王杰，邱質(zhì)彬，王恒，袁霖，楊林

（1.貴州華電桐梓發(fā)電有限公司，貴州遵義 563200；2.華電電力科學(xué)研究院，杭州 310030）

脫硫煙囪防腐改造設(shè)計(jì)及材料的選擇

王杰1，邱質(zhì)彬2，王恒1，袁霖2，楊林2

（1.貴州華電桐梓發(fā)電有限公司，貴州遵義 563200；2.華電電力科學(xué)研究院，杭州 310030）

在愈來(lái)愈嚴(yán)格的環(huán)保要求下，火力發(fā)電廠對(duì)尾部環(huán)保設(shè)施進(jìn)一步改造，徹底取消旁路煙道，前移或取消煙氣再熱器，增設(shè)濕式電除塵器，都會(huì)造成煙囪運(yùn)行工況發(fā)生轉(zhuǎn)變。通過(guò)理論分析與試驗(yàn)結(jié)合的方式對(duì)新形勢(shì)下煙囪運(yùn)行狀況進(jìn)行了分析，認(rèn)為煙囪中煙氣的運(yùn)行狀況雖有所好轉(zhuǎn)，但腐蝕環(huán)境仍然惡劣，煙囪防腐工作依然重要。對(duì)幾類(lèi)易產(chǎn)生問(wèn)題的煙囪防腐技術(shù)進(jìn)行了分析并對(duì)新形勢(shì)下脫硫煙囪防腐改造設(shè)計(jì)、材料的選擇以及方案實(shí)施提出了建議。

火力發(fā)電廠；脫硫；煙囪；防腐；煙氣再熱器

0 引言

2004年GB/T 13223—2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》正式實(shí)施后，火力發(fā)電廠煙氣脫硫系統(tǒng)開(kāi)始大范圍實(shí)施運(yùn)行，原火電廠干煙囪轉(zhuǎn)變?yōu)榘敫蔁焽杌驖駸焽?，脫硫煙囪的腐蝕與防護(hù)成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。2014年7月1日，隨著GB/T 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的全面實(shí)施，火力發(fā)電廠尾部設(shè)施面臨進(jìn)一步改造，煙氣旁路煙道徹底取消，部分火電廠在改造的同時(shí)取消了煙氣再熱器（GGH），加裝了新煙氣除塵裝置，進(jìn)入煙囪內(nèi)部的煙氣參數(shù)隨之發(fā)生改變。新形勢(shì)下，脫硫煙囪防腐改造設(shè)計(jì)及材料的選擇具有重要意義。

1 火力發(fā)電廠尾部設(shè)施變化

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，火電廠煙氣粉塵、SO2及NOx排放質(zhì)量濃度限值大幅下降，國(guó)內(nèi)火電廠在尾部設(shè)施改造時(shí)拆除煙氣旁路以及GGH，煙囪由干煙囪或半干煙囪變?yōu)闈駸焽?。此外，部分環(huán)保重點(diǎn)區(qū)域火電廠考慮增設(shè)濕式電除霧或濕式電除塵器以減少粉塵排放。

2 脫硫煙囪運(yùn)行條件變化

根據(jù)DL/T 5121—2000《火電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》和GB/T 50051—2002《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定，無(wú)GGH時(shí)，煙囪排放的煙氣屬?gòu)?qiáng)腐蝕性煙氣，相關(guān)調(diào)研結(jié)果顯示，此類(lèi)煙囪面臨的腐蝕情況嚴(yán)重。徹底拆除煙氣旁路煙道、取消GGH、加裝濕式電除塵器后，煙囪運(yùn)行條件變化對(duì)脫硫煙囪防腐改造設(shè)計(jì)及材料選擇的影響需進(jìn)一步深入分析。

2.1 溫度交變的變化

取消煙氣旁路和GGH前，煙囪排煙溫度在80～140℃，煙囪內(nèi)溫度交變大。取消煙氣旁路和GGH后，煙囪排煙溫度穩(wěn)定在50℃左右，煙囪內(nèi)溫度交變減小，對(duì)防腐內(nèi)襯帶來(lái)的不利影響有所降低，因此煙囪防腐技術(shù)應(yīng)主要考慮材料性能、防腐設(shè)計(jì)以及防腐施工過(guò)程的合理性。

2.2 冷凝液量的變化

取消GGH前，煙囪內(nèi)的煙氣溫度約為80℃左右，為干煙氣或半干煙氣，煙囪內(nèi)無(wú)冷凝結(jié)露現(xiàn)象。取消GGH后，煙氣溫度降至50℃左右，煙氣中水蒸氣為過(guò)飽和狀態(tài)，進(jìn)入煙囪后極易發(fā)生冷凝。

煙囪中煙氣冷凝量的計(jì)算方法多種多樣，且較復(fù)雜，為了表述簡(jiǎn)單，本文采用熱平衡法公式對(duì)凝結(jié)水量進(jìn)行計(jì)算［1-2］。

式中：qm為凝結(jié)水量；c為煙氣的比熱容，c＝1.34 kJ/（kg·K）；qV為煙氣流量；Δt為煙囪內(nèi)煙氣溫降；R為水蒸氣的汽化潛熱，R＝2261 kJ/kg。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)與相關(guān)電廠實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算，煙囪中每小時(shí)冷凝液量在數(shù)噸以上。以金山能源公司沈陽(yáng)某熱電有限公司為例：該廠為2臺(tái)200MW循環(huán)流化床機(jī)組，煙氣流量為2×924135m3/h，煙囪內(nèi)煙氣溫降為4.15K，計(jì)算得煙氣冷凝量為4.6 t/h。

2.3 冷凝液濃度

煙氣經(jīng)脫硫處理后，SO2含量雖有明顯降低，但對(duì)SO3的脫除效果并不理想，導(dǎo)致煙氣冷凝液酸性較強(qiáng)，pH值通常在1.5～3.0。對(duì)寧夏某電廠脫硫濕煙囪冷凝液成分與pH值進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)雖然經(jīng)過(guò)脫硫處理，冷凝液的pH值依然高達(dá)2.0，同時(shí)，冷凝液中不僅存在H2SO4，還存在HCl，HF，HNO3等成分，導(dǎo)致煙囪面臨的腐蝕環(huán)境更加嚴(yán)苛。

2.4 煙囪內(nèi)靜壓的影響

由于排煙溫度的降低，煙氣自拔力下降，煙囪內(nèi)靜壓升高，煙囪面臨的滲漏腐蝕更為嚴(yán)重。因此，新形勢(shì)下濕法脫硫煙囪防腐抗?jié)B要求更高。

2.5 增加濕式電除塵器的影響

由于濕式電除塵器具有降低SO3等酸性氧化物的排放質(zhì)量濃度以及去除部分冷凝水的作用，增設(shè)濕式電除塵器的一些火電廠重點(diǎn)區(qū)域，煙囪內(nèi)煙氣的狀態(tài)相對(duì)于加裝前發(fā)生改變，本文針對(duì)該情況下煙囪防腐進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

2.5.1 對(duì)污染物脫除效率的影響

由于濕式電除塵器進(jìn)入國(guó)內(nèi)時(shí)間短，無(wú)具體運(yùn)行數(shù)據(jù)支持，所以本文以美國(guó)電力研究院（EPRI）2004年對(duì)濕式電除塵器中的試驗(yàn)結(jié)果為參考，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。可見(jiàn)濕式電除塵器對(duì)粉塵去除效率很高，PM2.5的去除效率高達(dá)95%，SO3的去除效率高達(dá)70%（現(xiàn)國(guó)內(nèi)濕式電除塵器設(shè)計(jì)廠家所給參數(shù)一般為80%以上），而對(duì)于HCl、HF及SO2去除效果相對(duì)一般。

表1 不同污染物脫除效率

2.5.2 對(duì)煙囪中冷凝液的影響

脫硫煙氣經(jīng)過(guò)濕式電除塵器后過(guò)飽和的水被去除，但并未完全脫除，煙囪中煙氣冷凝量減少不多，所以煙囪內(nèi)的煙氣冷凝量依然很大，煙囪中煙氣每小時(shí)冷凝液量仍在數(shù)噸以上。

2.5.3 對(duì)冷凝液濃度的影響

由于對(duì)SO3的去除率高于其他酸性介質(zhì)，所以本節(jié)簡(jiǎn)化計(jì)算，做出以下假設(shè)：煙囪中冷凝液量保持不變；冷凝液中H+均由SO3溶解電離提供；根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，未采取濕式電除塵器的煙氣冷凝液pH值為1.5～3.0，本文按1.5進(jìn)行計(jì)算；假設(shè)SO3脫除效率可達(dá)80%。

2.5.3 .1 原冷凝液中H+物質(zhì)的量濃度估算

H+物質(zhì)的量濃度c（H+）與pH值的計(jì)算公式

根據(jù)式（2）可知在pH＝1.5的情況下，［c（H+）］＝10-1.5mol/L。

2.5.3 .2 濕式電除塵后的冷凝液pH值與H+物質(zhì)的量濃度估算

當(dāng)SO3脫除效率為80%時(shí)，假設(shè)溶于冷凝液的H+物質(zhì)的量濃度成比例減少，則現(xiàn)有冷凝液H+物質(zhì)的量濃度為0.2×10-1.5mol/L，通過(guò)式（2）計(jì)算得pH值約為2.2，亦屬于強(qiáng)酸的范疇。

綜上所述，無(wú)論是否增設(shè)濕式電除塵器，煙囪均面臨著強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的影響，煙囪防腐依然是火電廠需要重視的問(wèn)題。

3 脫硫煙囪防腐技術(shù)應(yīng)用失效分析

2013年本研究小組對(duì)新建及改造的濕法脫硫煙囪防腐內(nèi)襯運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題的煙囪集中于采用膠磚防腐技術(shù)與涂料防腐技術(shù)。

3.1 膠磚防腐體系失效原因

膠磚內(nèi)襯發(fā)生滲漏的原因經(jīng)分析主要有以下幾方面。

（1）用膠量不足。黏結(jié)劑用量應(yīng)不小于12 kg/m2，而在施工過(guò)程中實(shí)際用量為7～9 kg/m2，用膠量少導(dǎo)致防腐層底膠難以完整覆蓋，出現(xiàn)漏點(diǎn)。

（2）關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置施工設(shè)計(jì)不到位，運(yùn)行過(guò)程中這些位置易出現(xiàn)膨脹不均，因此這些位置發(fā)生腐蝕泄漏現(xiàn)象的也較多。

（3）內(nèi)襯養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足，膠磚與基底結(jié)合不牢固，部分區(qū)域在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生玻璃磚脫落。

（4）部分國(guó)產(chǎn)玻璃磚材質(zhì)不合格，實(shí)施過(guò)程中未進(jìn)行監(jiān)督檢測(cè)或檢測(cè)數(shù)據(jù)不完全，部分玻璃磚甚至在安裝過(guò)程中出現(xiàn)了裂紋現(xiàn)象［3-5］。

圖1～4為某火電廠采用膠磚進(jìn)行懸掛式鋼內(nèi)筒煙囪防腐的情況。圖1為驗(yàn)收時(shí)所拍攝照片，可以看出磚縫間用膠飽滿，未發(fā)現(xiàn)未填滿等不合格現(xiàn)象。但僅經(jīng)過(guò)半年運(yùn)行時(shí)間就出現(xiàn)了大量腐蝕，檢查中發(fā)現(xiàn)鋼內(nèi)筒內(nèi)表面與防腐磚之間并未被膠黏劑填充，導(dǎo)致酸液直接滲過(guò)磚體對(duì)鋼筒造成腐蝕，如圖2所示。由圖3可以看出，懸掛式鋼內(nèi)筒筒間發(fā)生了大量磚塊脫落，說(shuō)明未充分對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中節(jié)點(diǎn)位置磚塊發(fā)生擠壓導(dǎo)致脫落。由圖4可以看出，部分磚體產(chǎn)生裂紋，甚至發(fā)生磚體開(kāi)裂脫落。

3.2 涂料類(lèi)防腐體系失效原因

涂料類(lèi)內(nèi)襯發(fā)生滲漏的原因經(jīng)分析主要有以下幾方面。

（1）機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中煙氣溫度波動(dòng)幅度較大，涂料類(lèi)內(nèi)襯受此影響易出現(xiàn)裂紋。某電廠采用雜化聚合物對(duì)煙囪進(jìn)行防腐，煙囪內(nèi)脫落的雜化聚合物防腐層如圖5所示。經(jīng)分析，大范圍的溫度波動(dòng)以及施工處理不到位是導(dǎo)致涂層脫落的主要原因。

圖1 驗(yàn)收情況

圖2 表面清理后鋼內(nèi)筒情況

圖3 鋼筒結(jié)合位置脫落情況

圖4 磚體情況

（2）施工工藝處理不到位。施工過(guò)程中存在煙囪內(nèi)筒表面預(yù)處理不合規(guī)、工人噴涂工藝參數(shù)不穩(wěn)定、涂層養(yǎng)護(hù)流程控制不嚴(yán)等現(xiàn)象。圖6為某電廠煙囪雜化聚合結(jié)構(gòu)層情況，可以看出，焊縫位置施工處理不到位導(dǎo)致涂層發(fā)生開(kāi)裂。圖7為某電廠煙囪雜化聚合結(jié)構(gòu)層開(kāi)裂情況，可以看出基底處理不到位是導(dǎo)致該廠雜化聚合結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生缺陷的主要原因。

（3）節(jié)點(diǎn)等關(guān)鍵部位施工設(shè)計(jì)不合理，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)區(qū)域出現(xiàn)漏點(diǎn)現(xiàn)象較多。某電廠由于牛腿處設(shè)計(jì)存在缺陷，導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中牛腿位置出現(xiàn)故障。

圖5 某電廠雜化聚合結(jié)構(gòu)層殘片

圖6 某電廠煙囪焊縫處雜化聚合結(jié)構(gòu)層開(kāi)裂情況

圖7 某電廠雜化聚合結(jié)構(gòu)層失效情況

4 新形勢(shì)下煙囪防腐改造技術(shù)要求

影響防腐技術(shù)成功應(yīng)用的主要因素有：防腐材料本身性能，防腐設(shè)計(jì)，防腐技術(shù)施工以及煙囪煙氣的運(yùn)行狀況。在新形勢(shì)下，煙囪部分運(yùn)行條件將發(fā)生變化，新變化對(duì)防腐提出新要求具有重要意義。

4.1 材料性能的要求

由于煙氣溫度范圍趨于穩(wěn)定，防腐材料的高溫性能顯得不再重要，同時(shí)材料對(duì)溫度大范圍交變的敏感性要求也有所降低，所以在這種情況下防腐材料的選擇范圍也有所擴(kuò)大。

選擇材料時(shí)，首先應(yīng)著重考慮材料在較低溫度范圍內(nèi)的防腐能力、材料與基體間的結(jié)合強(qiáng)度、材料與基體間的熱膨脹系數(shù)差以及材料在小范圍溫度內(nèi)的熱交變敏感性；其次，煙囪結(jié)構(gòu)也是材料選擇必須考慮的重要因素之一，對(duì)于懸掛式鋼筒煙囪、磚套筒煙囪以及單筒式煙囪，應(yīng)在考慮機(jī)組運(yùn)行情況下選擇以往表現(xiàn)更穩(wěn)定的技術(shù)。而對(duì)于自立式鋼筒煙囪，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料選擇可在考慮機(jī)組運(yùn)行情況的前提下選擇符合上述要求的性價(jià)比較高的防腐技術(shù)［6］。

4.2 防腐設(shè)計(jì)的要求

防腐設(shè)計(jì)過(guò)程與防腐材料的選擇是相輔相成的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)主要依據(jù)材料自身的防腐性能、機(jī)組運(yùn)行狀況、煙囪結(jié)構(gòu)形式、尾部設(shè)施的配備及煙囪剩余壽命等選擇合適的防腐技術(shù)。

設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)防腐材料的性能特點(diǎn)有充分的了解，并嚴(yán)格規(guī)定在施工過(guò)程中選用材料的性能參數(shù)與用量，盡量避免火電廠在招標(biāo)或施工過(guò)程中由于材料把關(guān)不嚴(yán)及用量不明導(dǎo)致施工用材的先天性缺陷。同時(shí)應(yīng)充分考慮材料與煙囪基體間的結(jié)合特性，重點(diǎn)對(duì)煙囪牛腿、膨脹節(jié)以及陰陽(yáng)角處等異形結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

4.3 防腐施工過(guò)程的要求

在防腐施工過(guò)程中嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，確保施工工藝滿足防腐材料的工藝要求，同時(shí)應(yīng)最大限度地限制施工單位對(duì)方案進(jìn)行變更。

不管是新建煙囪防腐工程還是煙囪防腐改造工程，做好配套的防腐設(shè)計(jì)和施工過(guò)程管理工作是工程實(shí)施的關(guān)鍵。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)近10年的發(fā)展，火電廠脫硫濕煙囪的安全、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電廠整體安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行越來(lái)越重要，而防腐內(nèi)襯的可靠性好壞又是脫硫濕煙囪安全運(yùn)行的關(guān)鍵，隨著電廠尾部設(shè)施運(yùn)行的規(guī)范化，煙囪中煙氣的運(yùn)行狀況有所好轉(zhuǎn)，但腐蝕環(huán)境仍然惡劣，所以對(duì)脫硫濕煙囪的防腐工作應(yīng)保持相當(dāng)?shù)闹匾暋?/p>

在進(jìn)行濕煙囪防腐改造過(guò)程中，應(yīng)首先對(duì)改造煙囪的結(jié)構(gòu)、煙氣參數(shù)、冷凝液參數(shù)等情況進(jìn)行深入分析后，再選擇適合的防腐技術(shù)；其次應(yīng)格外重視防腐技術(shù)的實(shí)施方案，特別是重要節(jié)點(diǎn)處的實(shí)施方案的科學(xué)性，同時(shí)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行全方位的監(jiān)控，保證材料的質(zhì)量以及設(shè)計(jì)方案的落實(shí)。

［1］王恒，袁霖，王杰，等.火力發(fā)電廠濕煙囪腐蝕環(huán)境評(píng)定方法［J］.發(fā)電與空調(diào)，2013，34（6）：22-24.

［2］唐志永，金保升，孫克勤，等.濕法脫硫后凈煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算公式的比較和評(píng)估［C］//中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)青年學(xué)術(shù)年會(huì)，2005.

［3］王勇強(qiáng)，張凌偉，李興利，等.濕法脫硫煙囪防腐方案選擇［J］.熱力發(fā)電，2014，43（2）：5-8.

［4］白學(xué)利，鄭曉永，張瑾.濕法脫硫煙囪腐蝕現(xiàn)狀及防腐方案的選擇［J］.熱力發(fā)電，2011，40（2）：84-87.

［5］楊杰，宋曉紅.濕法煙氣脫硫機(jī)組煙囪防腐措施［J］.河北電力技術(shù)，2007，25（1）：33-34.

［6］周雷靖.燃煤電廠脫硫煙囪3種設(shè)計(jì)方案的比較［J］.電力建設(shè)，2005，26（1）：62-63.

（本文責(zé)編：劉炳鋒）

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1674-1951（2016）11-0060-04

王杰（1982—），男，山西聞喜人，工程師，從事火電廠鍋爐及環(huán)保方面技術(shù)及管理方面的工作（E-mail：iea＠qq.com）。

2016-03-11；

2016-09-05