大型燃煤火電廠煙囪防腐問題技術研究

孫灝

（神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京100025）

?

大型燃煤火電廠煙囪防腐問題技術研究

孫灝

（神華國華（北京）電力研究院有限公司，北京100025）

通過調研某電力集團現有火電機組煙囪防腐的工藝技術及運行現狀，分析了現有煙囪防腐工程存在的問題和不足，給出了大型燃煤火電廠煙囪防腐工程技術選擇的建議。

火電廠；煙氣脫硫；煙囪；防腐

1　背景

近年來，隨著國內環保政策的日益嚴格，濕法脫硫系統的大量投入，GGH系統的逐步退出，以前用于高溫干煙氣排放的煙囪已經改變了用途，按照相關設計規范要求，必須進行濕煙囪防腐改造，基于這種大的背景，在短短的10年內，各種濕煙囪防腐技術如雨后春筍般得到了快速發展，來自于國內外的近20種不同的煙囪防腐技術先后投入了使用，不同方案的材料、工藝、施工工期、費用、質量和實際效果等指標差異巨大。

為了選擇材料、工藝、造價合理的技術方案，業內走過不少彎路，對這些不同的煙囪防腐技術及體系的認知也經歷了一個從知之甚少到深入了解，從理論認知到深入實踐的螺旋式的上升，期間經歷了多次的矛盾、反復和劇烈的沖突。在這個過程中，除了煙囪本體防腐問題突出，煙囪酸雨（石膏雨）排放問題也漸漸日益凸顯、暴露出來。

由于濕煙囪防腐改造工程往往需要雙機停用，建臨時煙囪，具有工程周期長、工作量大、施工安全風險高、工程造價高的特點。而且，如果防腐措施失效，濕煙氣對煙囪的腐蝕將直接影響到了煙囪本體的結構安全，因此，如何科學合理地選擇濕煙囪防腐方案，實現對材料、施工工藝和施工質量的有效管理和控制，保證電廠濕煙囪防腐在全壽命期（或剩余壽命期）內的有效使用，提高濕煙囪和機組整體的可靠性已經成為燃煤電廠目前面臨的突出問題。

2　煙囪防腐現狀

以某電力集團為例，其所屬在役電廠59座，機組92臺，煙囪66根，其中，濕煙囪32根，干煙囪19根，半干煙囪15根。

2.1濕煙囪防腐現狀

32根濕煙囪中有19根煙囪采用了鈦-鋼復合板防腐煙囪，占總數的59%，防腐效果反映較好。13根濕煙囪采用了國內國產磚膠、涂料等煙囪防腐體系，占總數的41%，目前，主要表現為失效較多。

各個電廠的濕煙囪均存在不同程度的煙囪雨（石膏雨）問題，造成周邊的設備、設施的腐蝕和環境的污染。經隨機取樣測試，酸液的pH值在1～2，腐蝕性很強。煙囪雨的產生跟煙氣流速、煙囪結構、防腐內襯表面性能、煙囪保溫、脫硫除霧設備設計參數和運行狀況等因素有關。這個問題在煙囪設計階段和防腐改造時應予以充分重視，實際情況表明，僅通過對脫硫除霧及除塵設備的改造是無法解決的。目前，由于各廠對于實際的煙囪雨（石膏雨）沒有開展相關的觀測統計工作，因此暫時無法提供詳細的煙囪雨（石膏雨）累計時間數據。該電力集團所屬電廠在役機組濕煙囪防腐現狀統計見下頁表1。

表1　某電力集團所屬電廠在役機組濕煙囪防腐現狀統計表

2.2干煙囪防腐現狀

在役電廠共有34根干煙囪。其中19根干煙囪配套用于爐內干法脫硫的CFB循環流化床鍋爐機組。目前，這些煙囪運行狀況良好。部分電廠，如，準能矸石電廠、靈州電廠受環保和粉煤灰綜合利用工藝的要求，增設或將增設濕法脫硫設施，由于原干煙囪防腐已經不能滿足新的煙氣排放要求，已經計劃或實施濕煙囪防腐改造。

2.3半干煙囪防腐現狀

在役電廠還有15根煙囪設置了濕法脫硫，同時也配套設置了GGH煙氣加熱裝置。為論述方便，權且將排放這種煙氣的煙囪稱之為“半干煙囪”。實際情況是，由于GGH或者是臨時煙氣加熱系統運行可靠性差，部分煙囪已經出現了煙囪結露腐蝕跡象。如，西南某電廠加裝了煙氣加熱裝置，但是煙氣溫升不足，煙囪已發生腐蝕現象。四川某廠GGH運行也有問題，煙囪也發生了局部腐蝕現象。

2.4在建電廠煙囪防腐現狀

該集團目前在建電廠8座，共計9根煙囪，均為采用濕法脫硫裝置，不設置GGH的濕煙囪，也都采用了較可靠的鈦-鋼復合板濕煙囪防腐方案。

基于目前掌握的資料，鈦-鋼復合板濕煙囪防腐工作中存在的主要問題包括：煙囪流速選取偏高，材料檢驗進場缺乏檢測，板材加工沒有采取合理措施造成鈦板損傷問題突出，焊口附近沒有使用規定的清洗劑清潔可能對鈦防腐層焊接質量造成大的影響，膨脹節設計、施工存在問題等，都會對工程質量和鈦-鋼復合板濕煙囪的設計使用壽命造成直接負面影響。建議各公司、發電廠參照《火力發電廠濕煙囪鈦鋼復合板濕煙囪防腐體系施工質量控制指導意見》加強工程管理。為了獲得施工管理第一手資料，上述具體問題還需要做進一步的實地檢查、調研。

3　煙囪防腐存在的主要問題

由于近年來煙囪防腐出現了比較多的問題，目前各電廠在基建期間新建、擴建及煙囪技改中，均提高了對濕煙囪防腐技術風險防控的重視程度。但是，由于國內濕煙囪防腐技術多樣，良莠不齊，集團內部對濕煙囪防腐問題存在信息交流不暢、認識程度不一、管理程序不規范等問題，在方案選取、執行標準、施工管理等方面發生了較多、較大的偏差，給電廠的安全生產管理帶來了不同程度的隱患。現階段濕煙囪防腐工作中存在的主要問題，有以下幾類。

3.1煙囪防腐工作信息交流不暢，認識不足、重視程度不夠

首先，在增設濕法脫硫，取消GGH裝置后，濕煙囪已經成為發電廠重要的設施之一，煙囪內壁的酸液對于煙囪主體的腐蝕直接危及到發電廠的安全運行。由于國內對煙囪防腐問題的總結不及時，有問題不暴露，信息交流不暢，電廠管理者及相關技術人員對于濕煙囪防腐失效防腐技術及濕煙囪防腐失效帶來的安全后果認識不足。

其次，近年來國內各種濕煙囪防腐技術尚未經過長時間實踐運行考驗，而且，各種方案的工程造價差異很大，在防腐性能和效果沒有得到充分證實以前，往往價格和投資因素成為確定煙囪防腐方案的主要依據。

再次，目前煙囪防腐方案都是由各電廠獨立調研確定，由于相關技術人員水平不足及認識上存在的差異，也沒有從機組關鍵設施全壽命管理的角度出發，落實某電力集團“本質安全”的要求，濕煙囪防腐技術路線混亂，實際上報方案沒有能夠真實體現安全、可靠、經濟、環保的最佳要求。實際已投入使用的防腐工程效果較差，問題多。

3.2防腐體系選型不當，腐蝕滲漏問題多發

由于對濕煙囪防腐技術、材料及原理等的認識不足，防腐技術路線混亂，設計、選型技術標準嚴重滯后。導致了在濕煙囪防腐體系的選擇上發生偏差，實施后仍然留有防腐體系失效的重大隱患。國內電廠采用的國產磚膠防腐體系、雜化聚合物防腐體系、OM涂料等方案都不同程度地發生了腐蝕失效、煙囪本體滲漏問題。

3.3濕煙囪設計規范存在問題，設計參數選取不當，煙囪雨問題明顯

脫硫系統出口煙氣流量、煙囪出口流速、煙囪內壁粗糙度等是影響煙囪內部酸液、石膏攜帶的重要指標，涉及到目前國內相關濕煙囪設計規范考慮不周，存在一定問題，脫硫、環保、鍋爐等專業與煙囪設計專業的配合不暢，相關設計參數選取不當，煙囪雨（石膏雨）問題明顯。實際情況表明，實際選用過高的的煙氣流速會帶來防腐體系局部嚴重磨損和煙囪雨（石膏雨）加重等問題的出現實。

例如，在準能矸石電廠煙囪防腐工程項目上，如果采用新增鈦-鋼復合板套筒方案，受施工條件限制，煙囪出口直徑最大只能達到7.0 m，此時，鈦-鋼內筒及出口流速將會高達30.8 m/s，美國《濕煙囪設計導則》［2］推薦的最優流速不高于16.8 m/s。

另外，新疆某煤電有限公司委托設計的臨時煙囪，設計方在鍋爐BMCR工況濕法脫硫裝置后煙氣量選擇錯誤，設計選取的標況下煙氣量值為1 220 000 m3/h，設計選取的臨時煙囪出口直徑為4.5 m，設計煙囪出口流速21.3 m/s。但是，經過工作小組認真核查，實際煙氣量確定應為1 700 000 m3/h，在該煙氣量下，如果煙囪出口直徑仍然按照4.5 m計算，臨時煙囪內部及出口煙速將高達29.68 m/s，遠遠超出相關規范規定的22 m/s流速上限的要求。

山西某電廠采用鈦-鋼復合板煙囪防腐改造項目，受混凝土外筒限制，新增鈦-鋼復合板內筒出口內徑最大為8.9 m，按照2013年7月17日熱工院在637 MW負荷下單臺鍋爐測試的煙氣量2 790 000 m3/h作為計算依據，出口流速為24.92 m/s，已超過22 m/s設計上限。如果按照鍋爐BMCR工況計算，脫硫煙囪出口煙氣溫度48℃，理論煙氣量6 370 000 m3/h（單臺3 185 000 m3/h），出口流速高達28.44 m/s。

3.4施工標準缺乏、施工管理難度大、效果參差不齊

目前，國內的煙囪磚膠防腐體系、薩維真、雜化聚合物涂層防腐體系等施工管理標準缺乏，即使有一些雜亂也不統一，造成施工過程難以監管，質量難以控制。同樣的防護體系，不同的廠家實施過程中也存在較大的質量差別，造成了煙囪防腐工程實際效果的明顯差異。

如大唐南京下關電廠采用了國產磚膠體系，由于國內沒有相應的施工質量標準，又由非專業防腐隊伍施工，運行僅一個月就發生了大面積防腐失效，煙囪腐蝕的問題。而管理較好的案例則可達到4年以上，沒有發生明顯的失效滲漏。

再如華潤鯉魚江電廠采用的國產磚膠體系，運行一年即失效，進行了鏟除修復，再次發生滲漏，后又全部拆除改用鈦-鋼復合板防腐方案。

3.5煙氣加熱系統運行效果差

電廠的煙氣加熱系統（含GGH、蒸汽加熱裝置等）工作狀況差，煙囪中煙氣溫升不足，實際出口煙氣溫度偏低，如，國能重慶電廠，煙囪入口的煙氣溫度只有約60℃，煙囪酸液結露腐蝕現象明顯。

3.6濕煙囪防腐改造工程漏項較多

電廠需要實施濕法脫硫系統改造，原來用于排放干煙氣的煙囪改變了用途，用于排放濕煙氣，濕煙囪防腐改造成為必然。另外，由于煙囪的腐蝕環境、環保排放要求發生了巨大的變化，特別為了減少濕煙氣中石膏雨的夾帶，煙囪出口流速需要進行大的調整，對煙囪防腐改造的方案也提出了更高的要求。再加上單筒煙囪原有保溫、防腐內襯的設計和施工不規范，在改造階段會出現難以預見的工程問題，往往涉及施工工期的延長和預算的增加。實際上，在煙囪防腐設計、技術改造中，還存在如，檢查設施考慮不足，漏設了煙囪巡檢鋼梯、平臺，沒有設置酸液排放檢查裝置，照明設置不全，檢查通道的照明亮度不足等問題，需要進一步完善。

3.7鈦-鋼復合板煙囪防腐工程問題突出

目前，鈦-鋼復合板煙囪防腐方案被大量采用，2006年左右建設的9個鈦-鋼復合板煙囪內筒以及國內其他同期建設的大部分鈦-鋼復合板煙囪運行狀況較好。但是，近年來建造的鈦-鋼復合板煙囪的工程質量問題高發，如，2009年建設的國華滄東二期鈦-鋼復合板煙囪出現了腐蝕現象，華潤高資電廠、沙洲電廠鈦板煙囪也進行了防腐維修。因此，加強鈦-鋼復合板防腐煙囪的施工管理也勢在必行。鈦-鋼復合板防腐煙囪防腐需要注意的問題有：入廠材料質量檢測及控制問題；鈦板運輸、加工過程中的機械損傷問題；鈦板焊接質量控制問題；煙囪鋼板及附屬構建焊接問題；檢驗標準設置不當問題；膨脹節設計、材料、施工管控問題等。

4　煙囪防腐工程的技術建議

4.1新建擴建濕煙囪項目

新建擴建項目在設計上，要求合理選擇煙囪方案，控制煙囪出口流速，避免煙囪內部煙氣流速過高產生的酸液二次攜帶問題，緩解石膏雨的發生。在防腐工藝上，應嚴格按照《煙囪設計規范》（GB 50051—2013）［1］執行，推薦使用鈦-鋼復合板內筒方案，備選鋼內筒貼襯賓高德方案。玻璃鋼（FRP）濕煙囪也是非常好濕煙囪防腐解決方案，但是，基于目前國內產業現狀，建議在暫緩推廣該技術，需要進一步觀察玻璃鋼煙囪制作、施工質量保證及機組的運行效果。

4.2在役濕煙囪改造項目

在役機組濕煙囪改造項目上，方案選取比較復雜，必須根據各電廠機組、燃料、原煙囪設計的實際情況和機組剩余服役年限等因素綜合考慮煙囪防腐方案，基于壽命期內經濟效益最大化，進行必要的綜合技術經濟比較，同時，充分考慮采取防止煙囪雨（石膏雨）的有效措施。

基于目前認識，建議機組在可預見的剩余服役年限在5年以上的，防腐采用可靠性高的鈦-鋼復合板或進口賓高德防腐技術。機組可預見的剩余服役年限在5年以下的，經充分的論證，并有系統的質量管控和檢測措施保證的前提下，可以采用雜化聚合物等高性能重防腐涂層。

4.3開展整體聯合設計，有效緩解和消除煙囪雨

優良的脫硫除霧器、除塵器設計可以有效較少脫硫系統夾帶的酸液量，減少酸液中石膏及粉塵等固態物質的含量，這對后面煙囪雨（石膏雨）的治理非常有利。另外，脫硫后的凈煙氣煙道也是酸液冷凝量較大的區域，該部分的保溫及內部支撐形式以及煙氣的流動形式都對液滴的二次夾帶產生重大影響，因此，采用脫硫系統和煙囪整體聯合設計在消除石膏雨問題方面是非常必要的。

4.4加強連接煙道的防腐處理，避免事故發生

脫硫系統到煙囪入口的煙道部分也同樣存在嚴重的腐蝕問題，但是，由于該部分煙道具有檢修條件，檢修相對方便，因而采用碳鋼襯玻璃鱗片膠泥的方案基本可以滿足使用要求。

采用玻璃鱗片方案的電廠應注意以下兩個方面問題：一個是人孔門的設計應能夠方便人員進出，方便檢修為宜，人口門外側應緊接檢修平臺；另外，煙道底部由于外側包覆保溫層，當煙道底部積灰而底板出現大面積腐蝕時，在光線不好的情況下容易發生垮塌、墜落等安全事故，因而煙道底部的防腐設計應考慮更大的安全系數，選用更可靠的防腐方案。

4.5取消煙氣再熱系統

根據國外運行管理的經驗，建議電廠設計直接采用濕煙囪，在濕式脫硫系統后面取消或不再增設回轉式煙氣再熱系統（gas-gas heater，GGH），根據南北方地heater，MGGH）。回轉式煙氣再熱系統（GGH）由于存在煙氣的攜帶和泄漏，凈煙氣會受到原煙氣污染，設備和運行費用高，另外，換熱元件易堵塞，對電廠運行可靠性產生負面影響。研究結果表明，在正常再熱溫度范圍內，煙氣再熱將使細小霧滴（d＜5 μm）蒸發，對于來自沉積液膜的煙氣流二次夾卷的較大液滴（d＞200 μm）的蒸發作用有限，另外相對于煙囪高度，再熱使煙羽抬升高度增加也很小，大約僅有3～6 m。水汽煙羽的形成很大程度上取決于氣象條件。要在所有氣象條件下通過再熱消除可見煙羽在實際上是不可能的。在典型的再熱情況下，煙羽的可見長度與濕煙氣煙羽相比，長度大約減少1/3。然而，采用濕煙囪防腐設計能夠改進機組熱效率、降低維修費用、提高機組運行可靠性。

［1］中國冶金建設協會.煙囪設計規范:GB 50051—2013［S］.北京:中國計劃出版社，2013:199.

［2］美國電力研究院EPRI.濕煙囪設計導則［S］.美國:美國電力研究院，2012:14.

（編輯：王璐）

Research on the Anticorrosion Technology of Large Coal Fired Thermal Power Plant Stacks

Sun Hao
（Shenhua Guohua（Beijing）Electric Power Research Institute Co.，Ltd，Beijing 100025）

Through investigation of stack anticorrosion technology and operation status of the existing thermal power plant stacks of a power group，this paper analyzes the existing problems and shortcomings of the stack anticorrosion projects，and presents suggestions for the selection of the stack anticorrosion technology of the thermal power plants.

thermal power plant；flue gas desulfurization；stack；anticorrosion

TU761

A

2095-0748（2015）22-0043-04

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.22.18

2015-10-10

孫灝（1981—），男，北京人，畢業于浙江大學，環保工程師，主要從事火電廠煙氣脫硫、脫硝工程的設計和研究工作。