脫硫后的煙氣對(duì)煙囪的影響
煙氣經(jīng)過脫硫后，雖然煙氣中的二氧化硫的含量大大減少，但是，洗滌的方法對(duì)除去煙氣中少量的三氧化硫效果并不好。由于經(jīng)濕法脫硫，煙氣濕度增加、溫度降低，煙氣極易在煙囪的內(nèi)壁結(jié)露，煙氣中殘余的三氧化硫溶解后，形成腐蝕性很強(qiáng)的稀硫酸液。脫硫煙囪內(nèi)的煙氣有以下特點(diǎn)：
1）煙氣濕度大，處于飽和狀態(tài)的濕煙氣含有的腐蝕性介質(zhì)在煙氣壓力和濕度的雙重作用下，煙囪內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)致密度差的材料內(nèi)部很易遭到腐蝕，影響結(jié)構(gòu)耐久性。
2）低濃度稀硫酸液比高濃度的酸液腐蝕性更強(qiáng)。
3）酸液的溫度在40℃-80℃時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性特別強(qiáng)。以鋼材為例，40℃ -80℃ 時(shí)的腐蝕速度比在其它溫度時(shí)高出約3-8倍。
電廠煙囪運(yùn)行工況
目前，電廠煙囪主要在以下三種工況下運(yùn)行：
1)排放未經(jīng)脫硫的煙氣，進(jìn)入煙囪的煙氣溫度在125℃左右。在此條件下，煙囪內(nèi)壁處于干燥狀態(tài)，煙氣對(duì)煙囪內(nèi)壁材料不直接產(chǎn)生腐蝕。
由于在運(yùn)行時(shí)，煙氣有可能不進(jìn)入脫硫裝置，而通過旁路煙道進(jìn)入煙囪。此時(shí)，煙氣溫度較高，一般在 125 ℃ 左右，故設(shè)計(jì)煙囪防腐時(shí)，還必須考慮在此溫度工況下運(yùn)行對(duì)煙囪的影響。
煙囪設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在鍋爐事故狀態(tài)排放煙氣的溫度，一般該溫度在200℃ 左右，最高時(shí)可達(dá)300℃～350℃ 左右。
電廠煙囪安全運(yùn)行的必要條件是承重的鋼筋混凝土外筒不被煙氣腐蝕，排煙內(nèi)筒在電廠運(yùn)行期間盡可能的抵抗煙氣腐蝕。
2)排放經(jīng)濕法脫硫后的煙氣，并且煙氣經(jīng)煙氣換熱器系統(tǒng)加熱，進(jìn)入煙囪的煙氣溫度在80℃ 左右，煙囪內(nèi)壁有輕微結(jié)露，導(dǎo)致排煙內(nèi)筒內(nèi)側(cè)積灰。根據(jù)排放煙氣成分及運(yùn)行等條件的不同，結(jié)露腐蝕狀況將有所變化。
3)排放經(jīng)濕法脫硫后的煙氣，未經(jīng)煙氣換熱器加熱升溫，進(jìn)入煙囪的煙氣溫度在40～50℃，煙囪內(nèi)壁有嚴(yán)重結(jié)露，沿筒壁有結(jié)露的酸液流淌。
綜上所述，在有無煙氣換熱器系統(tǒng)的情況下，煙囪內(nèi)壁均存在酸結(jié)露狀況。在實(shí)際運(yùn)行狀況下，內(nèi)壁的酸液由此而不可避免沿其縫隙向煙囪外壁滲透，而在外壁內(nèi)側(cè)的防護(hù)層通常由有機(jī)材料組成，無論從材料的使用壽命及施工質(zhì)量都不能保證在煙囪設(shè)計(jì)使用期該防護(hù)層能有效地阻隔對(duì)外壁產(chǎn)生腐蝕，此外，由此對(duì)外壁產(chǎn)生的腐蝕在一般條件下很難檢測(cè)和發(fā)現(xiàn)，對(duì)于煙囪安全運(yùn)行是一個(gè)致命的隱患。
脫硫后煙囪內(nèi)襯材料煙囪內(nèi)筒選擇一個(gè)合適的內(nèi)襯，必須考慮以下幾方面的因素：
1）技術(shù)可行性，滿足復(fù)雜化學(xué)環(huán)境下的防腐要求；
2）經(jīng)濟(jì)合理，較低的建筑成本，一次性投資費(fèi)用要低；
3）施工條件好，質(zhì)量控制方便，施工周期短；
4）運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，并且方便檢修。
需注意的是，用材的選擇不僅應(yīng)考慮初期成本，還應(yīng)綜合考慮裝置的可運(yùn)行周期（即大修周期）和總使用壽命等相關(guān)問題。
歐美等發(fā)達(dá)國家電廠煙氣脫硫開始的時(shí)間比較早，根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，目前濕法脫硫后的煙囪內(nèi)筒內(nèi)襯防腐主要有四類形式：
1）采用耐酸腐蝕的金屬合金薄板材作內(nèi)襯，內(nèi)襯材料包括鎳基合金板（ C-276 、 C22 ）、鈦板（ TiCr2 ）等；
2）采用耐腐蝕的輕質(zhì)隔熱的制品粘貼，隔絕煙氣和內(nèi)筒接觸，如發(fā)泡耐酸玻璃磚內(nèi)襯；
3）第三類采用耐酸、耐熱、隔熱、保溫；隔絕煙氣和鋼內(nèi)筒接觸，使用噴涂方式內(nèi)襯安裝，如 VP 煙囪內(nèi)襯；
4）玻璃鱗片、聚脲等涂層防酸腐蝕涂料。
1.鎳基耐蝕合金板
C-276 合金是一種含鎢的鎳 - 鉻 - 鉬合金，其硅、碳的含量極低，在氧化和還原狀態(tài)下，對(duì)大多數(shù)腐蝕介質(zhì)具有優(yōu)異的耐腐蝕性，出色的耐點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕性能。較高的鉬、鉻含量使合金能夠耐氯離子的侵蝕，鎢元素也進(jìn)一步提高了其耐腐蝕性。
C-276 合金在10 ％硫酸沸騰試驗(yàn)溶液中的腐蝕速率為0.35mm /y，而316L為1.615mm /y，317為 0.785mm/y ；
近年來，國際國內(nèi)市場(chǎng)鎳價(jià)持續(xù)上漲，使得 C276 合金材料初期成本較高，制約了 C-276 耐腐合金在脫硫煙囪中的應(yīng)用。
采用 C-276 內(nèi)襯，鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，不必預(yù)留腐蝕富裕度，合金板內(nèi)側(cè)也不必采取防腐措施。鋼內(nèi)筒鋼板與 C-276 內(nèi)襯合金板有工廠軋制復(fù)合和現(xiàn)場(chǎng)掛貼等方式。
國外 C276 合金廣泛應(yīng)用于脫硫塔及煙囪中。由于 C276 合金材料初期成本較高等原因，國內(nèi)尚無應(yīng)用于煙囪內(nèi)筒耐腐內(nèi)襯的工程實(shí)例。
2.鈦板 (TiCr2) 內(nèi)襯
鈦是一種很耐腐蝕的材料，這是由于鈦的表面容易生成穩(wěn)定的鈍化膜，鈍化膜是由幾納米到幾十納米厚的極薄的氧化鈦構(gòu)成，在許多環(huán)境中是很穩(wěn)定的，并且一旦局部破壞還具有瞬間再修補(bǔ)的特性。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質(zhì)中具有很好的穩(wěn)定性，比現(xiàn)有的不銹鋼和其它有色金屬的耐腐蝕性都好。
這里的鈦腐蝕一般為均勻腐蝕和孔腐蝕，均勻腐蝕產(chǎn)生的膜，根據(jù)燃媒介質(zhì)的不同，其含氧化性物質(zhì)有差別，環(huán)境介質(zhì)不同，氧化膜生成遵循的規(guī)律有差別，如果是遵循對(duì)數(shù)規(guī)律，這時(shí)的膜具有保護(hù)性；如果是遵循直線規(guī)律則不具備保護(hù)性，腐蝕迅速。
認(rèn)識(shí)到這層氧化膜被破壞后，若不存在修復(fù)的環(huán)境介質(zhì)，或環(huán)境介質(zhì)有限，這時(shí)鈦的腐蝕速度比鋼還大，一般認(rèn)為：鈦的耐蝕介質(zhì)是指那些能使鈦的鈍化膜處于穩(wěn)定狀態(tài)的介質(zhì)，這些介質(zhì)屬于氧化性，中性，弱還原性。硫酸雖然是一種含氧酸，但稀硫酸的氧化性很弱，屬于非氧化性酸，氧化物修復(fù)的作用極其有限。
鈦的性質(zhì)與溫度及其存在形態(tài)、純度有著極其密切的關(guān)系。致密的金屬鈦在自然界中是相當(dāng)穩(wěn)定的，但是，鈦中雜質(zhì)的存在，顯著影響鈦的物理、化學(xué)性能、機(jī)械性能和耐腐蝕性能。特別是一些間隙雜質(zhì)，它們可以使鈦晶格發(fā)生畸變，而影響鈦的的各種性能。常溫下鈦的化學(xué)活性很小，能與氫氟酸等少數(shù)幾種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但溫度增加時(shí)鈦的活性迅速增加，特別是在高溫下鈦可與許多物質(zhì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，從而產(chǎn)生腐蝕。故應(yīng)對(duì)工程實(shí)際煙氣成份及結(jié)露情況進(jìn)行分析后（謹(jǐn)慎）應(yīng)用。
3.發(fā)泡耐酸玻璃磚內(nèi)襯
發(fā)泡耐酸玻璃磚是以硼酸玻璃為基礎(chǔ)制成的，耐各種濃縮酸（除 5 ％以上的氫氟酸）和包括氯化物在內(nèi)的廢氣冷凝液的腐蝕，導(dǎo)熱性低。由發(fā)泡耐酸玻璃磚以及粘結(jié)劑人造橡膠形成的防腐襯里，在化學(xué)環(huán)境與溫度變化的情況下，都具有防腐能力。由于其導(dǎo)熱性低，使原來的煙囪內(nèi)襯和保溫層結(jié)構(gòu)合二為一。
玻璃磚由粘合材料直接粘貼于煙內(nèi)筒內(nèi)表面，并由粘合材料對(duì)玻璃磚間的縫隙勾縫，阻斷了煙氣對(duì)內(nèi)筒結(jié)構(gòu)的腐蝕。粘結(jié)料的防腐、耐久性是關(guān)鍵，它的老化、開裂都將直接影響到整體內(nèi)襯系統(tǒng)的防腐性能。玻璃磚的強(qiáng)度較金屬要低得多，但其強(qiáng)度要求必須能耐煙氣沖擊。玻璃磚在國外煙囪有應(yīng)用。但底劑的選擇非常重要，國內(nèi)的底劑普遍都難以達(dá)到要求，國外有成熟的應(yīng)用在煙囪內(nèi)襯的底劑，已經(jīng)有 30 年以上的使用業(yè)績。
4.耐蝕鱗片膠泥內(nèi)襯
鱗片膠泥含有 10%-40% 片徑不等的玻璃鱗片，膠泥在施工完畢后，扁平型的玻璃鱗片在樹脂連續(xù)相中呈平行重疊排列，從而形成致密的防滲層結(jié)構(gòu)。腐蝕介質(zhì)在固化后的膠泥中的滲透必須經(jīng)過無數(shù)條曲折的途徑，因此在一定厚度的耐腐蝕層中，腐蝕滲透的距離大大的延長，相當(dāng)于有效地增加了防腐蝕層的厚度。
鱗片膠泥采用的基體樹脂是高性能的乙烯基酯樹脂，該類型樹脂具有較環(huán)氧樹脂更好的耐腐蝕性能。由于基體樹脂是有機(jī)材料，鱗片膠泥的壽命保證期為 5 ～ 10 年。根據(jù)國內(nèi)脫硫的實(shí)際運(yùn)行情況，溫度的沖擊是需要慎重考慮的因素。
鱗片膠泥具有抗?jié)B性好、施工難度小、易修補(bǔ)造價(jià)較低等特點(diǎn)。因此，鱗片膠泥在煙氣脫硫設(shè)備上應(yīng)用較多。國外電廠煙囪早期有應(yīng)用，但現(xiàn)已較少采用。
經(jīng)濟(jì)性分析
國內(nèi)有眾多的干排氣煙囪存在腐蝕嚴(yán)重。目前，隨著濕法脫硫裝置的加裝，煙氣的腐蝕問題更為嚴(yán)重，如果不采取適當(dāng)?shù)姆栏g措施，肯定會(huì)帶來更為嚴(yán)重的煙囪腐蝕問題。五種煙囪防腐材料的性能分析見表 2 ，幾種防腐材料的國內(nèi)造價(jià)比較見表 3 。
表 2
項(xiàng)目
合金復(fù)合濕煙囪
聚脲
鋼套筒內(nèi)壁粘貼泡沫玻璃
玻璃鱗片等
耐酸膠泥
進(jìn)口底劑復(fù)合泡沫玻璃磚內(nèi)襯
制作方法
在地面制作出合金復(fù)合板片，在現(xiàn)場(chǎng)將合金復(fù)合板焊接成型。
將聚脲噴涂在混凝土、磚內(nèi)筒或鋼內(nèi)筒的表面
采用有機(jī)防腐蝕膠泥將一定厚度、尺寸的泡沫玻璃粘貼在鋼套筒內(nèi)壁。
將玻璃鱗片膠泥材料刮涂或噴涂在被保護(hù)基體上
采用防腐性能優(yōu)良的進(jìn)口煙囪內(nèi)襯底劑，將泡沫玻璃磚粘貼底劑上
優(yōu)點(diǎn)
理論上講，鎳基合金的耐腐蝕性能極為優(yōu)異
耐腐蝕性能好，有一定的保溫性能，使用壽命長，施工速度快
耐腐蝕性能好，有一定的保溫性能
施工工期短，耐腐蝕、磨損性能好
防腐和保溫性能綜合效果好，泡沫玻璃磚質(zhì)量輕，增加的負(fù)荷低
缺點(diǎn)
施工難度極大，不可能達(dá)到合金的全部焊接要求。
目前國內(nèi)沒有投運(yùn)業(yè)績
施工要求高，可能會(huì)脫落。
煙氣溫度過高可能燒蝕破壞其結(jié)構(gòu)
施工要求高
表 3
國 內(nèi)
鎳基合金
6500 元 /m 2 ～ 7500 元 /m 2
鋼－泡沫玻璃磚（進(jìn)口）
- 2200 元 /m 2 ～ 2600 元 /m 2
VP 煙囪內(nèi)襯
- 2000 元 /m 2 ～ 2400 元 /m 2
玻璃鱗片
500 元 /m 2 ～ 800 元 /m 2
底劑（進(jìn)口） - 嵌縫膠（進(jìn)口）－泡沫玻璃磚（國內(nèi)生產(chǎn)出口美國，日本磚）
1716 元 /M 2
聚脲
700 元 /m 2 ～ 800 元 /m 2
對(duì)于已建機(jī)組加裝濕法煙氣脫硫后煙囪的防腐，采用初步建議的方案，可以為電廠節(jié)約基建費(fèi)用。隨著國內(nèi)煙囪設(shè)計(jì)的改進(jìn)和結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展以及防腐材料的發(fā)展，目前我公司正在不斷探索采用各種方法進(jìn)行濕煙囪的防腐。
成功案例
1、朝鮮人民民主主義共和國.平壤環(huán)保局煙囪防腐
2、中國南方航空動(dòng)力機(jī)械公司熱電廠煙囪防腐
3、山東萊蕪汶源熱電廠煙囪防腐
4、張家港市印染廠自備電廠煙囪防腐
5、貴州中煙工業(yè)公司煙囪防腐
6、江蘇省無夕市印染廠煙囪防腐
7、成都長峰鋼鐵公司煙囪防腐
8、貴州貴府酒業(yè)有限公司煙囪防腐
