摘 要:文章分析了增设湿法脱硫装置后烟气对烟囱的腐蚀性,结合国内外烟囱设计标准,通过对国内工程设计实践的调查,提出了增设湿法脱硫装置后新旧烟囱的防腐蚀设计建议。
关键词:湿法脱硫;烟囱;防腐蚀;设计
近年来随着国家对环境保护要求的日益提高,燃煤电厂在环保方面采取有效的措施解决烟尘排放、污水排放对环境的污染。为控制烟气排放中的SO2含量较常采用烟气脱硫方法:石灰石-石膏湿法、半干法、烟气循环硫化床法、海水法、电子束法等,而其中采用石灰石-石膏湿法脱硫以其高的脱硫效率(脱硫效率95%)、成熟的技术(国外燃煤电厂最常采用的方法)而成为燃煤电厂最常采用的方法。烟气湿法脱硫后虽然烟气中的SO2含量大为降低,但其烟气温度降低,湿度增大,易结露,形成腐蚀性很强的稀硫酸液,使烟囱运行工况条件发生了实质性的变化,从而给烟囱结构的安全运行带来了问题。如果处理不当,会加快烟囱的腐蚀,降低烟囱的使用寿命,严重影响电厂的正常运行。
1 湿法脱硫后烟气的腐蚀性
燃煤电厂采用电除尘进入烟囱的烟气在正常运行情况下,烟气温度在120℃~150℃左右。湿法脱硫后的烟气温度低:不设GGH时,烟温仅40℃~50℃左右,设GGH时,烟温仅80℃左右。烟囱内烟气温度的变化对烟囱带来的影响主要有:①由于烟气温度的降低,烟囱内壁面温度明显降低,低于烟气酸露点,产生凝结,结露形成的冷凝液为硫酸,也可形成氟化氢和氯化物,会对烟囱内壁产生腐蚀作用。其中烟气冷凝物中氟化氢和氯化物的存在将提高其对烟囱的腐蚀程度。②由于在脱硫装置正常运行时烟温低和事故停运旁路运行时的烟温高的温差极大,会导致烟囱的热应力发生改变。③由于烟温降低影响烟气抬升高度,从而影响烟气的排放。④由于烟温的降低,导致烟气密度增大,烟囱的自抽吸能力降低,这样会使烟囱内压力
分布改变,造成正压区范围扩大,则烟气会通过内衬裂缝渗入到钢筋混凝土筒身内表面,导致承重结构腐蚀加速,直接威胁到钢筋混凝土烟囱筒体的结构安全。
脱硫后的烟气腐蚀性不但没有降低,反而由于烟温的降低而大大增加了。按照“国际工业烟囱协会(CICIND)”的设计标准要求,湿法脱硫后的烟囱应按照强腐蚀烟气考虑烟囱结构的安全性。
2 新建电厂在增加湿法脱硫装置后烟囱的防腐蚀设计
近年来,新建的燃煤电厂都增设了烟气脱硫装置。尤其加装烟气湿法脱硫后,湿烟气对烟囱腐蚀程度如前述大大增加。但由于国内湿法脱硫烟囱运行的历史不长,专项腐蚀调查研究资料很少,经验不多,且国内现行《烟囱设计规范》GB 50051-2002及电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》中对湿法脱硫处理烟气的烟囱无明确的要求和规定。因此,借鉴国外的经验和做法并结合我国的实际情况,湿法脱硫的烟囱防腐蚀宜采用下列几种方案。
2.1 单筒式钢筋混凝土烟囱防腐蚀
单管钢筋混凝土烟囱防腐蚀由外向内依次为:钢筋混凝土筒壁内壁防腐抗渗层、防腐隔热层、耐酸耐火砌块(防腐抗渗面层型、釉化面层型)用耐酸胶泥砌筑的内衬三部分组成。
1)在钢筋混凝土烟囱内壁贴改性三布五漆呋喃玻璃钢或四涂一布的防腐涂料,形成一个完全封闭、抗渗耐酸腐蚀的隔离层。有效地保护了混凝土外筒壁。
2)防腐隔热层采用现浇发泡聚氨脂。其密度小,隔热性能好,增水率高,保证了设计要求的导热系数,有效防止了酸液的浸入和因温度应力所造成的开裂破坏。
3)内衬采用企口烧结釉面耐酸耐火砌块,用耐酸胶泥砌筑而成。其具备了轻质、高强、隔热、耐酸、抗震性好、粘结力强、工作面硬度高、阻力小、耐烟气冲刷等综合特性。山西大唐电厂(2×600MW)270m/9.5m烟囱(湿法脱硫,不设GGH)及内蒙古包头第二热电厂(2×300MW)210m/7.5m烟囱(湿法脱硫,设GGH)等烟囱的施工图方案为上述的单筒式钢筋混凝土防腐蚀烟囱。
2.2 套筒式钢筋混凝土烟囱防腐蚀
套筒式钢筋混凝土烟囱防腐蚀主要解决支撑在钢筋混凝土外筒上内筒的腐蚀问题,内筒按材料又分为钢内筒和砖内筒两种。
2.2.1 钢内筒防腐蚀
钢内筒防腐国内常采用的有四种:①钢内筒内衬钛板防腐。②钢内筒内贴宾高德玻璃砖防腐。③耐酸钢内筒内浇筑防腐混凝土防腐。④耐酸钢内筒内涂刷玻璃鳞片涂料防腐。为防止钢内筒烟温降低,在钢内筒外壁先做30mm厚的耐酸砂浆,再做50mm厚的保温层,采用材料为超细玻璃棉毡。山西武乡电厂(2×600MW)270m/9.5m烟囱(湿法脱硫,不设GGH)及常熟电厂3台600MW机组(不设GGH)烟囱为钢内筒内衬钛板的套筒式钢筋混凝土防腐蚀烟囱。其他做法均有电厂采用。
2.2.2 砖砌内筒防腐蚀
砖砌内筒采用的材料:耐酸耐高温的烧结釉面砖,耐酸耐高温的砌块,采用耐酸胶泥砌筑。为防止砖内筒烟温降低,在砖内筒外壁先做30mm厚的耐酸砂浆封闭层,再做60mm厚的保温层,采用材料为超细玻璃棉毡。
华能淮阴电厂二期工程210m/7.5m烟囱(湿法脱硫)的施工图方案为上述的砖内筒套筒式钢筋混凝土防腐蚀烟囱。为确保烟囱安全运行,以上的烟囱防腐蚀处理后,还要考虑冷凝液的收集和排放。
3 已建电厂在增加湿法脱硫装置后烟囱的防腐蚀设计
近两年来,通过对现运行烟囱调查,发现大多数烟囱设计合理,能够安全运行。
工程实例:为了对烟囱现结构的使用情况和运行状况做进一步了解,山西省电力公司神头第二发电厂委托陕西新锐科技爆破工程有限责任公司对神头第二发电厂运行14年的270m烟囱进行检测和分析评估。调查结论如下:①该烟囱运行状况合理。采用静电除尘、负压运行、低硫燃煤有利于烟囱的抗裂防腐。②浮石混凝土内衬有效地起到了隔烟保温作用,保护烟囱筒壁不遭受酸气腐蚀并降低了温度应力的作用。③该烟囱筒壁腐蚀轻微,裂缝等级为轻度裂缝,现有强度等级满足设计要求,能够安全运行。④烟囱表观质量较差,局部空鼓,钢筋锈蚀,需进行封闭维护。⑤经综合评定:山西省电力公司神头第二发电厂270m烟囱的可靠性等级为A级,烟囱能安全可靠运行。
但已建成投运的烟囱,包括单筒式、套筒式和多管式结构烟囱,仅适应电除尘、无脱硫装置或负压运行的耐烟气温度为120℃~150℃左右。增加湿法脱硫装置后,烟气发生了实质性变化,如前所述烟气对烟囱的腐蚀大大增加。原烟囱结构防腐蚀标准难以满足烟气湿法脱硫后现运行状况,必须对已建成投运的烟囱进行改造,保证烟囱长期正常运行。
对已建烟囱进行防腐蚀设计,关键是新增防腐层问题。在烟囱内筒形成了一个完全封闭、耐稀酸腐蚀、耐热的隔离层面,有效地阻止了冷凝稀酸液向筒体的渗透,以保证烟囱外筒的安全运行。
烟囱新增防腐层的选择和设计尚无成熟经验可供参考,根据国内外脱硫工程的运行情况,常见的做法有以下几种。
a)对于烟囱经鉴定强度满足要求时,可对内衬进行防腐处理,建议做法:砖内筒防腐方案一:采用耐高温耐酸防腐涂料处理内衬表面。在经过处理的旧内衬表面涂刷耐高温耐酸防腐涂料,为防止酸性烟气渗透后对外侧钢筋混凝土筒壁的腐蚀。它的特点是:耐腐蚀性好,涂层具有较强的耐酸性,耐浓度5%的稀酸(硫酸、硝酸、盐酸)以及30%的硫酸;高温性能优良:涂层可在220℃的条件下正常工作;涂层中间贴一层玻璃丝布提高涂层抗裂性能;耐水性好:常温浸泡90天无变化;施工方便,工期短;造价低。目前湿法脱硫不设GGH,阳光电厂(4×300MW机组,单筒240m钢筋混凝土烟囱)、江苏徐塘发电厂(2×300MW机组,单筒210m钢筋混凝土烟囱)、内蒙乌海孟华泰电厂(2×300MW机组,湿法脱硫不设GGH,单筒240m钢筋混凝土烟囱)等旧烟囱改造均采用了刷涂料的防腐方案,现已投运或正在施工中。
砖内筒防腐方案二:在烟囱内衬贴泡沫玻璃砖。泡沫玻璃砖,有20年以上的使用经验。在高温和高浓度的SO2和SO3气氛中有很强的抗腐蚀能力,可靠、耐用,维护量小,可直接粘贴在钢板、混凝土和砖面上,无须锚固,施工简单,施工时间相对较长。目前湿法脱硫,采用此方案的有山东邹县电厂(2×600MW机组)、利港电厂等,已投运。
砖内筒的方案三:在烟囱内衬喷聚脲。采用聚脲做烟囱内衬的防腐材质也是一种较为经济的方案,一般采用喷涂的施工方法,厚度为1mm~3mm左右,一次成形,不会受空气中水分或温度变化的影响,材料不易燃,施工采用喷涂方式,简单易行,时间短,材料对不同工况适应性较好。聚脲材料抗腐蚀,抗冲击、耐磨性能好,高抗张强度,柔韧性好,对基底要求不高,但目前已有的资料表明:其耐高温性能较差,耐热温度在80℃左右,不能满足在脱硫系统停止运行状态下的高温要求。如以后有新产品耐热温度在150℃左右,可采用此材料。目前国内的太原第二热电厂四期钢筋混凝土烟囱内衬采用喷聚脲的防腐方案。钢内筒防腐方案:在钢内筒贴砌发泡玻璃砖、喷涂玻璃鳞片。目前国内的上海石洞口电厂钢筋混凝土钢内筒烟囱采用贴砌发泡玻璃砖的防腐方案。
b)当内衬腐蚀情况严重,强度较低时,可拆除原有内衬,直接在内壁上粘砌发泡玻璃砖。
c)如果工期比较充裕,也可在拆除原内衬后,采用防水型耐酸耐热轻质隔热浇筑料内衬。
4 结束语
烟囱作为火电厂的重要构筑物,其防腐设计是否合理,除工程造价外,安全运行是十分重要的。由于烟气湿法脱硫后的烟囱防腐蚀设计在国内刚刚起步,设计施工经验不够成熟,缺乏运行维护检修经验,还没有充分的调查研究资料和试验检测数据。考虑到湿法脱硫后烟气的高湿、低温、强腐蚀性、冷态起动、事故排烟,运行工况十分复杂,因此,烟囱防腐必须根据电厂的实际运行情况,选择合理的烟囱防腐方案,保证电厂的安全运行。
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