燃煤電廠煙氣濕法脫硫煙囪防腐技術創新的思路及其應用

張慶虎

（浙江順豪新材料有限公司，浙江 杭州 311121）

0 前言

燃煤電廠煙氣中含有對大氣環境污染的二氧化硫（SO2）和三氧化硫（SO3）以及少量的含氯、含氟、含硝等腐蝕性化學成份。早期燃煤電廠煙氣是經煙囪直排到大氣層，排放煙氣的溫度大約為90～140℃，煙囪內壁只是受到氣體的侵蝕和沖刷，通過襯砌耐高溫防腐蝕磚就可輕而易舉地解決煙囪的腐蝕問題。但是隨著國家環保大政方針的不斷強化，燃煤電廠煙氣必須經過脫硫后才能進入煙囪排放。加裝濕法脫硫裝置后，進入煙囪的煙氣溫度在80℃以下，低于酸（H2SO4、HNO3、HCl、HF等）蒸汽的露點，煙囪內壁將會有酸液流淌，對煙囪有很強的腐蝕性。國內曾經有過這樣的案例，某燃煤電廠雖然在原有的排煙系統加裝了脫硫裝置，但對煙囪未進行防腐改造，5年之內煙囪內壁嚴重腐蝕，幾乎危機到整個發電機組的正常運行，由此可見，燃煤電廠脫硫煙囪的防腐極為重要。

室溫硫化丁基橡膠防腐襯里是上世紀90年代由杭州順豪橡膠工程公司最早在國內開發出來的第四代橡膠防腐襯里，多年來被成功地用于石油、化工、冶金、電力、食品、醫藥及環境保護等行業的防腐工程。尤其是將其應用于煙氣濕法脫硫系統的吸收塔、事故漿液箱、管道等設備，至今設備運行良好。

本文旨在通過對燃煤電廠煙氣濕法脫硫煙囪防腐技術和應用現狀的綜合分析，探討排放系統脫硫防腐失效的基本原因，結合防腐工程施工的實際經驗，在此基礎上提出濕法脫硫煙囪防腐的技術創新思路，簡要介紹了自硫化丁基橡膠防腐襯里應用于濕法脫硫煙囪防腐的可行性和工程應用案例。

1 國內燃煤電廠脫硫煙囪防腐現狀

1.1 現行防腐技術方案

目前對于燃煤電廠脫硫煙囪的防腐處理通常采用防腐磚加膠粘劑、防腐涂料和耐腐蝕金屬內筒等3種方案[1,2]，其它還有諸如整體玻璃鋼煙囪、耐酸膠泥與耐酸磚板內襯、耐酸混凝土等方案，但在國內應用極少。

磚砌內襯防腐密封層：包括襯砌各種耐酸磚、發泡玻璃磚、板，是傳統的防腐手段。砌塊之間用粘合劑粘合，并采用粘合材料對砌塊間的縫隙勾縫,阻斷煙氣對煙筒內壁的腐蝕。其特點是材料耐腐蝕，耐高溫，施工簡單易行。但整體防腐性能差，襯體層受熱脹冷縮應力影響，勾縫易產生開裂，造成滲漏腐蝕。為此，就出現了以泡沫硼硅玻璃與合成橡膠復合而成的泡沫玻璃磚，雖有改善，但尚未達到預期效果。

涂覆各種防腐涂料：這類防腐技術因材料和工藝的不同而出現幾種衍生技術。

其一是噴涂或涂刷耐腐蝕玻璃鱗片樹脂防腐涂層，其優點是耐酸、耐高溫。但易起皮、龜裂或脫落；其二是噴涂耐酸混凝土，表面再加抹一層乙烯基玻璃鱗片樹脂，其工藝是在鋼套筒內壁焊上短錨筋，掛上鋼絲網，然后噴涂50～70mm厚耐熱耐酸混凝土，混凝土表面加抹一層乙烯基玻璃鱗片樹脂。其工藝較復雜，而且增加了鋼筒的壁厚和基礎荷載。材料損耗大，煙氣溫度過高，防腐層易產生細小裂縫，若煙氣回到低溫潮濕狀態，冷凝的酸液易通過裂縫，滲透到鋼套筒內壁，造成腐蝕。

內襯高性能的耐腐蝕金屬鈦板：鈦及鈦合金強度高，鈍化能力強，耐腐蝕性能好。采用爆炸復合、爆炸軋制復合工藝將鈦及鈦合金與鋼板結合成鈦鋼復合板，能抵御多種腐蝕介質的侵蝕，耐久性很好。但缺點工程造價高，焊接技術要求高。在長期腐蝕環境中，焊縫腐蝕滲透容易出現。

1.2 設備運行狀況

由于我國火電廠大規模推廣脫硫技術起步較晚，對于實施濕法脫硫（WFGD）后的煙囪防腐技術研究和應用也處于起步階段，雖然在設計和施工過程中部分借鑒了國外經驗，但實際效果并未達到設計初衷（煙囪結構設計壽命50年；排煙功能設計應滿足工藝系統設計壽命30年要求）。部分發電集團、設計院以及行業協會曾對火電廠實施煙氣脫硫后煙囪的防腐方案及防護效果進行了調查和統計，基本上能代表目前國內火力電廠煙囪的防腐狀況。

（1）調查結果之一：2010年對廣東省11家火電廠的脫硫系統及煙囪的腐蝕情況進行了調研和分析[3]，其中11個電廠的煙囪均為半濕煙囪工況，即脫硫系統均設有煙氣加熱裝置（GGH或蒸汽加熱）。采用防腐磚加膠粘劑或防腐涂料對煙囪進行防腐處理后，運行情況比較理想。歸其原因是流經煙囪的煙氣介質溫度仍在85～90℃之間，未出現煙氣介質的冷凝情況，即所謂的半濕煙囪實際運行的工況還是干態的。有人做過估算加裝GGH的脫硫系統投資要高出7%左右，運行和維護成本也比較高一些。雖然之前德國、日本設計的脫硫系統都加裝GGH，但20世紀80年代以后美國設計的脫硫系統大多數都不在加裝GGH；

（2）調查結果之二：經過調查，收集了12項工程的13座煙囪以及全國各地10余項煙氣濕法脫硫機組不設GGH的煙囪工程腐蝕滲漏資料[4]。結果表明，不設GGH的磚內襯層煙囪或單筒式煙囪腐蝕滲漏情況十分嚴重，鋼內襯層加防腐層的腐蝕滲漏情況也不是很理想，具體表現為，砌體結構的排煙內襯層或內襯，由于煙氣正壓運行，煙氣冷凝結露，滲漏非常突出，出現腐蝕狀況的速度很快，最快者在脫硫系統投運后不到1個月就發生煙氣泄漏；鋼內襯層結構的排煙內襯層，由于局部防腐層的脫落導致短時間內鋼內襯層腐蝕穿透和滲漏；外接煙道及與煙囪內煙道相連接處的腐蝕滲漏突出，設GGH的磚內襯層煙囪腐蝕滲漏狀況較少，個別磚套筒煙囪的磚砌體有微裂縫現象出現顯著；

（3）調查結果之三：2009年曾對之前5年各有關發電企業建成投運和正在建設的226個火力發電廠脫硫煙囪（道）防腐工程開展了函調[5]。結果發現，目前我國脫硫煙囪所采用的13種防腐方案中有10種方案由于防腐方案設計不合理、防腐材料質量不過關、施工過程質量控制不嚴謹等原因，造成煙囪防腐出現過不同程度的損壞現象；函調煙囪總數的20%及以上出現了防腐層開裂、沖刷或脫落、酸液滲漏等問題；更為嚴重的是發現最短的防腐體系竟然僅僅維持了2個月時間，就發現防腐層脫落，對煙囪造成嚴重腐蝕。

2 脫硫煙囪工況條件及其防腐失效原因探討

2.1 工況條件

如表1所示，為某36OMW機組煙氣脫硫前后的煙氣負荷數據（單臺機組、單臺FGO運行時）[6]?？梢姼蔁煔饨涍^脫硫處理之后，溫度只有50℃左右，遠遠低于酸溶液的露點，煙氣中的SO2、SO3冷凝后形成稀硫酸，沿煙道壁向下流淌，期間酸液又反復蒸發濃縮，這就導致煙囪內壁長期被酸溶液所蝕。同時，由于煙囪內部具有一定壓差，將會加劇酸溶液向襯里層滲透。除此之外，煙氣的高速流動對煙囪內壁長期的磨蝕和沖刷。

值得關注的是，一般煙囪的底部直徑會超過10m，高度大約在100～200m，氣候和煙氣溫度變化引起的煙囪塔體熱脹冷縮所產生的變形不可低估，煙氣氣流湍動或風力也會引起其結構震顫或者搖擺，也就是說襯里材料在工作狀態下也應當具有良好的彈性，以適應煙囪塔體的局部或整體變形。

2.2 防腐失效的基本原因探討

造成脫硫煙囪防腐失效的因素多種多樣，襯里材料、施工工藝以及襯貼面結構設計等都有可能導致防腐失效。但仔細探究防腐失效的根源，顯然不是材料本身不耐腐蝕而造成。應當說，常用的各種耐酸磚、發泡玻璃磚/板、防腐樹脂涂料、玻璃鱗片等等，就其本身性能而言都具有良好的防腐蝕、耐流體磨蝕和沖刷性能，但實際上防腐失效的最直接的因素是工程施工工藝和防腐結構設計因素，而并非所用的防腐材料問題所造成，也就是說所采用的防腐材料不能完全適應脫硫煙囪的實際工況條件。如：磚砌內襯產生裂縫，玻璃鱗片涂層的脫層、裂縫，鈦復合板的焊縫應力和電腐蝕等均因應力集中、振動、晃動、內外層材料的線脹系數不協調等因素，而致使煙囪防腐早期損壞產生失效。

表1 360MW機組煙氣脫硫前后的煙氣負荷數據（單臺機組、單臺FGO運行時）

而這些原因均直接與煙囪本身結構高而大、施工工藝要求高這一特點關聯。煙囪塔體高而大的結構特點決定了其在運行中必然會受到晃動、振動和應力集中等力學作用，施工過程的工藝不到位等物理的和人為因素也會致使防腐層的完整性受到破壞。至此，不難得出解決煙囪防腐失效的技術方案，即：既要減少、吸收和化解煙囪結構震顫和變形所引起的應力破壞作用，又要解決高空施工困難所帶來的人為隱患，以獲得良好和持久的防腐效果。

3 脫硫煙囪防腐的技術創新思路

3.1 防腐材料選擇

防腐襯里專用自硫化丁基橡膠QH-90具有優異的物理機械性能、耐介質性能和工藝性能（如表2所示），在煙氣脫硫設施防腐工程實際應用過程中經歷了長期的考驗，獲得了令人滿意的效果?；谏鲜龅姆治龊陀懻?，防腐襯里專用自硫化丁基橡膠應該說是燃煤電廠煙氣濕法脫硫煙囪防腐的首選材料，它既可以在室溫下自然硫化，又可以高溫熱壓硫化成型，適應各種施工工藝。

表2 防腐襯里專用自硫化丁基橡膠性能

3.2 防腐工程和施工工藝設計方案

脫硫煙囪是一個體積高大的特殊設施，防腐施工面為半封閉空間，高空作業物料投送、施工作業比較困難。更重要的是由于煙囪對空氣的虹吸作用（亦稱為“煙囪效應”），使塔體內部氣流不穩定，由此造成現場施工時粘合劑溶劑揮發不穩定，襯貼膠板施工工藝就很難把握。所以，可將模塊化技術（Modular Technology）應用于脫硫煙囪防腐工程，其中包括：模塊結構設計、模塊制造和模塊集成安裝等技術環節。根據脫硫設施防腐的特殊工況條件（強腐蝕、熱沖擊和動態力學狀態等）和施工特點（施工期短—防腐是主體工程交工前的最后工序，防腐施工工期很短；養護期短—業主和施工總包方施工完之后總希望設備盡快運營）來看，這種模塊化防腐施工技術應該是最佳選擇。

具體可按如下方案實施：

（1）防腐工程設計：防腐工程設計可與煙囪主體設計同步進行，根據煙囪內壁結構，在主體工程的防腐工作面上預埋防腐橡膠復合模塊的安裝接口（掛鉤），由此確定。防腐橡膠復合模塊的結構和尺寸；

（2）防腐橡膠復合模塊設計：防腐橡膠復合模塊采用金屬板作為骨架材料，外部用防腐橡膠包覆，橡膠與金屬界面采用熱硫化粘合，并在模塊的金屬骨架上設有與煙囪內壁預埋的掛鉤相配的安裝接口（掛口）；

（3）防腐橡膠復合模塊制造：可與煙囪主體工程施工同步在工廠采用模壓硫化成型工藝制造完成；

（4）防腐橡膠復合模塊集成安裝：將工廠預制的防腐橡膠復合模塊運到施工現場進行拼裝集成，拼裝縫隙用自硫化丁基橡膠膠泥勾縫。

4 防腐工程應用結果

自硫化丁基橡膠防腐襯里技術自90年代發明至今天已走過30個年頭，在國內各行業的防腐施工面積超過200萬平方米，其中脫硫設施最長應用接近20多年，至今防腐襯里運行情況良好。

目前，煙囪防腐采用自硫化丁基橡膠襯里這一技術已有成功先例，其中：山東淄博某電廠（如圖6所示）的脫硫煙囪防腐采用自硫化丁基橡膠襯里技術已安全運行7年，多次例檢未見有任何不良現象。良好的工程業績已深受用戶歡迎，煙囪橡膠襯里的成功案例是開創煙囪防腐技術先河，無疑也是煙囪防腐技術領域的工業化應用的一次技術革命。

圖6 某電廠脫硫煙囪橡膠防腐襯里

綜上所述，自硫化丁基橡膠襯里無論從技術上還是實踐上已經是目前煙囪防腐最理想的技術和解決方案，特別是對于濕式脫硫又不設置GGH的燃煤機組煙囪防腐工程來說，采用這種專業化、精益化生產和制造技術方案是值得大力推崇的先進理念。