)的實(shí)際應(yīng)用方案

華電漯河發(fā)電有限公司機(jī)組裝機(jī)容量為2×330 MW，鍋爐型號(hào)為SG-1120/17.50-M732，除塵裝置采用山西某公司配置雙室五電場靜電除塵系統(tǒng)，電除塵裝置入口增加低低溫省煤器，進(jìn)一步降低煙溫，脫硫系統(tǒng)為石灰石-石膏串聯(lián)雙塔，共配置6層噴淋層、1層合金托盤、5層屋脊式除霧器，設(shè)計(jì)排煙溫度45 ℃。脫硫系統(tǒng)濕煙道膨脹節(jié)原設(shè)計(jì)均為非金屬膨脹節(jié)。

隨著機(jī)組運(yùn)行，期間機(jī)組多次啟停，煙道膨脹節(jié)在膨脹收縮過程中多次發(fā)生腐蝕泄漏。2016年機(jī)組運(yùn)行期間煙囪入口膨脹節(jié)漏水，檢查發(fā)現(xiàn)膨脹節(jié)法蘭端面腐蝕損壞，螺栓孔腐蝕，已無修復(fù)價(jià)值，需進(jìn)行膨脹節(jié)整體更換。華電漯河發(fā)電有限公司結(jié)合煙囪鈦板、鈦鋼復(fù)合板施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比施工難度、造價(jià)、使用壽命等因素，綜合考慮論證，確定使用純鈦膨脹節(jié)作為煙囪入口膨脹節(jié)，徹底解決煙囪入口煙道膨脹節(jié)腐蝕損壞情況。

3.1 應(yīng)用施工過程

(1)根據(jù)原膨脹節(jié)設(shè)計(jì)壓力、膨脹余量、安裝尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，鈦材選用TA2材質(zhì)，厚度為2 mm，膨脹節(jié)寬度為300 mm，膨脹余量為±50 mm，將純鈦膨脹節(jié)設(shè)計(jì)為12段分體式單波紋鈦膨脹節(jié)，分為4個(gè)直角段(∟1 000 mm×1 000 mm×350 mm)及8個(gè)水平段(2 000 mm×350 mm)，并委托機(jī)加工廠對(duì)鈦板進(jìn)行壓型制作(如圖1所示)。

圖1 鈦膨脹節(jié)加工零件

(2)零件到廠后，對(duì)焊縫進(jìn)行100%著色檢測。

(3)根據(jù)鈦對(duì)鈦、鋼對(duì)鋼的焊接原則，將鈦鋼復(fù)合板鋼板側(cè)焊接在煙道內(nèi)側(cè)，內(nèi)外滿焊并進(jìn)行焊縫檢測。

(4)將鈦膨脹節(jié)壓型板分段焊接在鈦鋼復(fù)合板鋼板鈦板側(cè)[9]，對(duì)焊縫進(jìn)行著色檢測。

(5)對(duì)鋼煙道與鈦鋼復(fù)合板鋼板接口位置進(jìn)行鱗片防腐及樹脂玻璃絲布加固，表面刷涂環(huán)氧樹脂漆進(jìn)行封閉，整體施工完成。鈦膨脹節(jié)安裝完成及焊縫檢驗(yàn)如圖2所示。

圖2 鈦膨脹節(jié)安裝完成及焊縫檢驗(yàn)

3.2 施工難點(diǎn)

(1)煙道與鈦鋼復(fù)合板鋼板、鈦鋼復(fù)合板鋼板與鈦膨脹節(jié)均為內(nèi)插焊接[10]，在制作安裝過程中應(yīng)注意尺寸。

(2)所有鈦焊接應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝質(zhì)量及驗(yàn)收程序。

(3)鋼煙道與鈦鋼復(fù)合板鋼板接口位置為薄弱環(huán)節(jié)[11]，防腐作業(yè)期間應(yīng)進(jìn)行2 mm鱗片作業(yè)及2 mm纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(FPR)作業(yè)。

4 鈦膨脹節(jié)應(yīng)用的效果

華電漯河發(fā)電有限公司鈦膨脹節(jié)設(shè)計(jì)、制作、安裝造價(jià)與非金屬膨脹節(jié)造價(jià)基本持平，2016年6月鈦膨脹節(jié)施工完成后，連續(xù)運(yùn)行1年，2臺(tái)機(jī)組煙囪入口位置實(shí)現(xiàn)全年“零泄漏”。2017年7月機(jī)組檢修，在鈦膨脹節(jié)連續(xù)沖刷運(yùn)行1年后，對(duì)煙囪入口鈦膨脹節(jié)進(jìn)行了測厚及外觀檢查[12]，檢測結(jié)果顯示：分點(diǎn)測厚值與安裝值一一對(duì)應(yīng)，鈦膨脹節(jié)內(nèi)、外表面光潔如新，鈦焊縫飽滿完好，無砂眼、開裂跡象，鈦膨脹節(jié)與煙道接縫位置完好，無腐蝕情況發(fā)生，真正實(shí)現(xiàn)“零腐蝕、零磨損”，如圖3所示。

圖3 鈦膨脹節(jié)使用1年后檢測情況

5 結(jié)論

鈦及其合金以其優(yōu)異的耐腐蝕性能被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)石油、化工等行業(yè)，并取得了良好的效果，隨著國內(nèi)鈦工業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展,鈦材在防腐應(yīng)用領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更大的作用。華電漯河發(fā)電有限公司通過探索與實(shí)踐，證明鈦膨脹節(jié)在脫硫煙道上有著良好的應(yīng)用前景，同時(shí)也為脫硫行業(yè)后續(xù)的發(fā)展提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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(本文責(zé)編：白銀雷)

邢浩(1986—)，男，河南漯河人，助理工程師，從事火電脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理及改造工作(E-mail:xinghaoqqq@163.com)。

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1674-1951(2017)11-0054-03

2017-07-10；

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