純鈦煙道膨脹節在火電濕法脫硫改造中的應用分析

邢浩，張偉，張源清

(華電漯河發電有限公司，河南 漯河 462300)

純鈦煙道膨脹節在火電濕法脫硫改造中的應用分析

邢浩，張偉，張源清

(華電漯河發電有限公司，河南 漯河 462300)

火電廠脫硫區域煙道與主機煙道直接相連，超低排放改造后，脫硫煙氣溫度更低，腐蝕性更強，改造后脫硫系統的安全、穩定運行成為研究重點。以華電漯河發電有限公司為例，分析了純鈦煙道膨脹節在脫硫系統應用的可行性，并在脫硫區域改造中成功應用，供同類機組參考。

火電廠；純鈦煙道；膨脹節；濕法脫硫；凈煙道

0 引言

根據GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》要求，及《河南省燃煤機組超低排放改造專項行動方案》等地方法規的要求，2016—2017年各地火電現役機組脫硫排放濃度執行35 mg/m3，中高硫煤區域火電脫硫機組為滿足這一要求，進行了雙塔脫硫改造、單塔雙循環改造等，無論哪種方案均不同程度地增加了吸收塔氣液比，通過洗滌進一步降低了脫硫排煙溫度。經調研，部分超低排放機組脫硫后排煙溫度已低至45 ℃，在該溫度下，脫硫濕煙氣對煙道系統的腐蝕性進一步加強，對脫硫煙道防腐性能提出了更高要求，尤其是煙道膨脹節位置。調研發現，國內絕大多數機組選用非金屬蒙皮+框架的形式作為濕煙道膨脹節，因材質、打孔、防腐工藝、安裝工藝、啟停機熱脹冷縮等各種原因，多數電廠脫硫濕煙道膨脹節存在不同程度的腐蝕滲漏情況。

本文通過對脫硫濕煙氣腐蝕機制、鈦防腐性能的研究，探討鈦膨脹節在脫硫系統的應用前景，并通過鈦膨脹節在脫硫現場的試驗性應用，論證其可行性。

1 脫硫系統及膨脹節腐蝕情況分析

火電機組鍋爐煙氣經靜電除塵后，高溫煙氣(100～150 ℃)主要含有SO2，SO3，HCl，HF，NOx、煙塵及水汽等成分,經脫硫吸收塔系統噴淋洗滌后,煙氣的主要成分為飽和水汽和殘余的SO2，SO3，HCl，HF，NOx攜帶的SO42-，SO32-等，一般認為脫硫煙道發生腐蝕的原因主要有以下3種：(1)SO2和SO3引起的化學腐蝕；(2)Cl-和F-引起的電化學腐蝕；(3)流體沖刷引起的機械腐蝕[1]。

脫硫煙道膨脹節多選用非金屬膨脹節、鎳基金屬膨脹節[2]，其中以非金屬膨脹節居多，國內多數設計院將脫硫專用非金屬膨脹節編入脫硫設計導則，指導脫硫系統選型及應用。

實際應用中，不管哪種形式的非金屬膨脹節，均為法蘭(分為水平法蘭和垂直法蘭2種形式)連接，施工過程中，需在煙道上焊接膨脹節框架，在煙道防腐期間對法蘭端面進行玻璃鱗片防腐，待玻璃鱗片固化后進行膨脹節蒙皮安裝，在蒙皮外側使用壓板壓緊，這期間需多種工序交叉進行，對施工工藝及監督有較高要求，不可避免地出現“法蘭-鱗片-壓條-蒙皮-壓板”這一組合[3]，在壓板安裝時，法蘭端面玻璃鱗片受壓，不可避免地會出現壓損、內部開裂等情況。

脫硫系統投運后，隨煙氣溫度變化，受應力影響，膨脹節位移形變[1]，部分電廠脫硫煙道膨脹節會出現“啟動漏”現象，重新對壓板螺絲進行加固后，能減免泄漏情況，但會進一步壓損法蘭端面鱗片，造成“越漏越緊，越緊越漏”這一不可逆情況，最終，脫硫煙道法蘭端面受煙氣滲漏腐蝕，法蘭損傷，造成脫硫煙道膨脹節泄漏不可修復。

鎳基金屬膨脹節材料以316L，2205，2507為主，316L對SO3及Cl-離子抗腐蝕能力較弱[4]，經調研，在脫硫濕煙道實際使用中，平均壽命不超過2年；2205，2507材質金屬膨脹節有少量使用，國內有不少良好業績，本文不做論述。

2 鈦膨脹節的研究

鈦及其合金具有許多優異性能，鈦的熔點高(1 668 ℃)、密度小(4.5 g/cm3)、強度大(抗拉強度400～770 MPa，鈦合金達1 800 MPa)[5]。鈦合金在-250～510 ℃溫度下均具有足夠的韌性。鈦最突出的性能是耐蝕性，無論在氧化性環境中，還是在氯化物、硫化物、濕氯等苛刻的腐蝕介質中都表現出良好的耐蝕性。這是因為：(1)鈦的致鈍電流密度較小，致鈍電位較負，稍具氧化能力的氧化劑就能使其鈍化。(2)鈦的穩定電位范圍較寬，不易形成“過鈍化”。(3)鈦的鈍化態不易被破壞，即使表面被劃傷也能迅速修復，所以鈦的鈍化膜具有很高的穩定性[6]。

鈦在管道膨脹節上有較多應用，因其價格昂貴，應用范圍較窄，但隨著發展，我國完全依靠自身的鈦資源及技術力量建立了“采選—冶煉—熔煉與加工”和“研究—生產—應用”兩個完整的工業體系[7]，鈦材的價格由原來的數十萬元/噸降低到十萬元/噸，與國內鎳基不銹鋼金屬基本持平，在制作同尺寸零件時，因鈦密度低于鎳基不銹鋼密度(7.98 g/cm3)[8]，用料重量也有40%以上的減少。

同時，因其優越的延展性、韌性，在設計、制作期間，厚度可以控制在2 mm以內，比鎳基膨脹節節省大量材料，在脫硫煙道區域制作安裝鈦膨脹節，其綜合價位與非金屬膨脹節、鎳基金屬膨脹節接近持平，綜合考慮其優越性能，安裝鈦膨脹節有較高的優勢及可行性。

3 鈦膨脹節的實際應用方案

華電漯河發電有限公司機組裝機容量為2×330 MW，鍋爐型號為SG-1120/17.50-M732，除塵裝置采用山西某公司配置雙室五電場靜電除塵系統，電除塵裝置入口增加低低溫省煤器，進一步降低煙溫，脫硫系統為石灰石-石膏串聯雙塔，共配置6層噴淋層、1層合金托盤、5層屋脊式除霧器，設計排煙溫度45 ℃。脫硫系統濕煙道膨脹節原設計均為非金屬膨脹節。

隨著機組運行，期間機組多次啟停，煙道膨脹節在膨脹收縮過程中多次發生腐蝕泄漏。2016年機組運行期間煙囪入口膨脹節漏水，檢查發現膨脹節法蘭端面腐蝕損壞，螺栓孔腐蝕，已無修復價值，需進行膨脹節整體更換。華電漯河發電有限公司結合煙囪鈦板、鈦鋼復合板施工經驗，對比施工難度、造價、使用壽命等因素，綜合考慮論證，確定使用純鈦膨脹節作為煙囪入口膨脹節，徹底解決煙囪入口煙道膨脹節腐蝕損壞情況。

3.1 應用施工過程

(1)根據原膨脹節設計壓力、膨脹余量、安裝尺寸進行設計，鈦材選用TA2材質，厚度為2 mm，膨脹節寬度為300 mm，膨脹余量為±50 mm，將純鈦膨脹節設計為12段分體式單波紋鈦膨脹節，分為4個直角段(∟1 000 mm×1 000 mm×350 mm)及8個水平段(2 000 mm×350 mm)，并委托機加工廠對鈦板進行壓型制作(如圖1所示)。

圖1 鈦膨脹節加工零件

(2)零件到廠后，對焊縫進行100%著色檢測。

(3)根據鈦對鈦、鋼對鋼的焊接原則，將鈦鋼復合板鋼板側焊接在煙道內側，內外滿焊并進行焊縫檢測。

(4)將鈦膨脹節壓型板分段焊接在鈦鋼復合板鋼板鈦板側[9]，對焊縫進行著色檢測。

(5)對鋼煙道與鈦鋼復合板鋼板接口位置進行鱗片防腐及樹脂玻璃絲布加固，表面刷涂環氧樹脂漆進行封閉，整體施工完成。鈦膨脹節安裝完成及焊縫檢驗如圖2所示。

圖2 鈦膨脹節安裝完成及焊縫檢驗

3.2 施工難點

(1)煙道與鈦鋼復合板鋼板、鈦鋼復合板鋼板與鈦膨脹節均為內插焊接[10]，在制作安裝過程中應注意尺寸。

(2)所有鈦焊接應嚴格執行焊接工藝質量及驗收程序。

(3)鋼煙道與鈦鋼復合板鋼板接口位置為薄弱環節[11]，防腐作業期間應進行2 mm鱗片作業及2 mm纖維增強樹脂基復合材料(FPR)作業。

4 鈦膨脹節應用的效果

華電漯河發電有限公司鈦膨脹節設計、制作、安裝造價與非金屬膨脹節造價基本持平，2016年6月鈦膨脹節施工完成后，連續運行1年，2臺機組煙囪入口位置實現全年“零泄漏”。2017年7月機組檢修，在鈦膨脹節連續沖刷運行1年后，對煙囪入口鈦膨脹節進行了測厚及外觀檢查[12]，檢測結果顯示：分點測厚值與安裝值一一對應，鈦膨脹節內、外表面光潔如新，鈦焊縫飽滿完好，無砂眼、開裂跡象，鈦膨脹節與煙道接縫位置完好，無腐蝕情況發生，真正實現“零腐蝕、零磨損”，如圖3所示。

圖3 鈦膨脹節使用1年后檢測情況

5 結論

鈦及其合金以其優異的耐腐蝕性能被廣泛應用于國內石油、化工等行業，并取得了良好的效果，隨著國內鈦工業的不斷進步與發展,鈦材在防腐應用領域將發揮更大的作用。華電漯河發電有限公司通過探索與實踐，證明鈦膨脹節在脫硫煙道上有著良好的應用前景，同時也為脫硫行業后續的發展提供了寶貴的實踐經驗。

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(本文責編：白銀雷)

邢浩(1986—)，男，河南漯河人，助理工程師，從事火電脫硫系統的運行維護管理及改造工作(E-mail:xinghaoqqq@163.com)。

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1674-1951(2017)11-0054-03

2017-07-10；

2017-10-21