火电厂烟囱内壁的腐蚀及其防护材料_

火电厂烟囱内壁的腐蚀及其防护材料
摘要：通过对火电厂脱硫烟气成分的分析，研究了其腐蚀机理以及脱硫烟气在一定的温度和湿度环境下对烟囱内壁造成的腐蚀情况，并以此为依据，研制出适合电厂烟囱内壁使用的特种专用防腐材料。
关键词：脱硫烟气；腐蚀；特种材料
0引言
在燃煤电厂中SO2、NOX的排放对空气造成严重污染，每燃烧1亿t煤，就会产生200万t二氧化硫（SO2），而大气中的二氧化硫含量过高是形成酸雨的直接诱因，因此对二氧化硫和氮氧化物的防治势在必行，烟气脱硫是当今燃煤电厂控制二氧化硫排放的主要措施，其中湿法石灰石洗涤法是目前国际上应用最多和最成熟的工艺，烟气经脱硫后将有95%的SO2被有效除去。
火电厂经脱硫后排放的烟气由于温度低、湿度大而对烟囱内壁产生极强的腐蚀作用，使烟囱的使用寿命降低，因此，烟囱内壁的腐蚀与防护是目前亟待解决的技术难题之一，也是烟囱设计与建造时的一项重要内容。
为了解烟囱内腐蚀介质的成分、浓度及其在烟囱内的分布状况，我们与华北电力设计院、山东电力工程咨询院、西北电力设计院合作，在全国首次对脱硫烟气及脱硫烟囱凝结水进行现场采集，并对水质作了全面分析，检测其腐蚀性，从而获得烟气腐蚀的第一手资料。在实验室模拟了湿法脱硫后的烟囱工况，研究了烟囱内壁腐蚀介质的凝集、浓度及其变化规律，由此研制出防腐效果显著、使用寿命长、施工方便且使用费用较低的HF83型RHF防腐涂料。
1实验部分
1.1烟气成分
我们对国内防城港电厂锅炉排出的原烟气经过湿法脱硫、加GGH装置（气气加热装置）后进入烟囱的净烟气参数进行分析，发现烟气中含有SO2，SO3，HCl和H2O等，其中SO2，SO3，HCl与H2O结合生成强腐蚀性的硫酸、亚硫酸和盐酸，从而对烟囱内壁造成腐蚀据调查，各电厂因燃煤煤质不同，其烟气脱硫后所含的上述腐蚀物有一定差异，但大多数情况下，这些腐蚀物的含量均较高，因此说烟囱内部是一个腐蚀强度高、条件恶劣的环境。
1.2烟囱内壁的腐蚀工况
脱硫后的烟气温度一般为45~50℃，该烟气或直接从烟囱排放，或通过GGH装置加热到80℃。由于脱硫烟气中含有大量的水和硫酸等腐蚀性物质，这些酸性蒸汽或因温度的不同凝结到烟囱壁上或直接排出因此烟囱内的温度与所排放烟气的露点直接关系到腐蚀强度。脱硫后烟气的露点与其所含有的H2SO4和水的含量有关，其中H2SO4对烟气的露点影响很大。按照日本电力工业研究中心所提出的露点计算公式［1］：
tld=20lgφ（SO3）+a
其中：tld——烟气露点温度，℃；
φ（SO3）——烟气中SO3的体积分数，%；
a——水分常数，a=184（烟气中水分含量为5%）；
a=194（烟气中水分含量为10%）。
我们对国内几家装有FGD（烟气脱硫）装置的发电厂的脱硫烟气进行调查取样，经成分分析后，计算得知，在一般情况下脱硫效率90%时酸性烟气的露点为83.5~94.2℃，脱硫效率95%时酸性烟气的露点约为76.5~87.4℃。
从以上数据可以看出，烟囱实际运行时，若无GGH装置，烟气温度远低于其露点温度，因此湿烟气在烟囱内壁凝结成大量含硫酸的冷凝水顺着内壁向下流动，形成动态腐蚀。这种不断流动的酸液将钢铁表面腐蚀后形成的盐（硫酸铁）不断冲走，不会在表面形成屏蔽隔离作用，因此腐蚀速度不会随时间变化而减缓，这种动态腐蚀造成的危害比同条件下处于静态的酸液要大得多。所以无GGH时烟气对烟囱内壁造成非常严重的腐蚀；加有GGH装置时，烟气温度比露点略低或接近，此时结露较轻，但实验观察到烟囱壁上仍有明显的水膜存在。该水膜在不断的蒸发与吸收中，烟气中的酸逐渐累积在其中，造成水膜内酸浓度的升高，因此虽然此时烟气温度较高，但由于酸浓度的增加同样对烟囱内壁造成腐蚀。
从表1数据可以看出，水平烟道内冷凝水的pH值很低，反映出其酸性很强，结合数据中SO42-的高含量，说明脱硫后的湿烟气中H2SO4含量很高；垂直烟囱内壁冷凝水pH值为8.6，呈弱碱性，说明水平烟道排放的冷凝水中的硫酸与垂直烟囱内壁的防护砖和水泥中的碱性物质进行了充分的反应，从Ca2+和Mg2+离子的含量变化可知，这些碱性物质主要为氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙、氧化镁等，而HCO3-含量的变化反映出混凝土中的骨料-石料与硫酸发生了反应，所有这些均说明烟囱内壁材料受到了较为严重的腐蚀破坏。

1.3 RHF特种材料的研制
以上检测结果说明经脱硫的烟气对烟囱内壁有着很强的腐蚀作用，因此烟囱在设计和建造时必须综合考虑以下几方面的因素：（a）技术可行性，满足复杂化学环境下的防腐要求；（b）经济合理，较低的建筑成本；（c）施工容易进行；（d）运行维护费用低，并且方便检修。需注意的是，用材的选择不仅应考虑初期成本，还应考虑装置的可靠运行周期（即大修周期）和总使用寿命等相关问题，以便做出合理的决定。按照“国际工业烟囱协会（CICIND）”的设计标准要求，燃煤电厂排出的烟气虽然在脱硫过程中能除去大部分的氧化硫，但经脱硫后，烟气湿度增大，温度降低，使烟气中单位体积的稀释硫酸含量相应增加，其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性烟气等级，因而应按强腐蚀性烟气等级来考虑烟囱结构的安全性设计。
目前采用的防腐方法有内砌耐酸砖、使用钛合金板等，这些方法存在造价高、施工复杂等各种问题，为此我们依据以上测试数据，并结合烟囱在实际工作时可能遇到的各种工况变化，如温度等，研制出一种性能优异、价格较低的特种防护材料——HF型RHF烟囱专用重防腐涂料。此产品以特种合成树脂和功能性材料为主要原料，固化后漆膜具有超强耐化学品性和耐浸透性，可长期耐150℃高温，短期耐250℃高温冲击，并具有非常稳定的物理机械性能。
1.4 RHF材料性能测试（所有测试均为3个平行样）
1.4.1耐酸性
将RHF防腐涂料涂覆在普通碳钢棒上，漆膜厚度600μm，待漆膜完全干燥后分别置于80℃、40%的硫酸和80℃、5%的硫酸中各1个月，试样均不起泡、不脱落，外观基本无变化。
1.4.2耐热性
将RHF防腐涂料涂覆在喷砂钢板上，漆膜厚度600~800μm，干燥后将此钢板置于（150±2）℃温度下5 d，漆膜完好，无起泡、开裂、脱落现象。将RHF防腐涂料涂覆在喷砂钢板上，漆膜厚度600~800μm，干燥后将此钢板置于（250±2）℃温度下6 h，漆膜完好，无起泡、开裂、脱落现象。
1.4.3耐温变性
把RHF防腐涂料涂覆在直径大于350 mm、长度大于200 mm的钢管内壁，涂层干膜厚度在600~800μm，待漆膜完全干燥后，将钢管置于150℃的环境中24 h，然后立即取出置于室温下24 h，然后再置于150℃的环境中24 h……，如此循环10次以上，管道内壁涂层无脱落、起泡、裂纹、变形等现象，漆膜完好。
2结果与讨论
2.1 RHF防腐涂料的特性
根据以上测试结果，可以看出RHF防腐涂料具备以下特性：
耐酸性：涂层能经受硫酸等强酸在高温下的长期腐蚀。
耐热性：涂膜可长期在150℃、短期在250℃的环境温度中使用。
耐温变(热冲击)性能：涂层经150℃～室温，多次高低温循环后，仍然完好。
耐磨性：涂层在固化后，交联密度大，硬度高，耐冲刷、耐磨性较好。
使用寿命：涂层交联密度大，抗老化性能优异，在高温、高酸气环境下不易降解，使用寿命极长。
施工性：该涂料为单组分，施工简便。可以采用喷涂、辊涂、刷涂等成型工艺，并具有室温下快速固化的特点。
该涂料现已通过国家涂料检测中心的检测，在耐酸、耐热、耐温变等方面完全能满足烟囱内壁对脱硫烟气的防腐蚀要求（无论是否加GGH装置）和非正常工况条件下对烟囱内壁的耐热、防腐等性能要求。
2.2经济效益分析
RHF防腐涂料在烟囱内壁使用时，与其它材料相比不会掉渣、不会开裂、不需要胶粘，施工简便。每平方米造价约400元人民币左右（原料+施工）。该成本远低于其它材料，如复合钛板或耐酸砖等。另外由于涂层的屏蔽作用好，防腐效果非常优异，所以烟囱所用钢材可选用价格较低的A3钢等，从而进一步降低烟囱造价。
3结语
RHF防腐涂料在烟囱内壁使用时，与其它材料相比，具有超强耐化学品和耐浸透性，可长期耐150℃高温，短期耐250℃高温冲击，并具有非常稳定的物理机械性能，施工简便，可进一步降低烟囱造价，可以在火电厂湿法脱硫装置、烟囱排烟筒及相关行业的防腐工程中推广应用，具有广阔的发展前景。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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