煙囪腐蝕等級判定的修訂建議

趙英菊，許 俊

(1.湖南交通職業技術學院，湖南長沙 410000;2.中鋁長沙有色冶金設計研究院，湖南長沙 410011)

近年來，隨著國家環保標準的逐步提高和大眾環保意識的增強，國內新建的火力發電廠工程都要求進行煙氣脫硫處理。現行的脫硫方法應用最為廣泛的是石灰石/石膏濕法脫硫。由于采用該濕法脫硫后，煙氣溫度較低(40℃～80℃)而濕度較大，煙氣對煙囪的腐蝕將會加大，而腐蝕等級對煙囪的設計和選型有著至關重要的影響，但現行規范對此卻無明確規定。

1 現行規范對腐蝕等級的規定

1.1 《煙囪設計規范》(GB 50051－2002)的規定

煙囪內的煙氣溫度低于150℃，且燃煤的含硫量大于0.75%時，煙囪的防腐設計應符合該章(10 煙囪的防腐蝕)的有關規定。

煙氣對煙囪和煙道結構腐蝕等級分類如下。

(1)當燃煤含硫量為0.75%～1.5% 時，煙氣屬弱腐蝕性;

(2)當燃煤含硫量為大于1.5%但小于或等于2.5%時，煙氣屬于中等腐蝕性;

(3)當燃煤含硫量大于2.5%時，煙氣屬強腐蝕性。

1.2 《火力發電廠土建結構設計技術規定》(DL 5022－93)的規定

下列情況的煙氣為腐蝕性煙氣:燃煤含硫量較高，腐蝕性指數kc＞0.5～1.0，kc值由工藝部門提供，其值為

式中 Sy、Ay分別為燃煤中硫和灰含量的百分比;∑RxO為燃煤灰分中堿性氧化物總含量的百分比。

煙氣對煙囪結構腐蝕性強弱分類見表1。

表1 腐蝕性煙氣分級表

續表

1.3 《工業建筑防腐蝕設計規范》(GB 50051－2008)的規定

腐蝕性介質按其存在形態可分為氣態介質、液態介質和固態介質;各種介質按其性質、含量和環境條件劃分類別。常溫下，氣態介質、液態介質對建筑材料的腐蝕性等級應按照表2、表3 確定。

表2 氣態介質對建筑材料的腐蝕性等級

2 煙囪的實際腐蝕情況

2.1 干煙囪

表3 液態介質對建筑材料的腐蝕性等級

當機組未設置濕法脫硫裝置時，煙囪中的煙氣即為鍋爐的排煙，其濕度較低(5%左右)且溫度較高，習慣上稱為干煙囪。其為我國傳統的火電機組煙囪，最常見的形式是“鋼筋混凝土+磚內襯”形式。

文獻［8］中記載，1991－1998年，西北電力設計院會同有關單位對10個電廠的16 座煙囪進行了調查，這些煙囪主要為干式磚煙囪和單筒式混凝土煙囪。調查結論如下:

(1)煙氣溫度低于150℃，不論是磚煙囪還是鋼筋混凝土煙囪，或多或少都有腐蝕現象，并且明顯地感受到腐蝕與燃煤的含硫量密切關系;

(2)水泥砂漿和水泥石灰砂漿的耐酸性很差，和煙氣直接接觸都會產生腐蝕，其嚴重程度視煙囪運行時間長短和燃煤含硫量大小而定。如果燃煤含硫量不超過1%，腐蝕輕微。含硫量超過2%，則腐蝕嚴重;

(3)當采用磚砌內襯時，鋼筋混凝土筒壁內側都有腐蝕。筒壁腐蝕厚度從1～50 mm 不等，如果燃煤含硫量為3%，其筒壁混凝土的腐蝕速度大約是每年1 mm，并且筒壁的腐蝕區和非腐蝕區，界面十分明顯;

(4)這次調查中有一座濕煙囪，煙氣溫度僅為50℃，投入運行后不到一年，筒身混凝土猶如浸泡在水中。

2.2 半濕煙囪、濕煙囪

當機組設有濕法脫硫裝置且有煙氣加熱裝置時，煙氣濕度有所增加(10%左右)，煙氣溫度在80℃左右，這類煙囪稱為半濕煙囪;當機組設有濕法脫硫裝置，且沒有煙氣加熱裝置時，煙氣濕度很大(完全飽和)，煙氣溫度在50℃左右，這類煙囪習慣上稱為濕煙囪。2009年，電力規劃總院對226個電廠的煙囪調查發現，我國較多的煙囪防腐出現了問題，但基本為濕煙囪。對脫硫系統有煙氣加熱的半濕煙囪，運行情況還比較理想。

2.3 實際腐蝕情況的結論

傳統的干煙囪的腐蝕情況與煙囪規范符合的較好，煙囪的煙氣腐蝕程度基本上與燃煤含硫量有關。但是濕煙囪和半濕煙囪的腐蝕性已與燃煤含硫量關系不大。根據文獻［2］，加裝脫硫裝置后，大約90%～95%的SO2從煙氣中脫除，引入了大量的水分，并將溫度降至50℃±5℃。當不加裝GGH 裝置時，大量結露的煙囪，其腐蝕程度達到甚至超過了干煙囪的強腐蝕;當加裝GGH，提高了煙氣溫度后，煙氣在煙囪中結露現象大為減少，煙囪的腐蝕性不強。所以，無論是《煙囪設計規范》還是《火力發電廠土建結構設計技術規定》關于煙囪腐蝕性等級的判定，已經不符合當前廣泛應用的濕煙囪的腐蝕性判定要求，而煙囪的腐蝕性等級的判定對煙囪的安全性和經濟性又有著至關重要的意義。

3 對規范關于煙囪腐蝕性等級的修訂建議

從三本規范對比來看，《煙囪設計規范》、《火力發電廠土建結構設計技術規定》對煙氣腐蝕的等級規定已不適應當前的濕煙囪的腐蝕性判定要求，而根據《工業建筑防腐蝕設計規范》(以下簡稱《防腐規范》)判定準則來看，對干、濕煙囪的腐蝕性等級判定較為準確。以煙囪入口的尾氣成分來判定它對各種不同建筑材料的腐蝕更趨合理。

3.1 國際工業煙囪協會(CICIN)對煙氣腐蝕的說明

從現場的調研情況和按照《防腐規范》上根據成分判定，濕煙囪一般應為強腐蝕性。另根據文獻［1］中記載，國際工業煙囪協會(CICIN)在其發布的標準中對煙氣腐蝕作了如下說明。

(1)煙氣腐蝕中氯化物及氟化物的存在將提高腐蝕程度，在20℃和一個標準大氣壓下，氟化氫、氯元素和氯化氫的質量分數超過0.025%、0.1%和0.1%時，腐蝕等級(化學荷載)為高級;

(2)處于煙氣脫硫系統下游的濃縮或飽和煙氣條件通常被視為高腐蝕等級;

(3)含有硫氧化物的煙氣腐蝕等級按S02的含量值確定，凝結過程為S02離子與水蒸氣結合成為硫酸，對煙囪造成腐蝕;

(4)亞硫酸的露點溫度取決于煙氣中S02的濃度，一般約為65℃，稍高于它的露點。在同樣的溫度下，還會有鹽酸、硝酸等酸液;

(5)盡管在煙氣脫硫過程中已除去大部分的氧化硫，但在凈化裝置下游，隨著氧化硫含量的減少，煙氣的濕度增大，溫度降低。當溫度低于80℃時，氧化硫形成酸液。此外，凈化后的煙氣中還含有氯化物;

(6)煙氣中的氯離子遇到水蒸汽形成氯酸，它的化合溫度約為60℃，當低于氯酸露點溫度時，即使是很少的氯化物也會造成嚴重腐蝕。

3.2 對修訂現行規范的建議

依據以上結論、煙囪的設計特點和設計習慣，建議對現行規范按照如下要點進行修訂。煙囪的腐蝕性等級判定如下:

(1)沒有采用濕法脫硫，按照如下方法判定腐蝕性等級。

①當燃煤含硫量為0.75%～1.5%時，煙氣屬弱腐蝕性。

②當燃煤含硫量為大于1.5%但小于或等于2.5%時，煙氣屬于中等腐蝕性。

③當燃煤含硫量大于2.5%時，煙氣屬強腐蝕性。

(2)采用濕法脫硫，按照如下方法判定腐蝕性等級。

①煙氣入口溫度高于80℃時，一般可判定為中等腐蝕。

②煙氣入口溫度低于80℃時，應判定為強腐蝕。

［1］楊杰.濕法煙氣脫硫煙囪防腐技術探討［J］.電力環境保護，2005，21(3):9

［2］崔永忠，廖永進.火電廠脫硫系統及煙囪腐蝕性分析［J］.廣西電力，2010，33(3):47－49

［3］李文艷，王冀星，車建煒.濕法脫硫煙氣濕排問題分析［J］.中國電機工程學報，2007，27(14):36－39

［4］胡彩云.論煙氣脫硫工程省卻GGH 的可行性［J］.湖南有色金屬，2006，22(2):44－47

［5］DL 5022－93 火力發電廠土建結構設計技術規定［S］

［6］GB 50051－2002 煙囪設計規范［S］

［7］GB 50046－2008 工業建筑防腐蝕設計規范［S］

［8］牛春良.煙囪工程手冊［M］.北京:中國計劃出版社，2004:307－308