摘要:根据国电四川白马电厂已建23号(1×200MW)机组烟囱情况,在采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺,且不装设GGH的情况下,对烟囱的防腐处理方案进行了研究和技术经济比较,提出本工程烟囱改造的推荐方案。
关键词:湿法脱硫;单筒砌体烟囱;防腐
1 概况
国电四川白马电厂23号机组(1×200MW)于1996年建成投产,燃煤锅炉为超高压中间再热液态排渣炉。该机组独用1座210m高混凝土单筒式烟囱,烟囱出口直径为5m,筒身内衬为240mm厚陶土砖,隔热层为80、100mm厚珍珠岩砌块。白马电厂23号机组采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺,不设烟温加热装置(GGH),脱硫岛入口烟气温度150~200℃。
目前,国内外可以用于湿烟囱内壁防腐的材料很多,性能及防腐蚀结构形式也不尽相同,如内衬金属合金薄板(钛板)、玻璃钢套筒、VP烟囱内衬等。根据本工程的实际情况,内衬金属合金薄板(钛板)、玻璃钢套筒和VP烟囱内衬实施难度均较大,且造价昂贵。结合本工程的剩余使用寿命,在选择烟囱防腐方案时,着重考虑了喷涂类内衬和粘贴类内衬。因此,本文仅对聚脲、鳞片复合材料及发泡玻璃砖内衬方案进行比较。
2 烟囱内衬防腐材料
2. 1 聚脲
喷涂聚脲弹性体(SPUA)技术是20世纪80年代中期由美国Texaco公司率先研发成功的, SPUA是一种新型无溶剂、无污染的绿色环保材料。该项技术于1999年在我国投入商业应用,在海洋化工行业结构防腐以及建筑行业的防水、防滑、装饰等领域得到了广泛应用。
2. 1. 1 喷涂SPUA的化学原理
SPUA材料是双组分高分子聚合物。SPUA喷涂工艺属于快速反应喷涂体系,原料体系不含催化剂,固化速度快,可以在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型,工艺简单,施工方便。
2. 1. 2 材料性能
(1)具有较好的物理性能。如耐介质性、抗拉强度、低温柔韧性、户外抗老化性、附着性、耐磨以及耐冲击性等。
(2)施工性能好。SPUA施工时必须使用专业喷涂设备将原材料在喷头处加热到一定的温度后喷出,固化速度快,一次施工达到设计要求厚度,可以
克服多层施工的弊病。该材料对水分、湿气不敏感,施工不受环境、湿度的影响。在基层干燥的情况下,一年四季均可施工。
(3)具有较好的耐久性及耐温性能。在大气环境中, SPUA具有良好的抗老化性能,耐久性可以达到15年。该技术在石油化工行业应用比较广泛,主
要用于管道、储罐、储液池等设施的防腐,防腐温度不超过50℃。
2. 2 VEGF鳞片复合材料
2. 2. 1 VEGF鳞片胶泥的耐蚀机理
VEGF鳞片胶泥(涂料)是以乙烯基酯树脂材料为主材,加入10% ~40%片径的玻璃胶片等材料配制而成。VEGF鳞片胶泥在施工完毕后,扁平型的玻璃鳞片在树脂连续相中呈平行重叠排列,从而形成致密的防渗层结构。VEGF鳞片胶泥固化后,由于乙烯基酯树脂的高交联密度,可以有效减弱水蒸汽和腐蚀性化学介质的渗透,VEGF的独特结构更能达到防渗或减渗的效果。
2. 2. 2 VEGF鳞片胶泥的特点
(1)耐腐蚀性能好。
(2)低渗透性能。
(3)附着力强。VEGF鳞片胶泥与混凝土或碳钢基材之间的粘结强度高,与钢板的粘结强度不低于2. 0Mpa,与混凝土的粘结强度不低于2. 5Mpa。
(4)耐温(热冲击)性能好。由于涂层中含有许多玻璃鳞片,消除了涂层与钢铁之间线膨胀系数的差别,使VEGF鳞片胶泥适合于温度交变的重腐蚀环境。
(5)耐磨性好。VEGF鳞片胶泥固化后的硬度较高,比普通醇酸漆高2~3倍,耐磨性较好,受外部机械损伤时,VEGF鳞片胶泥的破坏是局部的,其扩散趋势小,易于修复。
(6)工艺性较好。由于VEGF鳞片胶泥的固体成分较高,可以一次性做成较厚的涂层。涂层方法可以采用喷涂、滚涂、刷涂等成型工艺,并具有当场配制和室温下固化的特点。
2. 2. 3 VEGF鳞片胶泥的应用
目前,VEGF鳞片胶泥在烟气脱硫装置的吸收塔以及水平烟道中多有采用,国内也有将其作为排烟筒内部的防腐隔离层。但在老烟囱防腐改造中,国内没有采用鳞片复合材料的案例。该产品使用寿命的保证期为10~15年,寿命长短主要与施工质量和运行环境密切相关。
2. 3 发泡玻璃砖内衬
2. 3. 1 宾高德玻璃砖内衬
宾高德玻璃砖内衬的主要材料是一种特级低膨胀硅酸硼玻璃,能抵御除氢氟酸以外的各种酸类的腐蚀,而且对气体和凝结水具有抗渗透性能。同时,它具有自重轻和极好的隔热性能。宾高德玻璃砖采用专用粘合剂将其粘接在内衬基面上,并用粘合剂材料对玻璃砖缝隙勾缝,阻断了烟气对排烟筒结构的腐蚀。粘结料的防腐、耐久性是防腐内衬关键,它的老化、开裂都将直接影响整个内衬系统的防腐性能。据资料介绍,衬基上的宾高德粘膜在各种不同的烟气环境下(可以持续承受204℃以下温度)使用20年后,仍保持弹性,能有效地将衬基与高温和侵蚀性气体隔离开。但这种材料成本昂贵,在国内推广较为困难。
据资料介绍,国外自20世纪80年代初,已将该产品用于燃煤电厂脱硫烟囱及烟道防腐。
2. 3. 2 国产玻璃砖内衬
国产玻璃砖是以碎玻璃为主要原料,加入发泡剂、外掺剂,高温发泡成型制成的一种轻质多孔玻璃材料。玻璃砖内部形成独立的封闭微小气孔结构,集传统隔热保温于一体,它不吸水、导热系数小、耐酸碱(氢氟酸除外),是良好的内衬材料。据资料介绍,与之配套的特种耐酸、耐高温胶粘剂均耐高温,粘接强度高,有较强的耐酸性和韧性。
在近期国内设计的电厂烟囱或烟囱改造方案中,国产泡沫玻璃砖内衬防腐因其造价适中,被广泛采用。新建烟囱采用该技术的电厂也不少,如山西
霍州第二发电厂一期工程(2×300MW)、山西漳山电厂、山西兆光电厂、河北怀安电厂、湖北鄂州电厂脱硫烟囱(不设GGH)均采用此防腐技术。
该防腐技术也有用于电厂老烟囱改造的案例,如三吉利发电集团公司张家港华宇分公司对已建机组增设湿法脱硫后的烟囱防腐改造工程,该工程已于2006年3月竣工投产。另外,内蒙古元宝山发电有限公司210m烟囱防腐工程目前正在进行中。
3 技术分析
3. 1 材料技术分析
3. 1. 1 聚脲
据有关资料介绍,喷涂聚脲弹性体在大气环境下的使用寿命一般为15~20年。聚脲在火力发电厂烟囱脱硫系统中的应用业绩较少,在温度较高尤其是脱硫系统停运,高温烟气通过旁路直接排放时,该材料的耐久性及适用性尚无相关验证。有关资料显示,该材料可在-25~150℃范围内长期使用,但建议使用温度不超过120℃。本工程脱硫时烟囱入口烟温一般在50℃左右,完全可以采用聚脲防腐。但不脱硫时烟囱入口烟温将达到150~200℃,该工况运行时间可能达到几天甚至更长,如此的高温环境会加速材料老化。
另外,由于该材质反应速度极快,对底材的润湿能力差,因此在底材表面处理、材料的配方组成、反应速度、材料的使用环境等对附着力都有较大影响。本工程为旧烟囱改造,基层为陶土耐火砖,对防腐材料的“抓底”有比较高的要求。聚脲在烟囱防腐工程中运用实例较少,在太原二热烟气脱硫改造工程中,其老烟囱防腐采用的是加拿大进口SPUA材料。由于该烟囱投用时间不长,能否满足防腐要求还要进一步观察。因此,本工程不推荐此方案。
3. 1. 2 玻璃鳞片
乙烯基玻璃鳞片复合材料的使用寿命一般在15年左右,其在火电厂脱硫系统中的应用比较广泛,主要用于脱硫吸收塔及水平烟道,应用于垂直排烟筒的工程实例仅局限于钢结构排烟筒。将该材料直接附于砌体排烟筒结构上,二者之间的粘接效果目前尚无实验资料或工程实例。乙烯基玻璃鳞片在刮涂之前需要将基层清理干净,然后用VEGF树脂打底一至二道,待干燥后刮涂VEGF鳞片胶泥,树脂与基层的固结需要一段时间,树脂打底与基层的结合效果可能会比聚脲材料稍好。目前该材料在水平烟道中已有应用,但大面积应用于烟囱防腐尚没有工程先例,因此,本工程不推荐此方案。
3. 1. 3 发泡玻璃砖
发泡玻璃砖的防腐系统耐久性主要体现在粘接剂的耐久性方面,因此,粘接剂的特性至关重要,应根据使用环境慎重选择。国外已有25年以上的成
功使用经验,并且几乎不需要维护。
3. 2 工期分析
3种材料对烟囱的基层清理要求基本相同。即首先用机械或手工方法去除砖砌体内衬表面积灰,清除砌体表面的砖酥皮或松动的砌砖,再用高压喷
枪冲洗干净,用胶泥修补后晾干。聚脲喷涂工艺仅需一道工序即可完成。即通过高温高压对撞式混合设备将异氰酸酯与氨基化合物进行一次性喷涂或浇注,形成聚脲弹性体。该工艺属于快速反应喷涂体系,施工速度很快,综合施工工期约15天。喷涂VEGF鳞片工艺需3道工序。即VEGF树脂打底一至二遍并晾干;用手工泥刀刮镘成1~2mm厚的VEGF胶泥层,硬化后,再进行第二道刮镘,直至达到规定厚度;用VEGF树脂罩面一至二遍。每天可涂刷面积约400m2,综合施工工期为30玻璃砖内衬需2道工序。首先在内衬基层刷底漆;再用胶粘剂贴玻璃砖。每天可涂刷粘贴面积约250m2,综合施工工期为30~40天。
4 经济性分析
SPUA涂层及VEGF鳞片复合材料厚度一般不小于3mm,考虑基层修补耗材量比较大,其材料价格在350元/m2以上,另外考虑砌体排烟筒的处理、修补以及高空作业的人工费、机械费、脚手架等综合因素,综合价格在600元/m2左右;国产发泡玻璃砖防腐系统的综合造价一般在900~1200元/m2,宾
高德玻璃砖防腐系统的综合造价一般在1800~2000元/m2。
5 综合分析
SPUA及VEGF鳞片复合材料都具有比较经济的优点。SPUA具有工期最短的优势,但耐高温性能以及与砌体之间的结合有待工程检验;VEGF鳞片复合材料在脱硫吸收塔及水平烟道应用比较广泛,但垂直排烟筒内部尚无采用此防腐隔离层的先例。发泡玻璃砖防腐系统在垂直排烟筒应用工程实例很多,实践证明该系统的防腐效果及耐久性都优于另外两个方案,但工程造价相对偏高。
6 结语
3类材料均具有施工方便、工期较短等特点。宾高德(或国产玻璃砖)防腐性能及耐久性能优,但价格高; SPUA和VEGF鳞片复合材料价格相对偏低,但应用于垂直排烟筒的工程业绩几乎没有,尚待实践检验。因此,建议白马电厂23号机组烟囱采用国产玻璃砖防腐。
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