國(guó)內(nèi)WFGD 系統(tǒng)下煙囪的防腐技術(shù)方案比較

李海龍

(山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西太原 030001)

0 引言

電廠WFGD脫硫系統(tǒng)即采用石灰石—石膏濕法工藝對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫處理，一般均配置有煙氣再熱裝置(GGH)，并按煙氣經(jīng)再熱裝置升溫后的工況進(jìn)行煙囪的設(shè)計(jì)。但根據(jù)近幾年的運(yùn)行情況看，煙氣再熱裝置(GGH)經(jīng)常發(fā)生堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)不能正常有效運(yùn)行，影響了正常的生產(chǎn)。因此，國(guó)內(nèi)電廠脫硫工藝系統(tǒng)出現(xiàn)了將已有GGH裝置拆除或者新建設(shè)的WFGD脫硫系統(tǒng)不再設(shè)置GGH裝置的情況，在該種情況下，煙囪內(nèi)部環(huán)境的煙氣腐蝕情況發(fā)生了巨大變化，煙氣溫度只有45℃ ～50℃，煙氣中水分含量高，煙氣濕度很大，并含有大量酸性飽和水蒸氣，主要有硫酸、氯酸、硝酸、氟化氫等，其腐蝕等級(jí)為強(qiáng)腐蝕性，嚴(yán)重影響煙囪使用壽命。這就需要對(duì)煙囪重新進(jìn)行防腐蝕技術(shù)改造，以保障煙囪的結(jié)構(gòu)安全和電廠的有效運(yùn)行。

1 方案論述

在我國(guó)傳統(tǒng)火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)中，特別是20世紀(jì)末前投運(yùn)的電廠，煙囪大多采用混凝土外壁加內(nèi)襯的結(jié)構(gòu)形式，而工藝系統(tǒng)中未考慮煙氣的脫硫流程，煙囪內(nèi)襯的材料一般選用耐火磚或紅磚，少量采用耐酸磚或者耐酸澆筑料。經(jīng)過(guò)多年的探索和實(shí)踐，國(guó)內(nèi)對(duì)該類老煙囪的防腐改造已積累一定的經(jīng)驗(yàn)，目前，國(guó)內(nèi)主要采用以下幾種煙囪防腐改造技術(shù)方案:

方案一:內(nèi)襯鈦板。鈦是一種高檔的耐腐蝕材料，由于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，良好的耐低溫、耐高溫、抗強(qiáng)堿、抗強(qiáng)酸，以及低密度高強(qiáng)度等特性，被稱譽(yù)為“太空金屬”，在高端科技及化工工程領(lǐng)域應(yīng)用較多。鈦在許多介質(zhì)中其性質(zhì)非常穩(wěn)定，其原因在于鈦和氧之間有很大的親和力，在空氣中鈦表面會(huì)自動(dòng)生成一層惰性大、附著力強(qiáng)且非常致密的氧化保護(hù)膜，無(wú)形中就保護(hù)了自身鈦基體不被腐蝕，即使因?yàn)闄C(jī)械磨損等造成的損傷也會(huì)很快自愈再次形成保護(hù)膜;也就是說(shuō)鈦是一種具有強(qiáng)烈鈍化傾向的金屬材質(zhì)。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，介質(zhì)溫度在315℃以下時(shí)，鈦的氧化膜始終保持這一特性，不被損害。

鈦合金板應(yīng)用于煙囪防腐，具有防腐性能好，耐高溫性和耐磨性能優(yōu)異、使用年限長(zhǎng)、維修時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于不設(shè)GGH的濕煙囪，從防腐技術(shù)的角度考量，選用鈦板是一種較好的選擇。工程設(shè)計(jì)時(shí)，內(nèi)襯鈦板通常采用鈦—鋼復(fù)合板的形式，其中鋼板為結(jié)構(gòu)層，鈦板為防腐層，既達(dá)到了防腐效果，又大大降低了采用純鈦板的成本。但內(nèi)襯采用鈦板也有其缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在:鈦板的市場(chǎng)價(jià)格相對(duì)其他材料很高、焊接施工工藝復(fù)雜，容易在焊接處出現(xiàn)強(qiáng)腐蝕，現(xiàn)場(chǎng)不易控制，且條件成熟時(shí)會(huì)發(fā)生電偶腐蝕等現(xiàn)象。

方案二:加襯泡沫玻璃磚。泡沫玻璃磚是以石英砂或玻璃碎料為主要原料，添加其他發(fā)泡輔料經(jīng)高溫?zé)贫傻囊环N特殊的低膨脹高強(qiáng)度非金屬無(wú)機(jī)保溫材料。其具有良好的耐腐蝕性和隔熱性，且熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱系數(shù)小、容重輕、不透氣、不吸水、可粘結(jié)、可鋸割，但其耐磨性較差，目前在國(guó)內(nèi)已成為煙囪防腐的主流材料之一。采用泡沫玻璃磚作為煙囪內(nèi)襯，可使原來(lái)傳統(tǒng)煙囪的保溫隔熱層和內(nèi)襯防腐層合二為一，減少工程量。目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)泡沫玻璃磚和進(jìn)口泡沫玻璃磚均有使用。

1)國(guó)產(chǎn)泡沫玻璃磚。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展實(shí)踐，國(guó)產(chǎn)泡沫玻璃磚的生產(chǎn)和應(yīng)用已形成一定規(guī)模，生產(chǎn)工藝已較為成熟，產(chǎn)品品質(zhì)也較為穩(wěn)定，價(jià)格適中。在最近幾年的國(guó)內(nèi)煙囪改造工程中，得到了一定程度的應(yīng)用。但是國(guó)產(chǎn)泡沫玻璃磚的各個(gè)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量、性能參差不齊，直接影響防腐隔熱效果，且施工質(zhì)量控制難度相對(duì)較大。

國(guó)產(chǎn)泡沫玻璃磚內(nèi)襯結(jié)構(gòu)由泡沫玻璃磚和膠粘劑組成。膠粘劑是該工藝關(guān)鍵所在，主要分為兩類:一類為環(huán)氧瀝青進(jìn)口粘結(jié)劑，一類為改性硅橡膠粘結(jié)劑。環(huán)氧瀝青類粘結(jié)劑耐酸性能和拉伸性能好，但耐溫性能略低(110℃)，價(jià)格昂貴;改性硅橡膠粘結(jié)劑耐溫性能好(150℃)，價(jià)格相對(duì)便宜，但耐酸性能與拉伸性能差。

2)進(jìn)口泡沫玻璃磚。進(jìn)口泡沫玻璃磚作為一種無(wú)機(jī)玻璃，它對(duì)大多數(shù)酸性溶液具有很高的抗腐蝕性，但不耐氫氟酸和高速氣體沖刷。進(jìn)口泡沫玻璃磚的抗熱沖擊性和抗?jié)B性較好，且具有低導(dǎo)熱性，自重輕，施工過(guò)程較快，項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期對(duì)其的維修及保養(yǎng)工作相對(duì)較少且比較簡(jiǎn)單，國(guó)內(nèi)現(xiàn)采用的進(jìn)口泡沫玻璃磚主要是賓高德玻璃磚。賓高德玻璃磚在國(guó)外火力發(fā)電廠煙囪防腐中有著較好的口碑，已有一定的應(yīng)用市場(chǎng)。

進(jìn)口泡沫玻璃磚(賓高德玻璃磚)防腐體系的缺點(diǎn)是耐磨性較差，粘結(jié)劑耐高溫性差、材料成本昂貴、施工質(zhì)量控制難度相對(duì)較大。

方案三:內(nèi)襯加裝JNS耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼板層。煙氣處理系統(tǒng)，在露點(diǎn)溫度下形成硫酸液體而造成設(shè)備腐蝕問(wèn)題，這稱之為“硫酸露點(diǎn)腐蝕”的現(xiàn)象。JNS耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼，是在鋼中加入少量Cu，Cr，Ti，Sb等元素，使鋼在接觸含硫氣體時(shí)增加對(duì)露點(diǎn)以下生成的硫酸的抗耐腐蝕性能。JNS鋼板主要針對(duì)的是脫硫后的濕煙囪，不但對(duì)硫酸露點(diǎn)有耐腐蝕性，而且對(duì)氯化物、氟化氫、鹽酸露點(diǎn)也有一定的耐腐蝕性能。

新建煙囪采用JNS耐硫酸露點(diǎn)鋼可有效減小煙囪壁厚。為提高煙囪的使用壽命，可以在內(nèi)襯層表面涂一層磷片樹脂、耐酸油漆防腐層。在加裝了GGH裝置的條件下，該防腐結(jié)構(gòu)處于弱、中等腐蝕環(huán)境，抗酸腐蝕性較好，且價(jià)格較合理。

該方案的缺點(diǎn)是在不設(shè)GGH的情況下煙氣對(duì)耐硫酸腐蝕露點(diǎn)鋼腐蝕嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有成功案例。

方案四:OM-5型特種耐酸防腐涂料。對(duì)于內(nèi)襯采用耐酸澆筑料的煙囪，在煙氣溫度較高、煙氣含水量較低的工況下耐腐蝕性較好;但是耐酸澆筑料自身吸水率較高，且抗?jié)B性能較差，在長(zhǎng)期汽水浸蝕環(huán)境下，酸性液體易滲透澆筑料層，進(jìn)而腐蝕混凝土內(nèi)壁，影響煙囪結(jié)構(gòu)安全。

OM-5型特種耐酸防腐涂料，是一種有機(jī)復(fù)合樹脂，在國(guó)內(nèi)新建煙囪防腐領(lǐng)域得到了一定程度的應(yīng)用。其具有耐高溫、耐酸、防腐性好、造價(jià)較低的優(yōu)點(diǎn)。在不拆除煙囪原有耐酸澆筑料的前提下，采用OM-5型特種耐酸防腐涂料，相當(dāng)于增加了一層防腐隔離層，隔離酸性汽水對(duì)澆筑料的浸蝕，彌補(bǔ)澆筑料吸水率較高，抗?jié)B性能較差的缺點(diǎn)。該種方法對(duì)原基面處理程度的要求較高，需要打磨平整并達(dá)到去除澆筑料內(nèi)表面反堿層的效果，施工質(zhì)量控制難度相對(duì)較大，且該涂料需要配以專用膠為封閉劑。

方案五:內(nèi)襯玻化陶瓷磚。玻化陶瓷磚是以石英砂、陶土作為主要原料，按一定比例經(jīng)高溫?zé)贫伞２；沾纱u對(duì)比泡沫玻璃磚，其抗壓強(qiáng)度有大幅度提高，耐磨性較強(qiáng)，但是缺點(diǎn)也非常突出，容重比泡沫玻璃磚重了近一倍，導(dǎo)熱系數(shù)及熱膨脹系數(shù)比泡沫玻璃磚大了近一倍，同時(shí)受制于生產(chǎn)原料的特性及生產(chǎn)工藝限制，玻化陶瓷磚孔徑較大，吸水率較高，且無(wú)法保證百分之百的閉孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)打磨后，毛氣孔暴露在外，所以在防腐實(shí)例中因酸液透過(guò)玻化陶瓷磚導(dǎo)致防腐系統(tǒng)失效的案例較多。

2 方案比選

依據(jù)煙囪運(yùn)行現(xiàn)狀、煙囪腐蝕環(huán)境分析、國(guó)內(nèi)煙囪防腐改造技術(shù)總結(jié)、國(guó)內(nèi)煙囪防腐的現(xiàn)狀分析，以及現(xiàn)有的規(guī)范等，從技術(shù)層面對(duì)符合煙囪防腐蝕技術(shù)改造要求的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 方案預(yù)選比較表

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)濕法脫硫后，電廠煙氣中的二氧化硫的含量大大減少，但仍存留一些腐蝕元素。WFGD脫硫系統(tǒng)在不設(shè)置GGH的條件下，排出煙氣溫度低，濕度大，煙囪內(nèi)壁將長(zhǎng)期處于酸性汽水浸蝕的環(huán)境下，嚴(yán)重影響煙囪結(jié)構(gòu)安全及正常使用。對(duì)煙囪的防腐改造應(yīng)予以足夠重視，選取合適的防腐改造技術(shù)方案。另外，切實(shí)可行的技術(shù)方案既要有貨真價(jià)實(shí)的材料作為這個(gè)方案的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，又要有考慮周到的包括細(xì)部做法的設(shè)計(jì)方案。以此為基礎(chǔ)，才能達(dá)到預(yù)期效果。

［1］GB 50051-2013，煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］DL/T 901-2004，火力發(fā)電廠煙囪(煙道)內(nèi)襯防腐材料［S］.

［3］牛春良.煙囪工程手冊(cè)［Z］.中國(guó)冶金建設(shè)集團(tuán)包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研究院總院，2004.