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火電廠煙囪防腐脫硫煙氣易在煙囪內結露形成腐蝕。介紹西寧電廠二期2×1 000 MW工程煙氣脫硫濕煙囪防腐特點,說明各種可用于
濕煙囪內壁防腐材料的性能及防腐蝕結構的形式,對其煙囪防腐方案的技術和經濟特點進行比較,并得出目前可行的方案,可延長煙
囪的使用壽命。西寧電廠二期工程2×1 000 MW超超臨界燃煤發電機組,同步安裝煙氣石灰石濕法脫硫裝置。不設煙氣加熱系統
(GGH),可節約一次性投資約3 000萬元,占地面積也小很多,布置也能得以優化。煙囪選用雙管內筒方案,每爐設1個直徑7.2 m排煙筒
,內筒高度238 m,排放經濕法脫硫后的煙氣。由于沒有煙氣加熱器系統的加熱,進入煙囪的煙氣溫度為40℃~50℃,煙囪內壁將產生嚴
重的結露現象,因此必須對煙囪的防腐問題作進一步的分析研究。1 濕煙氣的腐蝕機理及煙囪選型濕法脫硫工藝對煙氣中的SO2的脫
除效率很高,但對酸露點溫度有重要影響并形成腐蝕性酸液主要成分的SO3的脫除效率不高,只有20%~30%左右。由于經濕法脫硫后的
煙氣濕度增加,溫度降低,煙氣極易在煙囪的內壁結露,煙氣中殘留的SO3溶解后將形成腐蝕性很強的稀硫酸液。低濃度稀硫酸液比高
濃度稀硫酸液的腐蝕性更強。脫硫后的煙氣對煙囪的腐蝕有以下特點:(1)濕法脫硫后的煙氣濕度大,處于飽和狀態的濕煙氣含有的
腐蝕性介質在煙氣壓力與濕度的雙重作用下,對煙囪內側結構密度差的材料產生腐蝕,影響結構的耐久性。酸液溫度在40℃~80℃時,
對煙囪結構材料的腐蝕性特別強,以鋼材為例, 40℃~80℃時的腐蝕速度比其它溫度時高出約3~8倍。(2)脫硫處理后的煙氣中含有氟
化氫和氯化物等強腐蝕性物質,形成腐蝕強度高、滲透性強且較難防范的低溫高濕稀酸型腐蝕。從上述分析可知,在無GGH系統的情
況下,煙囪內壁均存在酸結露狀況。在此條件下,選用傳統單筒鋼筋砼煙囪及直排煙筒式鋼筋砼煙囪已不合適。因為該形式的煙囪不
能確保內襯及保溫層的致密,內壁的酸液將沿著縫隙向煙囪外壁滲透,而外壁內側的保護層通常由有機材料組成,無論是材料的使用
壽命還是施工質量都不能保證在煙囪設計使用期內能有效阻隔酸液對外壁的腐蝕。此外,酸液對外壁產生的腐蝕一般情況下很難發
現和檢測,對煙囪的安全運行是致命的隱患。因此,西寧電廠二期三期工程煙囪的方案是排煙筒與承重筒分開布置的套筒(多管)
式煙囪,避免了煙氣對承重筒的腐蝕。針對工程實際情況,考慮運行過程中檢修維護及運行安全可靠性的要求,采用1臺鍋爐設置1個
排煙筒的方案,即選用雙管套筒式煙囪。2 煙囪內筒及防腐材料的選擇2.1 煙囪內筒材質國內的煙囪鋼內筒鋼板絕大多數采用耐硫
酸露點鋼。耐硫酸露點鋼是一種既耐硫酸露點腐蝕又耐大氣腐蝕的鋼種。鋼中主要含Mn、Cu、Cr、Sb等抗硫酸露點腐蝕的合金元素
,而Cu、Cr又是兩個主要的抗大氣腐蝕的元素,其力學性能與Q345鋼接近,較Q235鋼要高。采用耐硫酸露點鋼可有效減小壁厚。以
北侖電廠一、二期工程為例,北侖電廠一期工程煙囪鋼內筒采用Q235鋼,底部壁厚為22 mm,北侖電廠二期工程煙囪鋼內筒采用耐硫酸
露點鋼,底部壁厚為16 mm。西寧電廠二期工程也采用耐硫酸露點鋼,底部壁厚為16 mm。圖1為某鋼廠對其生產的耐硫酸露點腐蝕鋼
NS1-2及其它不同鋼種進行各種硫酸濃度、溫度下的試驗曲線。2. 2煙囪內筒運行工況西寧電廠煙囪排放的是經濕法脫硫后的
煙氣，根據其它工程的經驗，有大量結露的酸液沿筒壁流淌，酸液的PH值在2~3之間，腐蝕性很強。此外，煙囪設計時還應考慮脫
硫旁路，排放末經脫硫的煙氣。此時，進入煙囪的煙氣溫度在130℃左右。如考慮短時鍋爐事故狀態的煙氣排放，則煙溫在180℃左
右。實際上煙囪的運行工況要考慮脫硫運行(不上GGH)、脫硫旁路、短時鍋爐事故等幾種狀態,煙囪內襯是在干———潮濕———浸
水工況下交替變化,這與脫硫系統不設旁路、煙囪通常是在單工況下運行有很大區別,因此對煙囪內襯防腐材料提出了更高的要求。
內筒煙囪防腐材料選擇時除了應考慮主要運行工況條件外,還須適應煙囪的其它運行工況,以及工況變化時溫度交替變化對內襯材料
防腐性能的影響。由于煙囪的檢修維護條件較差,不同于水平煙道,因此排煙內筒的防腐措施也應比一般水平煙道更高。2.3煙囪防
腐方案的比較根據北侖發電廠三期煙囪運行條件,綜合國內外煙囪防腐技術,內筒防腐措施可有:鋼內筒內側襯Henkel防腐玻璃磚;鋼
內筒內側襯防腐泡沫玻化陶瓷磚;玻璃鋼內筒;復合鋼鈦板內筒4種方案。經計算,采用這4種方案的工程量和造價比較見表1。 (1)襯
Henkel防腐玻璃磚。據有關資料介紹, Henkel防腐玻璃磚耐酸腐蝕,耐各種濃縮酸(除氫氟酸)和包括氯化物在內的廢氣冷凝液。耐
高溫,可以持續承受204℃以下溫度,也可以短時承受371℃高溫。低熱膨脹系數,當脫硫旁路、在劇烈的再加熱過程中,或由于空氣預
熱器失靈等造成煙溫突變時,都不會受到損傷。但國內未見成功應用的經驗。(2)襯防腐泡沫玻化陶瓷磚。防腐泡沫玻化陶瓷磚能長
期抗酸,耐各種濃縮酸,也能耐濃度<0.3%的氫氟酸及包括氯化物在內的廢氣冷凝液,適用于濕法脫硫工況(設GGH與不設GGH)運行條件
。對煙氣溫度變化適應能力強。可適用于200℃~450℃的溫度,尤其在高溫交叉變化情況下,可以適應濕干交替環境。(3)玻璃鋼內筒
。玻璃鋼材料耐溫性能為一般情況下耐受93℃、極限耐受121℃。具有更寬范圍的耐腐蝕性能;因玻璃鋼傳熱慢而保溫性好,不需要
設隔熱層;使用壽命更長;比重小。(4)復合鈦板鋼內筒。在溫度25~100℃情況下,小于50%的硫酸、小于20%的氟硼酸、小于10%氟硅
酸、極低濃度的氫氟酸都對鈦及鈦合金有腐蝕。煙氣脫硫以后對鈦及鈦合金腐蝕機理和年腐蝕率缺乏詳細的數據。根據以上技術性
能與經濟性的比較,煙囪設計綜合分析如下:方案1:鋼內筒內側襯Henkel防腐玻璃磚,總投資在4個方案中適中,施工技術簡便,質量較
易控制,檢修維護方便,國外有20多年應用經驗。對國內實際存在的脫硫工況交替變化運行的適應能力較強。可作為本工程煙囪鋼內
筒內側防腐的可選方案之一。方案2:鋼內筒內側襯防腐泡沫玻化陶瓷磚,投資較低,防腐性能與方案1相當,性價比優越。綜合考慮工
程投資,推薦選用方案2。方案3:玻璃鋼內筒,投資較高,耐腐蝕性能好,對高溫性能影響敏感,在脫硫系統設有旁路情況時不宜選用。
方案4:復合鈦板鋼內筒,在各方案中投資,在脫硫系統設有旁路時,旁路投運將會影響其耐腐蝕性能,故不推薦采用。3 結語根據
上述技術及經濟的分析比較,采用鋼內筒內側襯防腐泡沫玻化陶瓷磚在性價比上有優勢,故西寧電廠二期工程煙囪防腐選用此方案。
隨著新工藝、新材料、新技術的采用,對于濕法煙氣脫硫煙囪防腐研究還需不斷總結經驗,完善措施,使煙囪能滿足各種工況要求并
達到設計壽命
