濕法脫硫煙囪防腐現狀探析

毛俊軒+潘林+李文輝+車國勇+熊婷

摘要：指出了在國家環保政策的推動下，石灰石-石濕法脫硫技術得到了普遍應用，隨之而來的煙氣腐蝕問題給整個脫硫工序帶來了新的挑戰。針對國內防腐現狀，分析了脫硫工序中煙氣的特點及腐蝕機理，并詳細闡述了4種主要的防腐技術。

關鍵詞：濕法脫硫；煙氣；煙囪防腐；防腐材料

中圖分類號：P755.3

文獻標識碼：A文章編號：1674-9944（2016）22-0093-03

1引言

隨著社會環保意識的逐漸增強，火電廠燃煤煙氣中存在的大量二氧化硫等污染物的脫除顯得尤為重要[1]。“十一五”期間，國內原有電廠和新建電廠均在相關部門出臺的新政策推動下，進行了技術改造，加設了煙氣脫硫工序。

石灰石-石濕法脫硫（WFGD）技術是目前國內火電廠普遍采用的煙氣脫硫工藝，該工藝具有脫硫效率高、煙氣處理量大、煤質適用面寬、工藝技術成熟、穩定運轉周期長、負荷變動影響小等特點，因此，也是各個國家應用最多和相對最為成熟的脫硫工藝。但是，該工藝也存在一些較難克服的缺點，特別是經煙氣脫硫系統排放的煙氣對煙囪的腐蝕相當嚴重。據調查，很多火電廠經技術改造后1～2年內，就出現了嚴重的煙囪腐蝕現象，有些煙囪甚至穿孔滲漏[2]。

國內在加設煙氣脫硫系統后，對煙囪腐蝕問題的研究很少，目前也正處于研究起步階段[3]，而且實地考察和調研也不多，參考資料有限，經驗尚淺。在我國電力行業煙囪的現行設計標準中，也僅僅從煙氣腐蝕等級方面對煙囪的防腐設計提出了要求，并沒有對脫硫系統中煙囪的防腐設計作出具體的規定。因此，進行煙囪防腐的相關研究和設計顯得尤為重要。

2腐蝕機理

2.1煙氣特點

在加設煙氣脫硫工序后，進入煙囪內的煙氣溫度較低，且煙氣濕度大。不設煙氣熱交換器（GGH）系統的煙氣溫度在50℃左右，某些電廠加設GGH系統后，煙氣溫度在80℃左右，均低于酸露點溫度，煙囪內有嚴重的結露，結露生成的稀酸性液滴主要是硫酸和亞硫酸，同時還包括微量的氫氟酸、鹽酸和硝酸，該混合酸液的pH值為1.0～2.0，濕煙囪的內壁長期暴露于這種強混合酸環境中，使煙囪處于腐蝕強度高、滲透性強、且較難防范的低溫高濕稀酸型腐蝕工況中。研究表明，在40～80℃時，低濃度的酸液對結構材料有更強的腐蝕性，例如，40～80℃條件下，稀酸液對鋼材的腐蝕速度是其他溫度下的3～8倍，因此，該低溫高濕稀酸型腐蝕工況的腐蝕程度與未脫硫時的干煙囪相比更為嚴重[4]。

2.2煙囪腐蝕環境

經濕法脫硫后的煙囪，內部運行工況非常復雜。一是酸液的組成比較復雜，其中不僅含有硫酸，還含有微量的硝酸、鹽酸和氫氟酸，雖然其中的氫氟酸濃度并不大，但其對絕大多數材料的腐蝕性都非常強，能夠抵抗該混合酸腐蝕的材料很少。二是煙囪在正常運行時，內壁幾乎處于全正壓狀態，盡管煙囪正壓的壓力并不大，但其對煙囪的腐蝕作用影響非常大，可以使煙氣和酸液穿過內襯磚或混凝土層，從而對煙囪內壁造成腐蝕。另外，在正常脫硫情況下，煙囪內濕煙氣溫度約50℃，而煙氣脫硫系統在事故狀態時，煙氣溫度馬上升高至110℃，煙囪內的高濕度狀態逐漸轉變為高溫干燥狀態，煙囪內壁附著的混合酸液濃度也隨著水分的蒸發逐漸增大，當硫酸濃度達到70%以上后，就變為具有強氧化性和脫水性的濃硫酸[5]。

加熱條件下，除金和鉑外，濃硫酸的強氧化性能使濃硫酸與其他所有金屬發生反應，生成金屬硫酸鹽。鈦合金板是一種在煙囪防腐中應用相對較多的高檔耐腐蝕材料，表面易生成化學性質穩定的鈍化膜，且對于局部損壞具有瞬間修復的特性，在硫酸濃度小于10%時，防腐性能優異，而且耐高溫及耐磨性也很好，使用年限長。但當硫酸濃度大于10%時，可與鈦發生反應，尤其是在硫酸濃度接近80%時的腐蝕速度最快，其反應見式為：

2Ti+6H2SO4→Ti2（SO4）3+3SO2+6H2O（1）

有機體系防腐層也是目前煙囪防腐的一大方向，但濃硫酸具有脫水性，可以奪取含氫、氧元素有機物中的氫原子和氧原子，從而使有機物防腐層從內往外逐漸碳化，進而喪失耐腐蝕性能，其反應見式為：

C12H22O11→12C+11H2O（2）

由此可見，工作在干濕、冷熱交替工況下的煙囪，對防腐材料的性能要求是非常苛刻的。濕法脫硫以后，不同溫度和濕度條件下的煙氣會對煙囪產生不同程度、不同類型的腐蝕，對濕法脫硫工序的安全穩定運行有很大的影響。

3國內防腐技術

針對以上經濕法脫硫技術改造之后的煙囪防腐問題，國內外在工藝、材料以及施工方面都在積極尋求一種防腐效果最理想的方案，以保證火電廠脫硫工序的安全穩定運行。國外在近幾年已經取得了一些成功案例，但國內對濕煙囪防腐設計的研究剛剛起步，尚處在探索階段。

目前，國內研究最多的，是針對以上復雜的運行工況，對煙囪防腐中使用的防腐材料進行選擇。應用最多的濕法脫硫煙囪防腐技術主要有4種。

3.1鋼鈦合金板

鋼鈦合金板是一種防腐性能優異的合金材料，在很多環境中性能非常穩定，用其制成適合煙囪尺寸的整體內筒作為煙囪防腐內層的技術，即為鋼鈦合金板防腐技術。鋼鈦合金板作為煙囪防腐內筒，其耐高溫性能及防腐性能好，耐磨性能優，且維護成本低，使用年限長，單從技術角度講，是一種非常理想的煙囪防腐選擇。而該防腐材料的主要缺點就是造價很高[6]，約2000～3000元/m2，很多電廠難以接受，推廣有一定的難度。除此之外，該防腐材料對施工要求也異常苛刻，運輸過程中出現的劃傷或焊接時留下的技術缺陷，在后期使用過程中都很容易出現腐蝕滲漏現象。

3.2耐腐蝕涂料

耐腐蝕涂料主要是以有機高分子材料作為反應性單體，以纖維或無機粉料作為補強填料制得的防腐材料。目前，在濕煙囪防腐領域，國內應用較多的耐腐蝕涂料主要有VEGF鱗片膠泥涂層、OM型耐酸膠泥涂料、聚脲涂料、美國薩維真涂料、德國固斯特涂料等[7]。

如專利CN100393829中公開了一種乙烯基酯樹脂玻璃鱗片涂料，該材料抗滲透性能好，耐磨，其耐溫性和耐腐蝕性已得到工程實踐的充分證明，能夠長期在180℃以下使用，但該材料彈性很差，在溫度交替變化時易開裂、脫落，對煙囪內壁產生腐蝕。另外，在施工過程中還需要加入大量有機溶劑，溶劑的揮發對處于通風不好的煙囪環境中施工工人的健康危害很大，而且溶劑也會造成一定的環境污染[8]。

OM涂料是以液體水玻璃為主劑的一種無機涂料，其施工主要包括3個步驟：①涂刷表面處理劑底料；②貼玻璃絲布；③刷表面處理劑面料。OM涂料同樣存在彈性很差的問題，在冷熱交替工況下運行時，容易使OM涂料開裂，混合酸液隨裂縫進入煙囪混凝土層，從而造成腐蝕。

專利CN101280153中公開了一種脫硫煙道內襯用噴涂耐高溫耐酸聚脲防腐涂料，該涂料是一種雙組分、無溶劑涂料，具有優異的防水、耐腐蝕特性，但該材料長期耐高溫性能差，煙道氣體溫度超過150℃時，會對聚脲造成嚴重的破壞。另外，聚脲涂料同樣彈性很差，不能直接使用它來粘接器件的接頭部位[9]。

耐腐蝕涂料的使用方法目前以刮涂法居多，而噴涂法則是未來耐腐蝕涂料的一大發展趨勢。

該技術優勢在于耐腐性好、密封性好、容易修補、施工簡便。目前，國內有很多人從事濕煙囪有機防腐內襯材料的研究工作，發展前景很好。但是，單從目前投入使用的耐腐蝕涂料性能來看，其耐高低溫循環、耐混合酸液沖刷性能不好，使用一段時間后，因材料老化易開裂，且需要單獨做保溫層[10，11]。

3.3發泡玻璃磚加膠粘劑復合系統

發泡玻璃磚加膠粘劑復合系統是在煙囪內表面用有機耐酸膠粘劑襯砌無機輕質發泡陶瓷進行濕煙囪防腐的方案。

發泡玻璃磚是以石英砂、玻璃粉和特殊的玻璃發泡劑為主要原料，在高溫條件下熔融、燒結并退火，制得的一種防腐、保溫材料。玻璃磚不僅耐酸堿、耐高溫，而且其抗滲透效果好、阻燃性能優異、導熱系數小，因此，玻璃磚內襯系統除具有耐腐蝕性能外，還具有很好的隔熱性能及阻燃防火能力[12]。目前國內使用的有機粘合劑產品種類繁多，如國外進口的賓高德膠粘劑，具有良好的耐酸防腐性能，抗滲透性好，且具有一定的彈性，在溫度交替變化時，不易開裂和脫落。專利CN101638518中公開了一種耐酸氣腐蝕耐高溫室溫硫化硅橡膠，具有優異的耐高溫性能，且同樣具有良好的彈性，可長期在150℃條件下使用[13]。環氧類粘合劑耐溫防腐性能優異，但缺點是彈性不好，使用過程中易開裂，在煙囪防腐領域也有個別用戶選用。

發泡玻璃磚加膠粘劑復合系統兼具發泡玻璃磚和有機粘合劑的優異性能，具有良好的耐酸、防水、耐高低溫變性能，可同時起到防腐和保溫的作用。使用性能優異的有機粘合劑粘貼發泡玻璃磚作為脫硫煙囪防腐內襯系統，既能保證脫硫煙囪中防腐層的使用效果，延長防腐層使用壽命，又有利于新建電廠縮短施工周期和技改電廠大幅減少因為施工而停止發電造成的巨大損失。另外，磚加膠方案造價較低，且施工工藝與傳統的砌筑耐酸磚的工藝類似，操作簡單易行，是目前濕法脫硫煙囪防腐領域中普及率較高，且性能較穩定的防腐技術。

然而，目前市場上的有機粘合劑產品品種多樣，質量參差不齊，其中大部分是未根據實際工況開發出的劣質粘合劑產品。使用性能較差的有機粘合劑粘貼發泡玻璃磚作為煙囪防腐內襯，在長期高低溫交變工況下，粘合劑成會逐漸緩慢老化，甚至高溫碳化，從而造成強混合酸液的滲漏，最終導致煙囪出現嚴重的腐蝕，給電力行業帶來很大的經濟損失。因此，有機粘合劑的質量好壞是決定磚加膠方案成功與否的關鍵。

3.4面涂彈性體防腐材料方案

面涂彈性體防腐材料方案是在《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）頒布實施以后新興的一種防腐方案。該方案是直接在煙囪內表面涂抹有機防腐膠粘劑進行濕煙囪防腐的方案。

用于煙囪內壁涂刷的彈性體防腐材料具有優異的防腐、耐高溫性能，可長期耐受80℃以下強腐蝕性混合酸液的滲透和腐蝕，并可短時間耐受120℃以上高溫。同時，該材料不僅對混凝土、鋼板、陶瓷耐酸耐溫磚均具有良好的粘接性，可有效地阻隔酸氣及酸液的滲透，防止酸液對煙囪各部件造成腐蝕，而且具有高彈性，可避免因冷熱交替變化以及煙囪運行條件下的擺動產生的應力對防腐內襯造成破壞，影響防腐系統的正常運行。另外，使用該彈性體防腐材料，工程造價低，施工簡單，局部破壞后容易修補。

目前，該防腐方案已得到大量工程實踐的充分證明：完全能夠滿足新工況下的各種嚴苛的強腐蝕環境，在國內火電廠濕法脫硫煙囪防腐領域的市場占有率中逐年遞增。

4結語

經技術改造后的濕法脫硫煙囪，其內部腐蝕因素錯綜復雜，腐蝕環境惡劣。在諸多濕法脫硫煙囪防腐方案中，目前防腐效果較好的防腐方案為發泡玻璃磚加膠粘劑復合系統方案。近年來也有越來越多的人致力于該方案中粘合劑耐老化性能的提高，以及發泡玻璃磚耐沖刷性能的改進。直接使用彈性體防腐材料進行防腐的面涂方案，已得到大量工程實踐的充分證明，且占有相當的市場占有率，是未來濕法脫硫煙囪防腐技術發展的一大趨勢。

針對濕煙囪的防腐問題，不可忽視的現狀是，國內現行防腐技術針對性不強，適用面較窄，大部分防腐方案還處于試驗階段，現階段還沒有一種非常成熟的長效防腐方案，而僅僅能在事故的發生率上有所改善；各個火電廠煙囪的運行工況均比較復雜，而且存在一定的差異，這必然會造成濕煙囪防腐技術的普適性較差，只能針對特定的煙囪進行防腐方案的必要調整。因此，必須加快開發綜合性能更優且成本較低的防腐材料，并將防腐方案系統化。

另外，從國內大多煙囪腐蝕的實例來看，很多是由施工工藝及施工質量的缺陷造成，尤其是對煙囪內特殊部位防腐材料的施工，因此，在大力研究防腐材料的同時，需要加強防腐材料施工相關的研究工作，并適時地對施工隊伍進行施工技能培訓，以適應煙囪防腐方案的不斷改進。

參考文獻：

[1]王志軒.我國燃煤電廠“十二五”大氣污染物控制規劃的思考[J].環境工程技術學報，2011（1）.

[2]蔡洪良，陳飛.火電廠濕法煙氣脫硫后煙囪防腐調研總結[J].武漢大學學報，2012，45（增刊）：234～238.

[3]張自麗.火電廠煙囪防腐進展研究[J].發電技術，2011（8）：39～40.

[4]劉俊峰，趙鳳娟.濕法脫硫煙囪防腐研究綜述[J].華東電力，2012，40（1）：132～135.

[5]李震，孫平.火電廠脫硫濕煙囪防腐若干問題[J].全面腐蝕控制，2013，27（2）：28～30.

[6]張記山.火力發電廠煙囪防腐蝕施工工藝研究與分析[J].企業導報，2011（21）：282～283.

[7]國家發改委.火力發電廠煙囪內襯防腐材料：DL/T901-2004[S].北京：中國電力出版社，2005.

[8]魏富榕，夏澤.濕法煙氣脫硫設備防腐的乙烯基酯樹脂玻璃鱗片涂料：100393829[P].2008-06-11.

[9]廖有為，周慶軍.脫硫煙道內襯用噴涂耐高溫耐酸聚脲防腐涂料：101280153[P].2008-10-08.

[10]陳立強.化學工業中的防腐研究[J].化工管理，2013（6）：204.

[11]楊姝.化學防腐蝕涂層的種類與特征分析[J].化學工程與裝備，2013（6）：167～168.

[12]邢峻，劉福云.國內火電廠濕法脫硫煙囪防腐現狀及展望[J].煙囪防腐，2013，27（4）：1～5.

[13]袁素蘭，邱澤皓.一種耐酸氣腐蝕耐高溫室溫硫化硅橡膠及其制造方法：101638518[P].2010-02-03.