火電廠脫硫“濕煙囪”防腐蝕內襯結構設計

可用于濕煙囪內壁防腐材料的性能及防腐蝕結構的形式，對其防腐方案的技術和經濟特點進行比較，供同類工程參考...

1、前言

隨著國家環保標準對火力發電廠的煙氣排放標準要求愈來愈高，在我國，煙氣脫硫裝置已廣泛應用。但濕法脫硫不設煙氣加熱裝置(GGH)尚處在探索階段，煙氣脫硫后煙囪腐蝕的調查和研究成果欠缺，經驗較少。濕法脫硫后進入煙囪的煙氣與不脫硫的煙氣在工況上有顯著差異，對煙囪的腐蝕大大增強。鑒于濕煙囪結構在電廠運行中的特殊作用，保證煙囪結構的安全、有效、長期、穩定運行，濕法脫硫煙囪的防腐處理至關重要。

2、脫硫濕煙囪煙氣的特點和腐蝕性

由于濕法脫硫工藝的特點，其對煙氣中的SO2脫除效率很高，但對煙氣中造成腐蝕的主要成分SO3脫除效率并不高，約20%左右。脫硫處理后的煙氣一般還含有氟化氫和氯化物等，它們是腐蝕強度高、滲透性強、且較難防范的低溫高濕稀酸型物質。脫硫后煙氣環境變得低溫、高濕，煙氣密度增加，煙囪自拔力減小，煙囪內的煙氣壓力升高，加重了煙氣和含酸液水分向外筒壁方向的滲透。煙囪出口處流速降低，煙囪頂部容易發生煙流下洗，煙流下洗不僅會腐蝕煙囪的組件材料，而且減弱了煙氣的擴散，影響周圍環境。在低于0℃的氣溫下還會導致煙囪上口結冰。外煙囪的直徑過大，會在其下風側產生較大的低壓區，因此，有多個內煙筒的煙囪發生煙流下洗的可能性較單煙筒煙囪更大。

脫硫后的煙氣溫度降低，當系統不設置GGH時，煙氣溫度一般在40℃～50℃之間，水份含量高，濕度大，多處于飽和狀態，在煙囪內壁會出現結露現象，使煙囪內壁長期處于浸泡狀態，通常稱在這種工作狀態下的煙囪為濕煙囪。煙氣溫度低，煙囪內的煙氣上抽力就降低，它影響著煙氣的流速和煙氣抬升高度及煙氣擴散效果，這對排放的煙氣滿足環保要求（特別是氮氧化物NOX指標）帶來不利的因素。濕煙囪的另一個問題是煙囪“降雨”，其起因是煙氣夾帶的液滴，這種降雨通常發生在煙囪下風側幾百米內。雖然系統設置（GGH）加熱煙氣的濕法煙氣脫硫系統（FGD）也可能發生煙囪降雨，但濕煙囪出現的幾率更大。濕煙囪排放的低溫煙氣抬升小，

系統設置GGH可升高脫硫處理后排放的煙氣溫度，一般在80℃左右，可以減緩煙氣冷凝結露產生的腐蝕性水液液體（稀酸），煙囪自拔力增加，從理論上講，采用GGH時能有利于減緩煙氣的腐蝕（即提高煙氣溫度，減少結露），但煙氣濕度、水分這些誘發腐蝕的因素依然存在，況且GGH的運行有時不能滿足設計運行溫度值的要求，尤其是在發電機組低負荷運行、機組開啟及其它不利工況時。

因此，煙氣脫硫后，雖然能使大氣環境得到改善，但對煙囪的腐蝕隱患并未消除，相反地，脫硫后的煙氣環境（低溫、高濕等）使腐蝕狀況進一步加劇，因此煙囪的抗腐蝕性能需要提高，尤其脫硫系統不設置GGH時煙囪的抗腐蝕性能要求更高。

3、脫硫煙囪運行工況

由于新建電廠脫硫系統通常要遲于機組投運，此外由于設備的非正常運行，脫硫煙囪主要在以下三種工況下運行：

干燥←→潮濕←→浸水

干燥-潮濕-浸水工況交替變化，這對煙囪內襯防腐材料提出了更高的要求；內襯防腐材料選擇時除應考慮主工況運行條件外，還須適應電廠煙囪的其它運行工況，以及工況交替變化對內襯材料防腐性能的影響。

4、某電廠1X330MW技改工程濕煙囪防腐方案選擇

4.1工程概況

本工程按2×330MW機組統一規劃、集中布置、分步實施的原則設計。本期建設規模為1×330MW機組，預留下期1×330MW機組。煙囪按2×330MW機組排煙量設計，采用一座鋼內筒套筒式混凝土煙囪，預留下期煙道接口。根據工藝布置、環保及業主要求，本工程脫硫系統不設置GGH裝置。

4.2目前國內脫硫煙囪防腐材料

從前邊分析可知，影響脫硫濕煙囪防腐內襯的兩個最大因素就是溫度和化學介質的腐蝕。

目前國內出現的幾種國產煙囪防腐材料，如發泡玻璃磚內襯系統（天津電能科技有限公司產品）、復合式泡沫玻璃磚防腐內襯（上海川達環保材料有限公司產品）、高性能輕質?；沾?/span>(江蘇藝興紫砂陶股份有限公司產品)、玻璃鋼整體套筒濕煙囪(中冶集團建筑研究總院技術),填補了國內濕煙囪防腐材料的空白，但工程應用極少。電力院設計主要都是參照國外的標準和工程實踐進行濕煙囪防腐設計，國內一般煙囪防腐采用玻璃鱗片等耐酸膠泥、合金復合板、進口底劑復合泡沫玻璃磚內襯等幾種方案。幾種防腐材料的性能分析見表一。

表一煙囪防腐材料的性能分析表

表一煙囪防腐材料的性能分析表

4.2.1鋼內筒內襯耐蝕鱗片膠泥

鋼內筒由厚度為10～18mm厚Q235B鋼板卷成弧形后焊接而成。在鋼內筒結構設計計算時，預留了2mm厚度的腐蝕富裕度。鱗片膠泥采用的基體樹脂是高性能的乙烯基酯樹脂，該類型樹脂具有較環氧樹脂更好的耐腐蝕性能。由于基體樹脂是有機材料，鱗片膠泥的壽命保證期為5～10 年。根據國內脫硫的實際運行情況，溫度的沖擊是需要慎重考慮的因素。鱗片膠泥具有抗滲性好、施工難度小、易修補造價較低等特點。因此，鱗片膠泥在煙氣脫硫設備上應用較多。國外電廠煙囪早期有應用，但現已較少采用。

4.2.2鋼內筒內襯鈦板

鋼內筒由10～16mm厚(支承式)或6～8mm厚(懸掛式)Q235B鋼板加鈦板耐腐內襯。內筒結構設計計算時，不必預留腐蝕富裕度，合金板內側也不必采取防腐措施。內筒鋼板與鈦板內襯有工廠軋制復合、爆炸復合和現場掛貼式。鈦板內襯厚度一般為1.2～1.6mm，缺點是施工時不可能達到合金全部焊接要求，造價太高。由于其性能穩定，國內脫硫電廠應用這一方案較多。

4.2.3鋼內筒內襯玻璃磚

鋼內筒由厚度為10～18mm的鋼板卷成弧形后焊接而成。鋼內筒采用耐硫酸露點腐蝕鋼板，在鋼內筒結構設計計算時，預留了2mm厚度的腐蝕富裕度。鋼內筒內表面襯貼防腐發泡隔熱玻璃磚，該磚具有耐腐蝕和保溫的雙重性能，使原來的煙囪內襯和保溫層結構合二為一。

4.3方案技術經濟比較

脫硫后濕煙囪內襯材料的選擇，須考慮以下幾方面的因素：

1.技術可行性，滿足復雜化學環境下的防腐要求；

2.經濟合理，較低的建筑成本，一次性投資費用要低；

3.施工條件好，質量控制方便，施工周期短；

4.運行維護費用低，并且方便檢修。

表二幾種防腐材料的國內單價比較表

表三各型套筒煙囪技術經濟性比較表（以210×6.5米單管內筒濕煙囪為例）

從煙囪防腐材料的性能分析表一及各型套筒煙囪技術經濟性比較表三可以看出：

1.套筒式鋼內筒煙囪的鋼內筒采用內襯鈦板、鋼內筒內襯玻璃磚、鋼內筒內涂玻璃鱗片三種方案均能滿足防腐要求。

2.三種方案，鋼內筒采用內襯鈦板效果最好，鋼內筒內襯玻璃磚次之，鋼內筒內涂玻璃鱗片較差(煙氣溫度過高可能燒蝕破壞其結構)。

3造價上，三種方案，鋼內筒采用內襯鈦板造價最高；鋼內筒內涂玻璃鱗片方案造價最低，而鋼內筒內襯玻璃磚介于兩者之間。

4.相對來講，鋼內筒采用內襯鈦板方案施工難度最大，焊縫質量難以控制，采購周期長，施工速度慢；采用鋼內筒內襯玻璃磚方案施工要求較高，耐腐蝕性能好，有一定的保溫性能；而采用鋼內筒內涂玻璃鱗片方案由于采取噴涂方法，施工工期較短。

5.采用鈦鋼復合板內筒投資大，但維護間隙周期長，一般為15～20年，國內、外脫硫電廠有較多應用實例；鋼內筒內襯玻璃磚，底劑的選擇非常重要，國內的底劑普遍都難以達到要求，國外有成熟的應用在煙囪內襯的底劑，已經有30年以上的使用業績。

5、鋼內筒內襯玻璃磚煙囪的工程實例

山西霍州第二發電廠一期工程2×300MW燃煤發電廠210米鋼內筒套筒式煙囪設計，不設煙氣加熱系統（GGH）條件下，鋼內筒內側面加設一層美國賓高得泡沫玻璃磚防腐層（51毫米厚）；山西兆光發電廠2×300MW機組210×6.5米鋼內筒煙囪(并網發電一周年)、安徽華潤2×600MW超臨界機組2×210*5.8米鋼內筒雙管煙囪(一號機已并網發電)、中電國際平圩第二電廠210×8.5 M鋼內筒煙囪（局部）(施工、驗收完畢)均采用國產發泡玻璃磚防腐系統。

6、結論

濕法脫硫煙囪具有腐蝕環境苛刻、防腐蝕工程量大、內襯腐蝕維修困難等特點。為保證煙囪結構的安全、有效、長期、穩定運行，涉及到基礎構件設計、防腐蝕構造設計，材料選擇、現場施工等諸方面。

濕煙囪防腐蝕內襯結構設計時，防腐材料的選擇應滿足以下要求：

1.不易脫落，防腐壽命長。由于煙囪的防腐工程費時、費力，維修不方便，因此，要求防腐材料使用壽命要長，免維護周期要長。

2.耐高溫，耐酸性介質腐蝕性能好，可以長期在酸性環境中可以承受高溫煙氣的沖擊。

3.熱震穩定性好，可抵御溫度急冷急熱變化所帶來熱疲勞。脫硫設備的故障會導致煙氣直排，瞬間溫度可達到250℃以上，這要求防腐材料有較強的耐溫度變化的能力。

4.防水抗滲性能優良，要能阻止酸液進一步的滲透，保護混凝土基材不受酸液侵襲。

5.耐磨性能優良，強度高，可經受氣流中介質的長期沖刷。

鋼內筒內襯玻璃磚在防腐蝕性能、耐熱性能方面，是完全可以滿足套筒濕煙囪的長期運行要求的，本工程可采用此方案。