湿法烟气脱硫机组烟囱防腐技术探讨(烟囱脱硫)

湿法烟气脱硫后烟气腐蚀性分析 1.1        脱硫后烟气特点 通常进行湿法脱硫处理后的烟气，水份含量高，湿度大，温度低，易于出现烟气结露现象。烟气中的水气结露后形成的具腐蚀性水液较大，主要依附于烟囱内侧壁流下来至专设的排液口排到脱硫系统的废液池中。而脱硫处理后的烟气中还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质，形成腐蚀强度高、渗透性较强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。 湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率很高，但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3脱除效率不高，约30%左右。因此，烟气脱硫后，对烟囱的腐蚀隐患并未消除；相反，脱硫后的烟气环境（低温、高湿等）使腐蚀状况进一步加剧。 1.2  脱硫烟气的腐蚀性 由于国内脱硫烟囱历史较短，专项的腐蚀调查研究资料很少，经验也不多，并且国内烟囱设计标准中对脱硫处理的烟囱防腐设计尚无明确说明。因此，对于脱硫后烟气对烟囱结构的腐蚀性分析我们主要是借鉴国外的资料和做法。 国际工业烟囱协会在其发布的标准中对脱硫后的烟气腐蚀性能作了如下说明： (1)烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在将很大提高腐蚀程度，在20℃和1个标准大气压下，氟化氢、氯元素和氯化氢的重量浓度超过0.025%、0.1%和0.1%时，腐蚀等级（化学荷载）为高级。 (2)处于烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气条件通常被视为高腐蚀等级（化学荷载）。 (3)含有硫磺氧化物的烟气腐蚀等级（化学荷载）按SO3的含量值确定；凝结过程中SO3离子与水蒸气结合成为硫酸，对烟囱进行腐蚀。 (4) 亚硫酸的露点温度取决于烟气中SO3浓度，一般约为65℃，稍高于水的露点。燃煤中如含有污染，则在同样的温度下还会有像盐酸、硝酸等其它酸液。      (5)尽管在烟气脱硫效应（FGD）过程中已除去了大部分的氧化硫，但在净化装置下游，随着氧化硫含量的减少，烟气的湿度会增大，且温度会降低，当温度低于80℃时，烟气浓缩成酸液。另外净化后的烟气中还含有氯化物。 (6)烟气中的氯离子遇到水蒸汽便形成氯酸，它的化合温度约为60℃，当低于氯酸露点温度时，就会产生严重的腐蚀，即使是氯化物很少也会造成严重腐蚀。 按照“国际工业烟囱协会（CICIND）”的设计标准要求，燃煤电厂排出的烟气虽然在脱硫过程中能除去大部分的氧化硫，但经脱硫后，烟气湿度增大，温度降低，使烟气中单位体积的稀释硫酸含量相应增加，其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性烟气等级，因而烟囱应按强腐蚀性烟气等级来考虑烟囱结构的安全性设计。 2   脱硫后烟囱形式的选择 按照电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》的要求：当排放强腐蚀性烟气时，宜采用多管式或套筒式烟囱结构型式，即把承重的钢筋混凝土外筒和排烟内筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触。600MW机组宜采用一台炉配一根排烟管方案，加之目前国内脱硫烟囱的防腐蚀设计还缺乏经验，采用可以维护检修的多管式烟囱较为安全可靠。采用套筒多管式烟囱主要有以下优点： 1、脱硫后烟气湿度大，当采用单筒式烟囱时，由于材料、结构致密度差，含有腐蚀性介质的烟气，在烟气压力和湿度梯度的双重作用下，烟囱结构内部（包括筒壁、保温和内衬）很易遭到腐蚀，影响结构耐久性和使用寿命。而套筒式烟囱具有检修和维护空间，一旦需要，可立即对排烟内筒实施维护和补强； 2、二台炉运行工况有可能不同，采用一炉一管方式，烟气运行互不影响，同时也符合设计规范的要求。 3、维修条件好，一旦某个排烟筒有腐蚀问题，可立即对其进行局部补修，不会影响到发电设施的正常运行。 4、套筒式多管烟囱由于排烟量大，上升热浮力大，较多地增加了排烟的抬升高度，扩散稀释效果好，对环境保护也有着较大的意义。 对于套筒式多管烟囱，排烟内筒的结构材料选择一般有两种：钢内筒型结构和砖砌内筒型结构。采用耐酸砖排烟筒，结构自重量大，施工质量难于控制每条灰缝密实，排烟筒结构的整体性和气密性均较钢排烟筒差，耐酸砖砌筑灰缝是排烟筒耐腐蚀的薄弱环节。抗震性能也较钢排烟筒差。耐酸砖排烟筒的施工条件较差，施工周期要较钢排烟筒长，砖排烟筒施工多为高空作业，质量控制较难。运行中检修维护工作量大。但其造价较钢内筒烟囱要低。采用钢排烟筒，结构自重轻，气密性好，在钢排烟筒内侧设置的防腐层，可有效防止烟气对钢筒的腐蚀。因此，建议排烟内筒材料选择以钢内筒为宜，这也是目前流行选择。 3  脱硫后烟囱钢内筒防腐设计 烟囱钢内筒选择一个合适的内衬，必须考虑以下几方面的因素，一、技术可行性，满足复杂化学环境下的防腐要求；二、经济合理，较低的建筑成本，一次性投资费用要低；三、施工容易进行速度快，周期短；四、运行维护费用低，并且方便检修。需注意的是，用材的选择不仅应考虑初期成本，还应考虑装置的可靠运行周期（即大修周期）和总使用寿命等相关问题，以便作出经济上的合理决定。欧美等发达国家电厂烟气脱硫开始的时间比较早，根据国内外的经验，目前湿法脱硫后的烟囱钢内筒内衬防腐主要有三类形式，第一类采用耐腐蚀的轻质隔热的制品粘贴，隔绝烟气和钢内筒接触，如发泡耐酸玻璃砖内衬；第二类贴衬薄板，采用耐酸腐蚀的金属合金薄板材作内衬，内衬材料包括钛板、镍基合金板或铁-镍基耐蚀合金板；第三类采用耐酸耐热混凝土和玻璃鳞片涂层等防酸腐蚀涂料。 3.2耐蚀鳞片胶泥内衬 鳞片或胶泥具有优良的耐腐蚀性能，主要与其组成有关。其主要由树脂、鳞片、表面处理剂、悬浮触变剂等组成。其中，对其性能影响最大的是鳞片添加量及表面处理剂量，对施工性能影响较大的是悬浮触变剂等。它的组成更为有效地防止腐蚀介质或水蒸气的物理渗透，具有良好的抗渗透性、耐磨性、耐热性和较小的扯断伸长率[2]。 由于鳞片胶泥具有抗渗性好、施工难度小、易修补物理失效少和造价适中等的优点。因此，鳞片胶泥在电力系统中的烟气脱硫（FGD）系统装置得到广泛应用，主要应用在脱硫装置的吸收塔、氧化塔、进料管等部位，但需要较多的维护，在早期的脱硫烟囱上有应用，现在应用较少。 3.3防腐涂料层、耐酸浇筑料 钢内筒内表面先涂刷防腐涂料层再加浇耐酸浇筑料，耐酸浇筑料层内一般配置与钢内筒相连结的钢丝网。此方案，防腐衬料的施工条件较差，质量控制较难。而且设计对防腐衬料要求较高，不能产生细微的裂缝，以免烟气渗入对烟囱钢内筒产生腐蚀。由于烟气不可避免对防腐衬料产生腐蚀，此类烟囱需定期对钢内筒进行检修和维护，一般十几年就需对防腐衬料重新修补施工。 3.4发泡耐酸玻璃砖内衬 发泡耐酸玻璃砖由美国汉高公司开发，玻璃砖和专用粘合材料的基本性能见下表。 汉高#55玻璃砖的基本性能 Henkel#55玻璃砖成份        硅酸硼玻璃，无机，无粘合剂 导热系数(38℃/93℃/149)        0.087/0.098/0.110 W/M•K 密度        0.19g/cm2 抗压强度        827KPa 弹性模量        12600Kg/cm2 线涨系数        5.5*10-6/℃ 吸湿率        0.2％(仅表面潮湿)   美国汉高公司开发采用发泡耐酸玻璃砖作为烟囱的材料用于脱硫电厂烟囱，发泡耐酸玻璃砖具有耐腐蚀和保温的双重性能，使原来的烟囱内衬和保温层结构合二为一。发泡耐酸玻璃砖由专用的粘合材料直接粘贴于钢烟筒内表面，并且由粘合材料对玻璃砖间的缝隙勾缝。阻断了烟气对烟囱内筒结构的腐蚀。发泡耐酸玻璃砖是以优质的泡沫硼硅玻璃结合人造橡胶技术形成的防腐衬里，在化学环境与温度大幅度变化的情况下，都具有防腐能力。发泡耐酸玻璃砖具有耐酸腐蚀、高绝热性、耐高温、低热膨胀系数、安装简便等特性。但是由于国内还不能生产发泡耐酸玻璃砖，其价格较高。 3.5钛板内衬 钛是一种很耐腐蚀的材料，这是由于钛的表面容易生成稳定的钝化膜，钝化膜是由几纳米到几十纳米厚的极薄的氧化钛构成，在许多环境中是很稳定的，并且一旦局部破坏还具有瞬间再修补的特性。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好，甚至可与铂比美。但是这层氧化膜被破坏后，若不存在修复的环境介质，这时钛的腐蚀速度比铁还大。常用的钛TA2主要机械物理性能见下表。 表  钛TA2机械物理性能表 密度        4.51g/cm2 抗拉屈服强度        140MPa 抗拉强度        220MPa 弹性模量        10.6*104MPa 热膨胀系数        9.0*10-6/℃ 溶点        1668°C 延伸率%        54 % 烟囱内衬钛板有二种工艺，一种是采用挂板，一种是采用钛钢复合板。钛钢复合板是一种较合适的组合材料，也是国际烟囱设计标准推荐的方案。它真正做到了结构（钢）、防腐（钛）各司其职，发挥各自的优势。钛钢复合板是一种成熟的组合材料，有专门的国家标准对其设计、安装和检验提出要求，缺点是造价较高[2]。 3.6镍基耐蚀合金板内衬 常用的镍基耐蚀合金主要有C-276，C-276是一种含钨的镍-铬-钼合金，其硅、碳的含量极低，在氧化和还原状态下，对大多数腐蚀介质具有优异的耐腐蚀性，出色的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀性能。较高的钼、铬含量使合金能够耐氯离子的侵蚀，钨元素也进一步提高了其耐腐蚀性。其主要机械物理性能见下表。 表  C-276机械物理性能表 导热系数        7.2W/M•C   密度        8.89g/cm2 屈服强度        ≥283 MPa 抗拉强度        ≥690 MPa 弹性模量        209～200KN/mm2 (0～200°C) 热膨胀系数        11.2*10-6/°C 延伸率        ≥40% 溶点        1325-1370 ℃ 美国脱硫烟囱配用的均是镍基复合板（材料C276+Q235）钢烟囱。在国外镍基复合板比钛复合板便宜，但国内生产的镍基复合板比钛复合板（TA2）价格要高。采用衬镍基合金的烟囱投资比钛钢复合板烟囱会有所增加。目前国内电厂还没有应用镍基复合板钢烟囱的业绩。