关键词:烟气脱硫;湿烟囱;防腐
0 前言
目前国内环保法规的日益严格,已建电厂发电机组正逐渐要求加装烟气脱硫装置。国内200 MW及以上的机组基本上都采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术,而且有一部分机组由于场地和经济方面的原因不设置烟气换热器(GGH),这就产生了所谓“湿烟囱”如何防腐的问题。以2×300 MW机组共用一座烟囱为例,烟囱总高约210 m,内部防腐面积为8400 m2。一般原烟囱为砼结构,且以往电厂的烟囱大多衬耐酸砖,用耐酸胶泥砌筑。这肯定无法满足脱硫后腐蚀性烟气的防腐要求,因此原有烟囱必须防腐改造。下面就湿烟囱的防腐方案的技术和经济特点进行比较和说明,并得出目前可行的防腐方案。
1 脱硫烟气对烟囱的腐蚀性
湿法脱硫工艺对烟气中的SO2的脱除效率很高,但对酸露点温度有重要影响并形成腐蚀性酸液的主要成分的SO3的脱除效率不高,约20%~30%左右。由于经湿法脱硫烟气脱硫后,烟气湿度增加,温度降低,烟气极易在烟囱的内壁结露,烟气中残留的SO3溶解后,形成腐蚀性很强度高的稀硫酸液。脱硫后烟囱内的的烟气有以下特点:
湿法脱硫后的烟气湿度大,处于饱和状态的湿烟气含有的腐蚀性性介质在烟气压力与湿度的双重作用下,烟囱内侧结构密度差的材料内部很易遭到腐蚀,影响结构的耐久性。低浓度的稀硫酸液比高浓度的稀硫酸液腐蚀性更强。酸液的温度在40℃~80℃时,对烟囱的结构材料腐蚀性特别强。以钢材为例,40℃~80℃时腐蚀速度比其它温度高出约3~8倍。
脱硫处理后的烟气中还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质,形成腐蚀强度高、渗透性较强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。
2 电厂烟囱的运行工况及影响
电厂烟囱主要有以下三种工况下运行:排放未经脱硫的烟气,进入烟囱的烟气温度多在120℃以上。在此条件下,烟囱内壁处于干燥状态,烟气对烟囱内壁材料不直接产生腐蚀或腐蚀性很小。
排放经湿法脱硫后的烟气,通过加设烟气加热器系统(GGH),进入烟囱的烟气温度在约80℃左右,烟囱内壁有轻微结露,导致排烟内筒内侧积灰。根据排放的烟气成分及运行等条件的不同,结露腐蚀将有所变化。
排放经湿法脱硫后的烟气,未经过烟气加热器系统(GGH)加热,,进入烟囱的烟气温度在40℃~50℃,,烟囱内壁有严重结露,沿内壁有结露界的酸液流淌。
由于在运行时烟气有可能不进入脱硫系统,而通过旁通烟道进入烟囱,此时,烟气温度较高,一般在在120℃以上,故设计烟囱防腐时,还必须考虑在此温度下运行对烟囱的影响。烟囱设计时应考虑在锅炉事故状态排放烟气的温度,一般该温度在200℃左右,最高时可达300~350℃。电厂烟囱的安全运行的必要条件是其中的钢筋混凝土外筒不被烟气腐蚀,排烟内筒在电厂运行期间尽可能的抵抗烟气腐蚀。
由上所述,在有无GGH系统的情况下,烟囱内壁均存在酸结露状况。在实际运行状况下,内壁的酸液由此而不可避免沿其缝隙向烟囱外壁渗透,而在外壁内侧的防护层通常由有机材料组成,无论从材料的使用寿命及施工质量都不能保证在烟囱设计使用期该防护层能有效的阻隔对外壁产生腐蚀。此外,由此对外壁产生的腐蚀在一般条件下很难检测和发现,对烟囱安全运行是一个致命的隐患。
3 四种湿烟囱防腐方案及施工工艺
3.1 鳞片树脂内衬
3.1.1 鳞片树脂材料的主要成分及配比(见表1)
表1 鳞片树脂材料成分配比
成分 比例 备 注
树脂 55~65 随环境温度变化调整
玻璃鳞片 30
无机功能性填料 0~10 根据衬里结构设计调整
其它 5
合计 100
3.1.2 鳞片树脂(乙烯基树脂)的选择依据
烟囱内筒的防腐衬里必须适应烟气脱硫装置全工况运行基旁路运行的要求,烟温变化区为40~160℃,并能满足事故状态下短期高达180℃的工况。
鳞片树脂衬里在国外FGD装置旁通烟道的应用已经超过30年,其耐温性和腐蚀性已得到工程实践的充分证明。鳞片树脂衬里耐温性和腐蚀性主要取决于树脂的性能,所选用的酚醛环氧乙烯基树脂应是耐温性较高的乙烯基树脂,长期运行温度可达200℃,并被烟囱内筒鳞片树脂衬里防腐工程中成功应用的业绩验证过。
3.1.3 施工工艺。除去混凝土表面原有疏松的防腐层和硫化产物,乙烯基树脂涂打底1~2道,刮涂乙烯基树脂胶泥层2道,乙烯基树脂面涂1~2道,养护固化。
3.2 硼酸砖内衬
3.2.1 硼酸砖内衬的选择依据。影响烟囱的防腐内衬的两大因素就是温度和化学介质的腐蚀,众所周知,玻璃鳞片涂层抗渗透性好,重叠排列的扁平玻璃鳞片形成致密的防渗层结构,形成迷宫效应,腐蚀介质在固化后的胶泥中的渗透须经过较长时间和复杂的路径,从而能有效地抑制腐蚀介质地渗透速度。同时乙烯基鳞片胶泥在固化后,乙烯基树脂的高交联密度可以有效的减弱水蒸气和腐蚀性化学介质的渗透,并由于其独特结构更能达到防渗和减渗的效果。所以以玻璃鳞片为底涂,是对烟囱内筒强有力的保护,选用硼酸砖作为玻璃鳞片树脂的保护层,充分利用了硼酸砖的导热性低的优点。因此,结合鳞片耐腐蚀性和硼酸砖的超保温特性,在烟囱防腐中将具有极好防腐性能的玻璃鳞片作为底涂,将硼酸砖砌筑在外层保温,作为烟囱的防腐衬里,同时解决了化学腐蚀和保温的问题,有效地延长了烟囱地使用寿命。
3.2.2 施工工艺。去除混凝土表面原有的疏松防腐层和硫化产物,均匀涂刷一遍玻璃鳞片底涂层,按规定的配合比进行胶泥配制,砖板衬砌。在平面上砌筑硼酸砖时,砖板排列一般为横向连续缝,纵向错缝。砖板砌筑时,每铺砌一块,应在待铺的另一行用砖板顶住以防止滑动,待胶泥稍干后,进行下一行的铺砌。在底部衬砌完成,胶泥初凝结后,可开始衬砌立面。衬砌立面时,应由下向上进行,衬砌上层砖板时会对下层砖板产生压力,使下层砌好但胶泥未固化的砖板层错位或移动。因此,立面衬砌时不能连续衬砌多层,一般在连续衬砌2~3层后稍停片刻,待下层胶泥初凝后再继续衬砌;养护固化。
3.3 烟囱内壁喷涂聚
3.3.1 聚脲材料的介绍。烟囱内壁防腐可以采用聚脲弹性材料。该材料是由一种双组合、无溶剂聚脲喷涂涂料,经专用喷涂设备进行喷涂或浇注聚脲弹性体。该材料是继高固体酚涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低(无)污染技术之后,为适应环保需求而研制、开发的一种新型工艺无溶剂、无污染的绿色施工技术。
3.3.2 聚脲产品的特点。聚脲弹性体涂层具有优异的防水、耐腐蚀特性,同时具有优良的机械性能。该材料采用专用设备进行喷涂或浇注聚脲弹性体。该工艺不含溶剂、固化速度快。工艺简单,可很方便在立面、曲面上喷涂十几毫米厚的涂层而不流挂。在国际上已被广泛用于防水、防腐、建筑等领域。
3.3.3 聚脲产品的优点及施工工艺。
1.喷涂聚脲弹性体技术具有以下优点:
①对湿气、温度不敏感,施工时不受环境温度、湿度的影响。②双组分,100%固含量,不含任何挥发性有机物(VOC),对环境不产生危害。一次施工的厚度可从数百微米到数厘米,克服了以往多次施工的弊病。③优异的理化性能,如抗张强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化、防腐蚀等。④具有良好的热稳定性,可在150℃下长期使用,可承受350℃的短期热冲击。⑤配方体系任意可调,手感从软橡皮到硬弹性体。⑥原型再现性好,涂层连续。致密,无接缝、无针孔,美观实用。
2.施工工艺
使用成套设备,施工方便,效率高;一次施工即可达到设计厚度的要求,克服以往多层施工的弊病。设备配有多种切换模式,即可喷涂又可浇注。属整体面层防腐,施工简单。
3.4 合金复合湿烟囱
3.4.1 合金复合湿烟囱的介绍。镍基合金以其出色的防腐蚀性能在脱硫装置中得到广泛应用。镍基合金是在金属合金材料中增加铬,镍,钼和氮等元素,它们可有效防止烟气脱硫系统中的腐蚀,且使用寿命远远超过非金属涂层。铬元素有助于钝化保护存在的表面膜,钼和氮元素能改进材料耐点蚀和耐缝隙腐蚀的能力,镍元素有助于被损坏保护膜的恢复,同时具有良好的加工和机械性能。而且合金防腐材料寿命长,维修时不会引起橡胶衬里(或其他化学物)的二次污染。近年来欧美、日本、韩国等都基本采用合金防腐材料用于烟气脱硫系统设备中。国外烟气脱硫工程的应用经验表明:C-926、C-31、C-625,C-276,C-9合金是烟气脱硫系统应用最广泛的镍基合金。在烟气脱硫系统中,以上5种合金均应用在烟囱的内衬材料中,C-31、C-276、C-59应用较多。
3.4.2 施工工艺。在地面制作出合金复合板片,在现场将合金复合板焊接成型。一般不适合老烟囱改造。
4 烟囱防腐方案比较
4.1 4种烟囱防腐体系性能比较见表2。
4.2 4种烟囱防腐材料的经济性比较见表3
表3 4种烟囱防腐材料的国内造价比较
鳞片树脂内衬 500~600元/m2
硼酸砖内衬 1600元/m2
烟囱内壁喷涂聚脲 400~500元/m2
合金复合湿烟囱 6000~600元/m2
由表2、表3可以看出,方案1采用鳞片树脂衬里,有较好的防腐性能,但适应温度比较低,使用寿命较短;由于采用进口乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥,使得防腐工程投资偏高,施工周期较长。方案2采用硼酸砖衬里,具有良好的防腐性能,在国外电厂烟囱防腐中有着优良的业绩,使用寿命较长。但是,由于采防腐工程投资高,施工周期长。另外,此方案采用了防腐砖,荷载较大,需要采用圈梁支撑,对于老烟囱的改造难以实现。同时,由于防腐层较厚,烟囱出口内径缩小较多,增加烟气流动阻力,使得烟囱正压运行区域增加。方案3烟囱内壁喷涂聚脲材料,可以同时满足耐温和防腐要求,用它来做防腐整体面层,其整体性好,强度高,使用寿命长,适合于老烟囱的防腐改造。施工中可采用自上而下的程序,在烟囱顶部设辘轳、卷扬机、外部设升降平台和罗茨风机即可进行施工,简便可行。方案4采用衬镍基合金,防腐、耐温、耐磨抗冲刷性能都非常好,而且使用寿命长,但是价格昂贵,不易施工,因此不推荐该方案。
5.方案建议
综上所述,已建机组加装烟气脱硫装置,不设GGH,电厂的老烟囱应按“强”腐蚀性湿烟囱来考虑烟囱结构设计和进行防腐处理。采用鳞片树脂衬里和烟囱内壁喷涂聚脲材料进行老烟囱防腐,耐腐蚀性较好,施工简便,是目前较为理想的方案。
于领先地位，并率先通过了国际质量体系认证。