摘要：随着我国环保标准的提高和大众环境意识的增强，从2002年开始，国内新建火力发电厂都要求进行烟气脱硫处理，烟气腐蚀程度也因此大幅提高，原来传统的烟囱防腐已经不能满足烟气脱硫后的运行工况。烟囱是火力发电厂建设的重要组成部分，对烟囱内筒防腐系统的选择是否合适，不仅影响工程造价和建设工期，而且对于火电厂的安全经济运行具有重要的影响。本文通过对火力发电厂常见烟囱内筒防腐系统的较详细介绍，并结合工程实例进行了综合的技术经济比较分析，确定出技术可行、经济合理的烟囱内筒采用钛钢复合板防腐系统的方案。
关键词：脱硫烟囱；内筒防腐；分析
1、烟囱内筒防腐介绍
我国火力发电厂在早期未对烟气进行脱硫，排放的烟气腐蚀性相对较低，随着国家环保标准的提高和大众环境意识的增强，从2002年开始，国内新建火力发电厂都要求进行烟气脱硫处理，烟气腐蚀程度也因此大幅提高，原来传统的烟囱防腐形式已经不能满足烟气脱硫后的运行工况。
1.1湿法脱硫烟气的特点
我国火力发电以燃煤为主，燃烧过程中排出粉尘、二氧化硫、氮氧化物等大气污染物。燃煤烟气中的二氧化硫是形成酸雨的主要成分，目前国内外燃煤火电厂中烟气脱硫是控制二氧化硫排放的主要措施，而其中石灰石-石膏湿法脱硫是当今应用最多和最成熟的工艺。
采用湿法脱硫工艺，可使烟气中的SO2的含量大大减少（脱除效率≥90%），但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3脱除效率并不高，仅在20%左右。因此烟气脱硫后，虽然能使大气环境得到改善，但对烟囱的腐蚀隐患并未完全消除，而且对烟囱的抗腐蚀性能提出了更高要求。
脱硫后的烟气环境变得低温高湿，使烟气温度低于酸露点温度，烟气含水量增大，烟气上升中在烟囱内壁会出现结露现象；烟气密度增加，自拔力减少，烟囱内的烟气压力升高而形成正压，加剧烟气外渗；脱硫后的烟气中单位体积的稀硫酸含量相应增加。
在不设置GGH烟气加热系统时，脱硫后的烟气温度一般在40℃～50℃之间，湿度大且处于饱和状态，烟气易于冷凝结露并在潮湿环境下产生腐蚀性的液体，使得烟囱内壁长期处于浸泡状态。设置GGH烟气加热系统可升高脱硫处理后排放的烟气温度（约80℃及以上），以减缓烟气冷凝结露产生的腐蚀性液体（弱酸）。设置GGH后，脱硫区占地面积增加，连接烟道加长，系统阻力增加，设备投资增大，除GGH本体外还需配置许多辅助设施，相应增加了系统电耗，设备维护工作量增大，且GGH（回转式）在运行中积灰、结垢严重，影响了整个脱硫装置的正常运行，故2006年后建造的脱硫装置几乎取消了GGH系统。
综上所述，烟气脱硫后对烟囱的腐蚀隐患并未真正消除：烟气湿度大，含有腐蚀性介质的烟气在压力和湿度梯度的双重作用下，烟囱内侧结构致密度差的材料内部很容易遭到腐蚀，影响结构耐久性；低浓度酸液比高浓度酸液的腐蚀性更强，酸液温度在40℃～80℃时，对结构材料的腐蚀性特别强。因此，排放湿法脱硫烟气的烟囱比排放未经湿法脱硫的普通烟气的烟囱对防腐蚀设计的要求高很多，湿法脱硫烟气属于强腐蚀性烟气，烟囱内壁的防腐措施应进一步加强。
1.2烟囱腐蚀的机理
腐蚀是材料与其所处环境间的物理化学作用而导致材料功能受到损伤的现象。在一个腐蚀系统中，对材料行为起决定作用的是化学成分、结构和表面状态。在腐蚀过程中，如伴有机械应力的作用，则将加速腐蚀从而出现一系列特殊的腐蚀现象。
一是化学腐蚀。烟气中对钢结构有腐蚀作用的成分主要是SO2、SO3、HF、HCL、CO2、水汽等，湿法脱硫后烟气中含有足够的水分，烟囱内壁产生的酸性液体会与金属材料发生化学反应，生成可溶性铁盐，对烟囱产生严重的腐蚀作用。
二是电化学腐蚀。烟气中残余的水及电解质在烟囱内表面形成原电池，存在着阳极反应和阴极反应，并伴有电流产生，使金属逐渐腐蚀，特别是在焊缝处更容易发生。
三是结晶腐蚀。用石灰石浆液吸收SO2后生成可溶性硫酸盐或亚硫酸盐。脱硫系统正常运行时，烟气中夹带的大量未经除尘或未被除净的脱硫产物随着高速流动的烟气进入吸收塔出口烟道与烟囱连接处，在惯性作用下，这些颗粒会附着于烟囱与烟道连接处的对面，部分液体渗透到防腐表面的毛细孔内。当系统停止运行时，这些液体在自然干燥下生成结晶盐，同时体积膨胀，破坏防腐材料，使其蜕皮、疏松、破裂损坏。
四是磨损腐蚀。烟气中固体颗粒与烟囱表面发生湍动摩擦，烟囱不断被磨损，加速腐蚀过程，使得烟囱筒壁逐渐变薄。
1.3目前国内脱硫烟囱防腐情况
根据行业相关研讨会议对近5年来脱硫烟囱防腐情况所进行的调查，我国脱硫烟囱防腐工程实际使用情况为：
一是采用钛板或钛钢复合板的套筒式烟囱的运行情况良好，但在施工时应严格检查焊接点，避免漏焊造成焊接处发生腐蚀。
二是在钢内筒內采用粘贴进口宾高德烟囱防腐内衬系统的烟囱运行情况良好，但各粘接块材防腐方案均应保证粘接剂饱满，应对粘贴量大、高空作业等方面的措施要确保到位。
三是采用泡沫玻化砖或耐酸胶泥砌筑耐酸砖的套筒式烟囱，在设置GGH的工况下运行情况良好。
四是采用整体浇筑料的烟囱在调查时未发现裂缝、冲刷及酸液渗漏现象，运行情况良好，但仍然有待进一步观察。
五是在钢内筒內喷（刷）涂玻璃鳞片、聚脲、OM涂料、萨维真而导致烟囱防腐受到损坏的情况较多；采用RHF烟囱专用防腐涂料的烟囱运行情况基本良好。
1.4内筒防腐系统选择分析
选择适合运行工况的防腐系统，对电厂的安全经济运行至关重要。目前采用的烟囱内筒防腐系统主要有以下几种：
一是涂料类防腐系统。根据调查，在钢内筒內喷（刷）涂玻璃鳞片、聚脲、OM涂料、萨维真而导致烟囱防腐受到损坏的情况较多；采用RHF烟囱专用防腐涂料的烟囱运行情况基本良好，它是以特种合成树脂和功能性材料为主要原料，添加功能性防腐蚀颜料和助剂等配制而成的高性能防腐涂料，已经通过国家涂料检测中心的检测，在耐酸、耐热、耐温变等方面能够满足烟囱内壁对脱硫烟气的防腐蚀要求（无论是否加设GGH）和非正常工况条件下对烟囱内壁的耐热、防腐等性能要求，在耐磨性、粘结性和施工性等方面也具有较优异的特点。
二是整体浇筑料防腐系统。根据调查，未发现裂缝、冲刷及酸液渗漏现象，运行情况良好，但仍然有待进一步观察。它是用耐酸轻集料、耐酸粉料、粘结剂、固化剂及外加剂，按照适当比例和工艺混合、用浇筑方法施工而成的烟囱内衬材料，具有耐高温、耐酸性介质化学腐蚀、防水、轻质、隔热、高强、抗震等性能，但现阶段在材料配比、施工质量控制、无机整体内衬长期运行是否会出现裂缝等方面还存在很多不确定性。目前在单筒烟囱（设置GGH）中应用较多，并兼做内衬及隔热层，但在套筒烟囱（不设置GGH）中并未广泛应用。
三是內贴衬砖类防腐系统。目前应用于脱硫烟囱防腐的轻质泡沫砖材料主要有进口的宾高德泡沫玻璃砖、国产泡沫玻璃砖、泡沫玻化陶瓷砖。宾高德泡沫玻璃砖内衬系统是多层材料的组合，防腐能力较强，发泡玻璃砖通过宾高德胶粘材料粘在钢排烟筒内侧基底，具有耐酸腐蚀、绝热、耐高温、低热膨胀系数等优点，由于其导热性低，使烟囱内衬和保温层结构合二为一，内筒外侧可不设置保温层，该内衬的防腐效果比较理想，但造价偏高；国产泡沫玻璃砖内衬是宾高德泡沫玻璃砖内衬的国内替代产品，生产厂家比较多，产品性能不尽相同，所使用的粘结剂也不同；泡沫玻化陶瓷砖是引进国外先进防腐材料的技术特性，根据湿法脱硫烟囱排放烟气特点，研制出的一种新型防腐材料，经检测，耐酸耐热性、强度、防水抗渗等主要技术性能不低于宾高德泡沫玻璃砖的性能，但还需要在生产工艺上解决降温速度控制不够稳定的问题，采用该内衬也不需设置外侧保温层，经济性比较好，国内已有较多电厂在湿法脱硫烟囱中采用之，从运行情况看，有些效果良好，有些出现问题，采用此方案时需要从设计、施工、材料采购等各环节严把质量关。
四是金属板类防腐系统。根据调查，采用钛板或钛钢复合板的套筒式烟囱的运行情况良好。钛板由于其特定的化学性能，有着非常好的防腐效果，脱硫后的强腐蚀性烟气对钛板的腐蚀性很小，钛板是国际工业烟囱协会推荐的FGD系统不设GGH情况下烟囱防腐内衬之一；钛钢复合板是一种较合适的组合材料，也是国际烟囱设计标准推荐的防腐处理方案，它是以低碳钢Q235B为基材、以钛板为复层的两层金属复合板，真正做到了结构（钢）、防腐（钛）能够发挥各自的优势，这种成熟的组合材料有专门的国家标准。
五是玻璃钢（FRP）内筒防腐系统。玻璃钢（FRP）是由高强度的玻璃纤维增强纤维和不饱和聚酯、环氧树脂或酚醛树脂基体复合而成的兼具结构性和功能性的新型复合材料。FRP材料中玻璃纤维提供FRP的强度和刚性，树脂提供FRP的耐化学性和韧性。玻璃钢（FRP）材料具有轻质高强、耐腐蚀性能好、热性能好、可设计性好、工艺性优良等特性。玻璃钢（FRP）烟囱应用的主要问题是材料老化、材料耐温和材料防火。
六是APC杂化聚合材料防腐系统。APC杂化聚合结构层使用的是有机-无机杂化聚合材料，是一种高交联密度的三维空间立体结构防腐材料，具有良好的耐温性（-40℃～260℃）、高腐蚀性、高耐磨性、非常好的柔韧性，其结构层采用纳米封孔技术，抗渗性能优异，且具有很好的阻燃性能。目前采用此种防腐系统的工程运行效果较好。
2、工程实例及技术经济比较
2.1工程实例烟囱运行工况
某火力发电厂新建工程采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺，未设置旁路烟道，进入烟囱的烟气均为脱硫之后的烟气，不设GGH装置，正常运行时烟气温度约为50℃，事故工况下烟气温度约为180℃，烟囱内壁会产生较严重的结露。根据工艺及环保要求，两台炉合用一座高度210米、出口内直径7.5米的单个排烟筒烟囱。
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2.2技术经济比较
各方案主要工程量估算及经济比较
工程量及造价 防腐系统 耐硫酸露点钢/Q235B普通钢 内筒防腐系统 保温隔热系统 （玻璃棉毡） 内筒 总造价 t 万元/t ㎡ 元/㎡ m3 元/m3 万元 RHF防腐涂料 350 1.5 4700 700 280 550 870 整体浇筑料 -- -- 1900m3 5500元/m3 -- -- 1040 宾高德泡沫玻璃砖 350 1.5 4700 1850 -- -- 1390 国产泡沫玻璃砖（含硼量大于12%） 350 1.5 4700 1300 -- -- 1140 泡沫玻化陶瓷砖 350 1.5 4700 1100 -- -- 1040 钛板 -- -- 350t 11万元/t 280 550 3870 钛钢复合板 -- -- 350t 3.5万元/t 280 550 1240 玻璃钢FRP内筒 -- -- 4700 2500 -- -- 1180 APC杂化聚合材料 350 1.5 4700 1200 280 550 1100
注：除采用钛板或钛钢复合板外，内筒总造价均暂按采用耐硫酸露点钢计算，若采用Q235B普通钢造价降低300万元。
3、结论
综上所述，考虑到本工程烟囱的运行工况，上述各种防腐系统均可作为备选方案。考虑到施工的不确定因素，采用整体式防腐系统可消除形成烟气腐蚀的薄弱环节，有效地提高防腐性能。在整体性能方面，RHF防腐涂料、整体浇筑料、玻璃钢（FRP）内筒、APC杂化聚合材料防腐系统最优，金属板类防腐系统次之，內贴衬砖类防腐系统最差。涂料类防腐系统受施工因素影响最大，质量不易保证；套筒式整体浇筑料烟囱应用较少，玻璃钢（FRP）内筒在国内应用较少且运行时间较短；APC杂化聚合材料科技含量高，技术先进，性能指标高，运行效果较好；金属板类中，钛钢复合板造价适中，运行情况良好，是较合适并且成熟的组合材料，能够真正做到发挥各自优势，并有专门的国家标准，而钛板造价过高。
因此，针对本工程烟囱的运行特点，经过技术经济综合比较，该烟囱钢内筒采用钛钢复合板防腐系统。
参考文献：
[1]烟囱设计规范（GB50051-2013）北京 中国计划出版社 2013
论文作者:杨秀萍
论文发表刊物:《基层建设》2015年29期
论文发表时间:2016/9/19
标签：烟囱论文; 烟气论文; 系统论文; 材料论文; 玻璃砖论文; 内衬论文; 湿法论文; 《基层建设》2015年29期论文;