煙氣脫硫改造后煙囪防腐的探討

1 　引言
根據(jù)新修訂的《中華人民共和國大氣污染防治法》對高污染燃料使用、高硫煤碳的開采以及對火電廠大氣污染物控制提出了新的要求。2003年新修訂的《火電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》已將SO2排放濃度限制為小于400 mg/m3(新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行后所建設(shè)的所有機組), 老機組也要分別在2008 年、2010 年達到這一標(biāo)準(zhǔn), 同時還要滿足地區(qū)環(huán)境總量的控制要求。
隨著我國對環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格, 國內(nèi)老火電廠脫硫改造工程已陸續(xù)開展, 其中采用濕法或半干法煙氣脫硫工藝較為廣泛, 而老火電廠的煙囪大多為單筒鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式, 煙氣脫硫不論是否安裝煙氣換熱器(GG H), 凈煙氣對煙囪和磚煙道都具有很強的腐蝕性。所以, 對現(xiàn)有電廠的普通鋼筋混凝土煙囪而言, 如果需要進行煙氣脫硫改造工程, 就必須對老煙囪及煙道采取適當(dāng)?shù)姆栏胧?br /> 2 　煙道內(nèi)壁腐蝕狀況
上海市目前有很多經(jīng)濟工業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi), 為了節(jié)約能源和減少環(huán)境污染, 通常開發(fā)區(qū)內(nèi)都集中建設(shè)有供熱電廠, 申能星火熱電廠(以下簡稱星火電廠)就是其中之一。星火電廠承擔(dān)著整個星火開發(fā)區(qū)如輕工造紙、紡織、化工等企業(yè)的集中供熱任務(wù)。該電廠現(xiàn)有裝機規(guī)模為4 爐2 機:即4 ×75 t/h 煤粉爐+12 MW 抽凝機+12 MW 背壓機。電廠以熱定電, 為區(qū)域性熱電廠。
為適應(yīng)全國及上海市不斷提高的環(huán)保需求, 為開發(fā)區(qū)創(chuàng)造良好的投資環(huán)境, 星火電廠自2005 年起逐步對4 臺鍋爐進行了除塵器及煙氣的脫硫改造, 分別增設(shè)了不同的脫硫系統(tǒng)。經(jīng)過改造, 4 臺鍋爐燃燒后的煙氣經(jīng)除塵、脫硫后, 凈煙氣通過一座合用的100 m 高的混凝土煙囪排放。經(jīng)過一年多的運行, 在機爐大修時, 安排了工作人員進入混凝土煙道及煙囪, 通過敲擊煙道、煙囪壁、拍照等方法, 發(fā)現(xiàn)煙道內(nèi)壁防腐層已全部脫落, 腐蝕嚴(yán)重, 尤其是頂部, 鋼筋也已經(jīng)腐蝕, 如圖1 所示。
圖1 　煙道內(nèi)壁腐蝕狀況
3 　煙氣的腐蝕性分析
鍋爐中的燃煤含有一定量的硫, 在燃燒過程中S 與O2 生成SO2 , 并有少量的SO2 在Fe2 O3 、V2O5等催化劑作用下轉(zhuǎn)化成SO3 。通常情況下,鍋爐煙氣中SO2 , 體積含量為1 ×10-6 ～ 0 .5 ×10-6 , 水蒸氣約為10 % 。如果煙氣溫度在200 ℃以下時, SO2與水蒸氣完全結(jié)合成H2 SO4 蒸氣, 微量的H2SO4 蒸氣使煙氣的露點溫度顯著提高。
當(dāng)尾部煙道或煙囪壁面溫度低于煙氣露點溫度時, H2SO4蒸氣就會凝結(jié)在壁面上, 形成濃度約為80 %的硫酸溶液, 粘附在煙道或煙囪壁面上, 產(chǎn)生酸腐蝕。
由于4 臺鍋爐分別采取了不同的煙氣脫硫工藝, 所以排煙溫度也不盡相同, 例如:1 號爐采用水膜除塵器, 煙氣溫度為60 ～ 65 ℃;2 號爐采用水膜除塵器, 煙氣溫度為60 ～ 65 ℃;3 號爐采用電除塵器, 煙氣溫度為140 ～ 165 ℃;4 號爐采用布袋除塵器加上雙堿法組合脫硫, 煙氣溫度為50 ～55 ℃。
分析認為:由于4 臺鍋爐脫硫后的煙氣經(jīng)過一段水平煙道后, 共同進入一座高約100 m 的鋼筋混凝土煙囪, 煙氣混合后溫度維持在75 ～ 80 ℃之間, 溫度較低, 因此容易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。
煙氣中的水汽結(jié)露后形成的液體具有腐蝕性, 依附于煙囪內(nèi)側(cè)壁;另外, 脫硫后的煙氣中還含有氟化物和氯化物等強腐性物質(zhì), 形成腐蝕強度高、滲透性較強、且較難防范的低溫高濕稀酸型腐蝕。
目前, 各種脫硫工藝的SO2脫除率很高, 但對造成煙氣腐蝕的主要成分SO3 的脫除率僅為20 %左右。因此, 脫硫后煙氣中產(chǎn)生的低濃度酸液比高濃度酸液對煙囪的腐蝕性更強。在40 ～80 ℃時, 煙氣極容易在煙囪的內(nèi)壁結(jié)霧形成腐蝕性很強的酸液, 對煙囪結(jié)構(gòu)的腐蝕速度比其他溫度時要高出了數(shù)倍。由煙道的腐蝕現(xiàn)狀可以推斷, 這種腐蝕狀況也會在煙囪內(nèi)壁發(fā)生, 如不采取措施, 將對整個電廠的安全運行造成威脅。
4 　煙道及煙囪防腐措施及方案
鑒于上述對腐蝕狀況的分析, 電能星火熱電廠對增設(shè)脫硫裝置后的煙囪(包括現(xiàn)有煙道)防腐工程進行了設(shè)計改造。由于電廠還承擔(dān)著對周邊企業(yè)連續(xù)供熱的任務(wù), 不可能采用停機、停爐后再專門進行煙囪的防腐蝕工作, 只能通過采取臨時煙囪和臨時煙道方案, 以保證電廠的正常運行。
4 .1 　防腐改造遵循的原則和措施
(1)對現(xiàn)有混凝土老煙囪和水平混凝土煙道進行防腐改造。
(2)增設(shè)臨時排煙措施, 以保證4 臺鍋爐在防腐施工期間能夠正常運行。合理利用現(xiàn)有的場地, 不影響現(xiàn)有設(shè)施安全運行及改造過程的正常施工, 不影響煙囪、煙道的防腐改造工程正常施工。
(3)改造應(yīng)體現(xiàn)節(jié)能、安全生產(chǎn)、便于維修的原則。
4 .2 　臨時煙囪及煙道設(shè)計
經(jīng)過現(xiàn)場實地考察, 臨時煙囪布置在老煙囪的南側(cè)10 m 處, 如圖2 所示。為保證現(xiàn)場施工方便, 臨時煙道從脫硫系統(tǒng)后進水平煙道的豎直脫硫煙道上接出至高40 m的臨時煙囪。新建臨時獨立式鋼煙囪一座, 煙囪總高度為40 m , 采用二段變截面, 下段直徑為4 ～2 .5 m , 高為15 m , 壁厚12 mm ;上段等直徑為2 .5 m , 高為25 m , 壁厚10 mm 。