老机组实施烟气脱硫的烟囱防腐

摘要:针对老电厂实施湿法烟气脱硫后带来的烟囱腐蚀问题,探讨了旧烟囱的腐蚀机理及防腐方案。
关键词:湿法脱硫;烟囱;防腐
　　近年来,随着国家环保标准的逐步提高和大众环境意识的增强,火力发电厂实施烟气脱硫已经势在必行。很多老的火力发电厂被要求加装烟气脱硫装置,但加装烟气脱硫装置又带来了烟气参数的改变,对原有未按脱硫设计的烟囱带来什么样的影响,目前说法很多,对烟气脱硫后烟囱腐蚀的调查和研究资料较少,经验也有限。
1　老电厂加装烟气脱硫系统带来的烟气参数变化
　　老电厂,特别是20世纪前投运的火力发电厂,烟囱大多采用混凝土加内衬的结构,未进行防腐设计。烟囱的内衬材料一般为耐火砖或者红砖,少量采用耐酸砖。烟囱的设计温度大多按露点以上设计,烟囱内部按负压考虑。实施湿法脱硫后,烟气的参数和成分发生了明显的改变,加装湿法脱硫装置后,如果设置GGH,烟囱入口烟气温度一般为80℃;不设置GGH时,烟囱入口烟气温度一般在50℃左右,脱硫后烟气中的SO2含量约为原烟气的10%,SO3含量为原烟气的70%左右,烟气体积减小。
2　脱硫烟气腐蚀机理
　　红砖、耐火砖是由砂石、黏土及其他胶结材料与水拌和经过水化反应生成的产物,其中主要是水化硅酸钙凝胶,其次是氢氧化钙、水化硫铝酸钙等。煤中的硫经燃烧产生SO2及SO3等酸性气体,即使设置脱硫装置,烟气中的SO3含量也会随脱硫、除雾效果变差而增加,烟气中只要有少量的SO3就会使酸露点升高,致使烟气温度低于酸露点,形成酸,附着于烟囱筒壁,酸液与砖石中的Ca(OH)2反应,造成砖石粉化剥落乃至整个烟囱结构的破坏。单筒钢筋混凝土烟囱的筒身下部为锥形,随着筒身直径的变化,烟气在流动过程中的动压与静压不断地平衡调整,流速不断变化,引起局部正压,出现烟气的外渗。而改进型烟囱的排烟筒上下直径相同,在保证烟气流速一定的情况下,整个烟囱处于负压状态,减小了腐蚀可能性。
由于环保法规的更加严格,目前很多电厂采用了湿法脱硫工艺,虽然烟气中SO2的含量大大减少,但同时烟囱的运行状况也发生了一些改变,主要是
脱硫后的烟气低于酸露点温度,如果烟气的含水量增大,SO3与水作用,将在烟囱内壁出现结露现象;同时,烟气密度增大,烟囱自拔力减小,烟囱内的烟气压力升高。这些因素导致了烟囱的运行条件变差,烟囱处于腐蚀区域,加剧了烟气对内衬及承重筒腐蚀的可能性,因此需要对烟囱结构进行改进。应确定烟囱出口烟气流速的合理范围,防止烟气流速过小导致冷空气进入烟囱顶端迎风面截面,出现烟囱内表面冷却,形成酸液;如果烟气流速过大,超过一定值后,则烟囱顶部一段范围内有可能会由负压变为正压。
3　旧烟囱的现状
　　“国际工业烟囱协会(CICIND)”在其发布的《钢烟囱标准规程》(1999年第1版)中指出,虽然在脱硫过程中已经除去了大量的SO2,但脱硫后的烟气温度低、湿度大,烟气中单位体积的稀硫酸含量相应增加,脱硫后,尤其是不装设GGH的烟气应视为“高”化学腐蚀等级及强腐蚀烟气等级,故烟囱设计应严格考虑此特点。
某电力设计院曾对88根旧烟囱的运行状况进行了调研,结果表明:
(1)烟囱筒壁普遍存在裂缝现象。裂缝以竖向为主,水平裂缝较少;裂缝宽度普遍在0.3~1.0mm,均超过烟囱设计规范规定的0.15~0.30mm;裂缝都发生在烟囱中、上部,下部烟道接口部位一般没有裂缝;竖向裂缝多数沿圆周均匀分布,水平裂缝多发生在施工缝处。
(2)烟囱内部腐蚀带有普遍性,有的相当严重。一般来讲,燃煤硫分大于等于1%时会产生腐蚀;硫分大于2%时腐蚀较严重。从调查情况看,腐蚀首
先从内衬开始,进而腐蚀外筒内壁结构,多数为沿高度全面积腐蚀。
(3)施工方法对烟囱裂缝的影响明显。采用有井架支模和单滑方法施工的烟囱中,出现较严重和严重裂缝的有50%,采用双滑方法施工的则达75%。
(4)裂缝严重程度与所用除尘器型式无明显关系,但与燃料种类有关。燃油或燃天然气电厂的烟囱要比燃煤电厂的裂缝更严重些。
在烟囱筒壁普遍存在裂缝的情形下,如果采用湿法脱硫工艺,烟气的温度降低,含水量增大,烟筒内的烟气压力升高,筒内的烟气基本上处于正压运
行工况,含有腐蚀性介质的烟气极易渗透到砌体内部,使烟囱内部结构遭受腐蚀,从而直接影响到承重外筒的安全。
4　旧烟囱实施防腐的几种方案
　　旧烟囱实施防腐十分困难,首先,老火电厂均为2台以上机组共用一座烟囱,要在烟囱内壁实施防腐,共用机组必须同时停运,给电厂带来很大的经济损失。其次是防腐方案难以确定,在耐火砖或者红砖表面涂以涂料难度很大,效果也有待验证;采用合金的施工难度很大,价格也十分昂贵。电厂旧烟囱防腐方案大致有以下几种:
(1)拆除原有的保温层和内衬,增设钢烟囱加钛板防腐。采用普通Q235B钢板与1.2 mm厚钛板轧制复合板卷成弧形后焊接而成,在检修平台和吊装平台标高处设钢内筒稳定装置,以保证钢内筒的横向整体稳定。
(2)拆除原有保温层和内衬,在混凝土烟囱内加装FRP玻璃钢。现场制作FRP烟筒,单段筒长一般为6~9m,将FRP管段在烟囱内用倒装法分别就位后涂刷专用粘结剂,对接并安装支撑件,全高程管段四周与混凝土烟囱以悬挂牛腿固定。
(3)拆除原有保温层和内衬,在混凝土烟囱内加装钢排烟筒,砌筑宾高德玻璃防腐砖。
(4)拆除原有保温层和内衬,在混凝土烟囱内加装钢排烟筒,钢筒内用聚脲弹性体防腐。采用气顶升倒装法施工工艺,聚脲厚度1mm。
(5)不拆除原混凝土烟囱的保温层和内衬,在清扫后的砖表面砌筑宾高德玻璃砖。
(6)在现有烟囱的耐酸砖层上喷涂新型高分子聚合物。
由于烟囱防腐是一个新课题,到目前为止尚一个十分完美的方案,但国内有很多企业在开展烟囱防腐研究工作。
5　结语
　　原有未按防腐设计的烟囱实施烟气脱硫后,无论脱硫系统是否加装GGH,烟囱均要进行防腐改造,如果暂时无法实施改造,应对烟囱的腐蚀进行状况监视。旧烟囱的防腐改造难度较大,选定方案要慎重。