電廠脫硫“濕煙囪”的防腐及煙囪脫硫所選用材料對比

電廠脫硫“濕煙囪”的防腐、煙囪脫硫
摘要：本文針對脫硫濕煙氣的腐蝕性,介紹脫硫濕煙囪的防腐特點,說明各種可用于濕煙囪內壁防腐材料的性能及防腐蝕結構的形式,并對其防腐方案的技術和經濟特點進行比較,并得出目前可行的方案。
關鍵詞:煙氣脫硫;濕煙囪;防腐
前言
目前國內環保法規的日益嚴格,已建電廠發電機組正逐漸要求加裝煙氣脫硫裝置。國內200 MW及以上的機組基本上都采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術,而且有一部分機組由于場地和經濟方面的原因不設置煙氣換熱器(GGH),這就產生了所謂“濕煙囪”如何防腐的問題。以2×300 MW機組共用一座煙囪為例,煙囪總高約210 m,內部防腐面積為8400 m2。一般原煙囪為砼結構,且以往電廠的煙囪大多襯耐酸磚,用耐酸膠泥砌筑。這肯定無法滿足脫硫后腐蝕性煙氣的防腐要求,因此原有煙囪必須防腐改造。下面就濕煙囪的防腐方案的技術和經濟特點進行比較和說明,并得出目前可行的防腐方案。
1、脫硫煙氣對煙囪的腐蝕性
濕法脫硫工藝對煙氣中的SO2的脫除效率很高,但對酸露點溫度有重要影響并形成腐蝕性酸液的主要成分的SO3的脫除效率不高,約20%~30%左右。由于經濕法脫硫煙氣脫硫后,煙氣濕度增加,溫度降低,煙氣極易在煙囪的內壁結露,煙氣中殘留的SO3溶解后,形成腐蝕性很強度高的稀硫酸液。脫硫后煙囪內的的煙氣有以下特點:
濕法脫硫后的煙氣濕度大,處于飽和狀態的濕煙氣含有的腐蝕性性介質在煙氣壓力與濕度的雙重作用下,煙囪內側結構密度差的材料內部很易遭到腐蝕,影響結構的耐久性。低濃度的稀硫酸液比高濃度的稀硫酸液腐蝕性更強。酸液的溫度在40℃~80℃時,對煙囪的結構材料腐蝕性特別強。以鋼材為例,40℃~80℃時腐蝕速度比其它溫度高出約3~8倍。
脫硫處理后的煙氣中還含有氟化氫和氯化物等強腐蝕性物質,形成腐蝕強度高、滲透性較強、且較難防范的低溫高濕稀酸型腐蝕狀況。
2、電廠煙囪的運行工況及影響
電廠煙囪主要有以下三種工況下運行:排放未經脫硫的煙氣,進入煙囪的煙氣溫度多在120℃以上。在此條件下,煙囪內壁處于干燥狀態,煙氣對煙囪內壁材料不直接產生腐蝕或腐蝕性很小。
排放經濕法脫硫后的煙氣,通過加設煙氣加熱器系統(GGH),進入煙囪的煙氣溫度在約80℃左右,煙囪內壁有輕微結露,導致排煙內筒內側積灰。根據排放的煙氣成分及運行等條件的不同,結露腐蝕將有所變化。
排放經濕法脫硫后的煙氣,未經過煙氣加熱器系統(GGH)加熱,,進入煙囪的煙氣溫度在40℃~50℃,,煙囪內壁有嚴重結露,沿內壁有結露界的酸液流淌。
由于在運行時煙氣有可能不進入脫硫系統,而通過旁通煙道進入煙囪,此時,煙氣溫度較高,一般在在120℃以上,故設計煙囪防腐時,還必須考慮在此溫度下運行對煙囪的影響。煙囪設計時應考慮在鍋爐事故狀態排放煙氣的溫度,一般該溫度在200℃左右,最高時可達300~350℃。電廠煙囪的安全運行的必要條件是其中的鋼筋混凝土外筒不被煙氣腐蝕,排煙內筒在電廠運行期間盡可能的抵抗煙氣腐蝕。
由上所述,在有無GGH系統的情況下,煙囪內壁均存在酸結露狀況。在實際運行狀況下,內壁的酸液由此而不可避免沿其縫隙向煙囪外壁滲透,而在外壁內側的防護層通常由有機材料組成,無論從材料的使用壽命及施工質量都不能保證在煙囪設計使用期該防護層能有效的阻隔對外壁產生腐蝕。此外,由此對外壁產生的腐蝕在一般條件下很難檢測和發現,對煙囪安全運行是一個致命的隱患。
3、四種濕煙囪防腐方案及施工工藝
3.1、鱗片樹脂內襯
3.1.1、鱗片樹脂材料的主要成分及配比(見表1)

表1、鱗片樹脂材料成分配比
成分比例備注
樹脂 55~65 隨環境溫度變化調整
玻璃鱗片 30
無機功能性填料 0~10 根據襯里結構設計調整
其它 5
合計 100

3.1.2、鱗片樹脂(乙烯基樹脂)的選擇依據
煙囪內筒的防腐襯里必須適應煙氣脫硫裝置全工況運行基旁路運行的要求,煙溫變化區為40~160℃,并能滿足事故狀態下短期高達180℃的工況。
鱗片樹脂襯里在國外FGD裝置旁通煙道的應用已經超過30年,其耐溫性和腐蝕性已得到工程實踐的充分證明。鱗片樹脂襯里耐溫性和腐蝕性主要取決于樹脂的性能,所選用的酚醛環氧乙烯基樹脂應是耐溫性較高的乙烯基樹脂,長期運行溫度可達200℃,并被煙囪內筒鱗片樹脂襯里防腐工程中成功應用的業績驗證過。
3.1.3、施工工藝。除去混凝土表面原有疏松的防腐層和硫化產物,乙烯基樹脂涂打底1~2道,刮涂乙烯基樹脂膠泥層2道,乙烯基樹脂面涂1~2道,養護固化。
3.2、硼酸磚內襯
3.2.1、硼酸磚內襯的選擇依據。影響煙囪的防腐內襯的兩大因素就是溫度和化學介質的腐蝕,眾所周知,玻璃鱗片涂層抗滲透性好,重疊排列的扁平玻璃鱗片形成致密的防滲層結構,形成迷宮效應,腐蝕介質在固化后的膠泥中的滲透須經過較長時間和復雜的路徑,從而能有效地抑制腐蝕介質地滲透速度。同時乙烯基鱗片膠泥在固化后,乙烯基樹脂的高交聯密度可以有效的減弱水蒸氣和腐蝕性化學介質的滲透,并由于其獨特結構更能達到防滲和減滲的效果。所以以玻璃鱗片為底涂,是對煙囪內筒強有力的保護,選用硼酸磚作為玻璃鱗片樹脂的保護層,充分利用了硼酸磚的導熱性低的優點。因此,結合鱗片耐腐蝕性和硼酸磚的超保溫特性,在煙囪防腐中將具有極好防腐性能的玻璃鱗片作為底涂,將硼酸磚砌筑在外層保溫,作為煙囪的防腐襯里,同時解決了化學腐蝕和保溫的問題,有效地延長了煙囪地使用壽命。
3.2.2　施工工藝。去除混凝土表面原有的疏松防腐層和硫化產物,均勻涂刷一遍玻璃鱗片底涂層,按規定的配合比進行膠泥配制,磚板襯砌。在平面上砌筑硼酸磚時,磚板排列一般為橫向連續縫,縱向錯縫。磚板砌筑時,每鋪砌一塊,應在待鋪的另一行用磚板頂住以防止滑動,待膠泥稍干后,進行下一行的鋪砌。在底部襯砌完成,膠泥初凝結后,可開始襯砌立面。襯砌立面時,應由下向上進行,襯砌上層磚板時會對下層磚板產生壓力,使下層砌好但膠泥未固化的磚板層錯位或移動。因此,立面襯砌時不能連續襯砌多層,一般在連續襯砌2~3層后稍停片刻,待下層膠泥初凝后再繼續襯砌;養護固化。
3.3、煙囪內壁噴涂聚
3.3.1、聚脲材料的介紹。煙囪內壁防腐可以采用聚脲彈性材料。該材料是由一種雙組合、無溶劑聚脲噴涂涂料,經專用噴涂設備進行噴涂或澆注聚脲彈性體。該材料是繼高固體酚涂料、水性涂料、輻射固化涂料、粉末涂料等低(無)污染技術之后,為適應環保需求而研制、開發的一種新型工藝無溶劑、無污染的綠色施工技術。
3.3.2、聚脲產品的特點。聚脲彈性體涂層具有優異的防水、耐腐蝕特性,同時具有優良的機械性能。該材料采用專用設備進行噴涂或澆注聚脲彈性體。該工藝不含溶劑、固化速度快。工藝簡單,可很方便在立面、曲面上噴涂十幾毫米厚的涂層而不流掛。在國際上已被廣泛用于防水、防腐、建筑等領域。
3.3.3、聚脲產品的優點及施工工藝。
1.噴涂聚脲彈性體技術具有以下優點:
①對濕氣、溫度不敏感,施工時不受環境溫度、濕度的影響。②雙組分,100%固含量,不含任何揮發性有機物(VOC),對環境不產生危害。一次施工的厚度可從數百微米到數厘米,克服了以往多次施工的弊病。③優異的理化性能,如抗張強度、伸長率、柔韌性、耐磨性、耐老化、防腐蝕等。④具有良好的熱穩定性,可在150℃下長期使用,可承受350℃的短期熱沖擊。⑤配方體系任意可調,手感從軟橡皮到硬彈性體。⑥原型再現性好,涂層連續。致密,無接縫、無針孔,美觀實用。
2.施工工藝
使用成套設備,施工方便,效率高;一次施工即可達到設計厚度的要求,克服以往多層施工的弊病。設備配有多種切換模式,即可噴涂又可澆注。屬整體面層防腐,施工簡單。
3.4、合金復合濕煙囪
3.4.1、合金復合濕煙囪的介紹。鎳基合金以其出色的防腐蝕性能在脫硫裝置中得到廣泛應用。鎳基合金是在金屬合金材料中增加鉻,鎳,鉬和氮等元素,它們可有效防止煙氣脫硫系統中的腐蝕,且使用壽命遠遠超過非金屬涂層。鉻元素有助于鈍化保護存在的表面膜,鉬和氮元素能改進材料耐點蝕和耐縫隙腐蝕的能力,鎳元素有助于被損壞保護膜的恢復,同時具有良好的加工和機械性能。而且合金防腐材料壽命長,維修時不會引起橡膠襯里(或其他化學物)的二次污染。近年來歐美、日本、韓國等都基本采用合金防腐材料用于煙氣脫硫系統設備中。國外煙氣脫硫工程的應用經驗表明:C-926、C-31、C-625,C-276,C-9合金是煙氣脫硫系統應用最廣泛的鎳基合金。在煙氣脫硫系統中,以上5種合金均應用在煙囪的內襯材料中,C-31、C-276、C-59應用較多。
3.4.2、施工工藝。在地面制作出合金復合板片,在現場將合金復合板焊接成型。一般不適合老煙囪改造。
4、煙囪防腐方案比較
4.1、4種煙囪防腐體系性能比較見表2。

4.2、4種煙囪防腐材料的經濟性比較見表3

表3、4種煙囪防腐材料的國內造價比較
鱗片樹脂內襯 500~600元/m2
硼酸磚內襯 1600元/m2
煙囪內壁噴涂聚脲 400~500元/m2
合金復合濕煙囪 6000~600元/m2

由表2、表3可以看出,方案1采用鱗片樹脂襯里,有較好的防腐性能,但適應溫度比較低,使用壽命較短;由于采用進口乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥,使得防腐工程投資偏高,施工周期較長。方案2采用硼酸磚襯里,具有良好的防腐性能,在國外電廠煙囪防腐中有著優良的業績,使用壽命較長。但是,由于采防腐工程投資高,施工周期長。另外,此方案采用了防腐磚,荷載較大,需要采用圈梁支撐,對于老煙囪的改造難以實現。同時,由于防腐層較厚,煙囪出口內徑縮小較多,增加煙氣流動阻力,使得煙囪正壓運行區域增加。方案3煙囪內壁噴涂聚脲材料,可以同時滿足耐溫和防腐要求,用它來做防腐整體面層,其整體性好,強度高,使用壽命長,適合于老煙囪的防腐改造。施工中可采用自上而下的程序,在煙囪頂部設轆轤、卷揚機、外部設升降平臺和羅茨風機即可進行施工,簡便可行。方案4采用襯鎳基合金,防腐、耐溫、耐磨抗沖刷性能都非常好,而且使用壽命長,但是價格昂貴,不易施工,因此不推薦該方案。
5.方案建議
綜上所述,已建機組加裝煙氣脫硫裝置,不設GGH,電廠的老煙囪應按“強”腐蝕性濕煙囪來考慮煙囪結構設計和進行防腐處理。采用鱗片樹脂襯里和煙囪內壁噴涂聚脲材料進行老煙囪防腐,耐腐蝕性較好,施工簡便,是目前較為理想的方案。

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