火電廠煙囪防腐的解決方案

賀朝鑄，代萬昆，韓朋成，周舒璇，賀康錦

（武漢博奇環(huán)保科技股份有限公司，武漢 430223）

隨著國內(nèi)環(huán)保治理的深化，濕法脫硫后的煙囪腐蝕問題越來越突出，特別是脫硝以后，大量的SO2轉(zhuǎn)化成SO3，火電廠濕煙氣對煙囪的腐蝕更為嚴重，甚至對電廠的安全運行造成了巨大威脅，到了非治理不可的地步。雖然許多防腐公司也看到了問題的嚴重性，但在沒有充分了解濕煙氣的特性、腐蝕機理及煙囪的結(jié)構(gòu)特點，且不具備設(shè)計研發(fā)能力的情況下，使用了各種不恰當?shù)姆栏牧希o顧客造成重大損失，迫使部分業(yè)主不得不選用稀有金屬鈦板、鎳基合金板或全進口賓高德產(chǎn)品。這些防腐材料不僅價格高而且施工周期長、施工要求高，特別是鈦板，在計劃經(jīng)濟時代是國家控制的戰(zhàn)略物資。“大材小用”造成了嚴重的浪費，使得用戶在防腐方案的選擇上很矛盾。

1 引言

稀有金屬通常指在自然界中含量較少或分布稀散的金屬。它們難于從原料中提取，在工業(yè)上制備和應(yīng)用較晚。但在現(xiàn)代工業(yè)中有廣泛的用途，如用于制造特種鋼、超硬質(zhì)合金和耐高溫合金，在電氣工業(yè)、化學工業(yè)、陶瓷工業(yè)、原子能工業(yè)及火箭技術(shù)等方面。稀有金屬主要有稀土、鍺、鉬、鉭、鍶、 銻、鎘、銥、鉍、銠、鈦、鎳、鋯、鉻、鈷等。

鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。我國于1956年開始鈦和鈦合金研究；20世紀60年代中期開始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。但由于鈦是地球上極為珍貴的金屬，因此鈦合金的價格十分昂貴，同時鈦合金的加工工藝難度也很大，連美國也只將鈦合金用于建造航天器。

2 火電廠煙囪防腐領(lǐng)域現(xiàn)狀

目前，在國內(nèi)火電廠煙囪防腐領(lǐng)域也面臨類似的情形，在國家相關(guān)主管部門無明確政策導向的情況下，大量使用鈦合金板，造成國家戰(zhàn)略資源的重大浪費。鈦為稀有金屬，價格昂貴，為國家的戰(zhàn)略物資。目前，電廠煙囪大量采用1.2～1.6mm厚鈦合金板復合材料進行防腐，實際上是一種質(zhì)量過剩行為。而且，因鈦合金板復合材料較薄，軋制和復合過程中易受雜質(zhì)影響而出現(xiàn)穿透或透露情況，帶有此類缺陷的鈦鋼復合板在使用過程中遇煙氣腐蝕會出現(xiàn)嚴重的“點蝕”現(xiàn)象（雙面電化學腐蝕）。同時，現(xiàn)場組合時，對鈦合金板的焊接過程要求較高，焊接材料和焊接工藝的選擇直接影響焊縫質(zhì)量，對焊工的技術(shù)水平要求也極高，實際應(yīng)用中經(jīng)常因焊接缺陷導致基層碳鋼內(nèi)筒的腐蝕。

中國電力規(guī)劃設(shè)計總院2009年通過對226個已經(jīng)脫硫改造的煙囪的調(diào)研，包括六大類13種防腐方案。結(jié)果發(fā)現(xiàn)尤以聚脲、薩維真、OM涂料等薄膜類涂料和國產(chǎn)泡沫玻璃磚進行防腐的煙囪出現(xiàn)開裂、沖刷或脫落現(xiàn)象最為嚴重。其出現(xiàn)問題的比例分別為聚脲和薩維真約占90%、國產(chǎn)泡沫玻璃磚約占50%、OM涂料約占40%、其次玻璃鱗片約占25%，耐酸膠泥（砂漿）約占20%；采用耐酸膠泥砌筑耐酸磚煙囪的酸液滲漏也很嚴重，約占20%。盡管不是全部濕煙囪，但是反饋的結(jié)果反映出我國目前脫硫煙囪防腐工程出現(xiàn)的問題較多，涉及面較廣，出現(xiàn)滲漏的比例較高。有的工程項目僅投運2個月即發(fā)現(xiàn)泡沫玻璃磚脫落導致鋼內(nèi)筒局部穿孔腐蝕；有的脫硫煙囪改造工程項目投運后4個月由于泡沫玻璃磚開裂、脫落，造成對鋼筋混凝土的腐蝕，致使部分酸液沿煙囪外筒壁滲漏。不少工程剛剛防腐改造后，運行不到半年，煙囪筒壁外就出現(xiàn)明顯的酸水滲漏，脫硫煙囪受到腐蝕的速度太快。濕煙囪防腐的關(guān)鍵是將內(nèi)襯做成整體密閉，用防腐材料作防水、防漏、防滲。由于燃煤的來源和成分極多且復雜，煙氣中腐蝕介質(zhì)也就很復雜。濕煙囪可信賴的鈦鎳合金對有些酸性介質(zhì)的防腐能力還不足。防腐材料主要有陶瓷、玻璃和樹脂復合材料。玻璃和陶瓷類防腐材料（粘貼泡沫玻璃磚和泡沫陶瓷磚等）不可能作大塊，在整體性和密閉性上出現(xiàn)問題比較嚴重。玻璃鋼復合材料可以滿足多種功能和工況的要求，是煙囪防腐工程優(yōu)先選擇的材料，在歐美地區(qū)采用的越來越多，使用的空間越來越廣。

用復合材料代替鈦鎳合金的使用是一種趨勢。和很多技術(shù)的推廣路線一樣，復合材料最先開始應(yīng)用在航空航天與軍事領(lǐng)域，然后轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域。

在復合材料研究領(lǐng)域的科學與技術(shù)難題中，材料結(jié)構(gòu)效率與可靠性的矛盾是最難解決的。和很多材料一樣，復合材料結(jié)構(gòu)的高效率與高可靠性很難兼顧，是一對矛盾。復合材料的性能分散性和服役環(huán)境的不確定性是制約復合材料及結(jié)構(gòu)工程化應(yīng)用最大的問題。我國從20世紀80年代便開展了復合材料項目研究，但由于復合材料基礎(chǔ)研究薄弱、缺乏原創(chuàng)性技術(shù)等原因，制約了復合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 煙囪防腐的最優(yōu)解決方案

3.1 國內(nèi)火電廠煙囪防腐領(lǐng)域市場容量預(yù)測

根據(jù)我國經(jīng)濟形勢的發(fā)展，2012年新增裝機容量約8500萬kW。中電聯(lián)數(shù)字顯示：2012年，預(yù)計全社會用電量增速在8.5%～10.5%之間，全年用電量為5.14億kW·h，可能呈現(xiàn)“前低后高”分布，年底全國發(fā)電裝機容量達到11.4億kW。其中水電2.5億kW，火電8.1億kW，核電1357萬kW，并網(wǎng)風電5900萬kW。由于全國電力工業(yè)繼續(xù)保持較快增長勢頭，電力需求不斷增加，所以火電行業(yè)將會繼續(xù)保持高速發(fā)展，“十二五”火電行業(yè)脫硫需求依然旺盛。根據(jù)《電力工業(yè)“十二五”規(guī)劃研究報告》，到2015年火電裝機容量將達到9.63億kW。按每60萬kW一臺煙囪計算，2015年底全國需要進行防腐的煙囪約1605個，按平均每臺煙囪防腐投資2000萬元算，僅國內(nèi)煙囪防腐市場潛在容量就達320億元。按每年1/3的煙囪需要進行防腐（包括維修改造）計算，到2015年防腐市場容量將達100億元。如果這些煙囪全部采用鈦鎳合金制造，制造成本會大幅上升，而且會造成國家資源的嚴重浪費。

3.2 火電廠煙囪防腐的最優(yōu)解決方案

玻璃鋼復合材料是一種成本低，來源廣的新材料，目前玻璃鋼復合材料在煙囪防腐領(lǐng)域的應(yīng)用在國外已越來越普遍，而且其在耐混合煙氣腐蝕、可施工性、價格等方面的優(yōu)勢遠遠高于鈦鎳合金材料。電廠濕法脫硫煙囪防腐用玻璃鋼復合材料可分為以下兩類：

（1）結(jié)構(gòu)型玻璃鋼復合材料

結(jié)構(gòu)型玻璃鋼復合材料不僅要滿足防腐的性能，還要承受自身的結(jié)構(gòu)力，通過整體纏繞、大塊預(yù)制拼接形成整體密封的排煙筒結(jié)構(gòu)，是目前行業(yè)普遍推薦的防腐方案。但這種防腐方案存在以下劣勢：1）承受結(jié)構(gòu)載荷，具有較大的風險；2）由于受力需要，勢必增加材料厚度及用量，大幅提高成本；3）施工難度大，工序復雜，容易引發(fā)火災(zāi)。

（2）功能型玻璃鋼復合材料

功能型玻璃鋼復合材料一般分為3層結(jié)構(gòu)，即底層、結(jié)構(gòu)層和面層，通過在基體噴涂形成底涂層 + 復合結(jié)構(gòu)層 + 防腐耐磨面層的多層復合材料結(jié)構(gòu)，使煙囪內(nèi)壁完全處于防腐層的保護之下，可有效解決在火電廠煙囪防腐方案的選擇中存在的成本、質(zhì)量和壽命問題，使三者達到一個最佳的結(jié)合點，從而有效解決了國內(nèi)濕法脫硫煙囪的防腐問題。功能型玻璃鋼復合材料與其他煙囪防腐方案的對比如下表所示。

功能性玻璃鋼復合材料與其它煙囪防腐方案的比較表

4 結(jié)論

用復合材料代替鈦鎳合金的使用是一種趨勢。我國復合材料基礎(chǔ)研究不足、關(guān)鍵技術(shù)未能實現(xiàn)突破，是復合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展停滯不前的根本原因。目前，我國復合材料在應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化方面，與國外相比至少落后10年。國內(nèi)的復合材料很多產(chǎn)品不過關(guān)，技術(shù)與性能的穩(wěn)定性都未達標。作為國務(wù)院《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中重點發(fā)展的三大新材料之一，復合材料的產(chǎn)業(yè)化備受矚目。

在火電廠煙囪防腐領(lǐng)域，目前能采用功能性玻璃鋼復合材料對煙囪進行防腐的單位較少，據(jù)調(diào)查，在國內(nèi)具備相應(yīng)研發(fā)和施工能力的相關(guān)廠家不超過3家。這3家企業(yè)有的是代理國外產(chǎn)品，有的企業(yè)因研發(fā)實力不夠，產(chǎn)品性能在滿足電廠煙囪復雜運行環(huán)境時，存在防腐材料脫落等缺陷，造成設(shè)計單位在選擇防腐方案時心存疑慮，不敢輕易實施方案創(chuàng)新，這也在客觀上阻礙了該方案的推廣。另外，國內(nèi)一些企業(yè)的功能性玻璃鋼復合材料防腐方案的最新研究成果，由于在短期內(nèi)沒有成熟的業(yè)績支撐，難以在工程中得到有效的推廣和實施。但是，功能性玻璃鋼復合材料防腐方案作為一種國內(nèi)外公認的最佳防腐方案，代替其他煙囪防腐方案已是一種必然的趨勢。因此建議國家主管部門限制鈦鎳合金材料在電廠煙囪防腐領(lǐng)域的使用，大力推廣功能性玻璃鋼復合材料的應(yīng)用，促進煙囪防腐領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

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