燃煤熱電廠煙囪結構及防腐

目前, 隨著《火力廠大氣污染物排放標準》 (GB13223-2011) 實施, 二氧化硫的排放要求提高, 燃煤電廠煙氣脫硫效率高、技術成熟的工藝有石灰石-石膏濕法脫硫, 氨法脫硫, 海水脫硫等, 其中石灰石-石膏濕法脫硫工藝較為經濟, 可靠, 應用越來越廣泛。經脫硫后的潔凈煙氣排向煙囪不設煙氣加熱系統工藝 (GGH) , 脫硫后的煙氣溫度在50℃~60℃左右。經過脫硫后, 雖然煙氣中SO2的含量大大減少, 但是SO3脫除率低, 燃煤中約有0.5%~2%的硫在燃燒過程中轉化為SO3, 大概有20%的SO3被脫出, 其余SO3以氣溶膠的形式被煙氣帶出, 脫硫后煙氣濕度增加, 煙溫低于露點溫度, 形成的冷凝酸液對煙囪內壁進行腐蝕。因此, 煙氣脫硫后, 對煙囪的腐蝕隱患并未消除, 相反, 脫硫后的煙氣環境 (低濕、高濕等) 使腐蝕狀況進一步加劇。2013年5月1日正式實施的《煙囪設計規范》 (GB50051-2013) 中的規定, 濕法脫硫后的煙氣應為強腐蝕性濕煙氣。因此煙囪排放內筒材料應滿足耐腐蝕、耐溫驟變, 耐冷熱交替帶來的應力變化需求, 抗滲透等性能。目前, 國內外濕法脫硫后的煙囪結構采用以下幾種方案:
(1) 采用套筒煙囪, 鋼內筒襯防腐金屬材料, 國內工程多采用鈦板復合板內襯。 (2) 采用耐腐蝕的輕質隔熱的制品粘貼, 如采用賓高德新型防腐材料。 (3) 采用整體玻璃鋼煙囪。

1.工程案例
浙江臺州臨港熱電有限公司新建3臺180t/h高溫高壓循環流化床鍋爐配兩臺B15高溫高壓背壓式汽輪機, 預留一爐一機的場地, 煙囪設計以四爐終期規模考慮。項目采用石灰石-石膏濕法脫硫, 根據項目環評批復, 煙囪高度100m, 項目設計階段對煙囪結構及防腐方案進行深入分析與比選。
2.煙囪方案進行技術比選
(1) 采用雙套筒煙囪, 鋼內筒為鈦鋼復合板, 分為兩個內筒
4臺鍋爐分兩個出口內徑3.2m的鋼內筒, 外部采用煙囪混凝土外筒, 外筒底部外徑13m。4臺鍋爐同時運行時煙囪單筒出口流速19.5m/s, 單臺鍋爐運行流速9.8m/s。套筒煙囪是將混凝土承重外筒與排煙內筒相互脫開的一種結構形式, 承重外筒不直接受煙氣的高溫和腐蝕的作用。鋼內筒采用自立式, 直接支承于煙囪0m地面標高處。內筒采用鈦鋼復合板, 由厚度為10mm~16mm的鋼板卷制成后焊接而成, 內襯鈦鋼板厚度1.2mm, 鋼內筒外壁沿每6m高左右間隔設置1個剛性環。煙囪內壁每隔30m~40m高布置1個鋼結構檢修工作平臺。在檢修平臺和吊裝平臺標高處設有鋼內筒穩定裝置, 以保證鋼內筒的橫向整體穩定。鋼內筒外設置厚度120mm保溫層。
鈦是一種很耐腐蝕的材料, 這是由于鈦表面容易生成穩定的鈍化膜, 鈍化膜是由幾納米到幾十鈉米厚的極薄的氧化鈦構成, 在許多環境中是很穩定的, 而且一旦局部破壞具有瞬間再修補的特性。因此鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質中具有很好的穩定性, 比現有的不銹鋼和其他有色金屬耐腐性好。但是鈦鋼復合板施工難度大, 施工質量難以控制導致的縫隙腐蝕和氫脆, 同時鈦中的雜質存在, 顯著影響鈦的物理、化學性質及耐腐蝕性能。特別是一些間隙, 它們使鈦晶格發生畸變, 而影響鈦的各種性能。采用鈦鋼復合板內筒方案還應注意焊縫區域滲漏問題。
(2) 采用單筒混凝土煙囪內襯賓高德玻璃磚方案
4臺鍋爐采用單筒排放, 出口內徑4.2m, 煙囪混凝土外筒底部外徑9m。四臺鍋爐同時運行時煙囪出口流速22m/s, 單臺鍋爐運行流速5.6m/s, 煙氣流速較慢, 但大于煙囪出口平均風速的1.5倍, 還是滿足最小風速的要求。
賓高德玻璃磚主要材料是低膨脹硅酸硼玻璃, 是在美國大陸生產的新型防腐材料, 已在全世界多個國家火力發電廠項目煙囪內筒及煙道工程中成功使用, 防腐效果良好。賓高德優越的防腐性能, 對SO2/SO3氣體環境能對基層起到完全保證的作用, 能抵御除氫氟酸以外的各種酸類的腐蝕, 對水和水蒸汽、酸和酸蒸汽都有氣密性, 不吸附吸收液體, 對氣體和凝結水具有抗滲透性能。環保性能好, 賓高德是無機物, 不會燃燒, 不會造成環境污染。便于施工, 賓高德磚與普通發泡玻璃磚類似, 不易損壞, 施工過程中易切割, 易粘貼, 具有自重輕和極好的隔熱性能。賓高德系統配套的伸縮節處理方案成熟可靠, 大量的項目實例調研未發現滲漏情況。賓高德性能指標見表1。
表1 賓高德性能指標     下載原表
表1 賓高德性能指標
賓高德玻璃磚具有良好的防腐性能, 在國外電廠煙囪防腐中已有優良業績, 近兩年, 隨在國內應用的業績也逐年增加, 賓高德玻璃磚使用壽命長, 單位質量輕且安裝方便, 對煙囪的附加荷載很小, 特別便于已建煙囪的防腐改造。
(3) 整體玻璃鋼煙囪
整體玻璃鋼煙囪采用玻璃纖維增強塑料 (FRP) 具有輕質、高強、耐化學腐蝕、絕緣隔熱, 耐瞬時高溫燒蝕、強度和形狀可設計性強的特點。成型后的玻璃鋼結構層抗拉強度與普通鋼材相當。但是玻璃鋼長期耐高溫性能差, 彈性模量低, 易老化, 在紫外線、風、沙、雷、雨、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降;施工時容易發生火災, 成本較高。
雖然濕法脫硫后煙氣溫度降至50℃~60℃左右, 但是還是要考慮緊急狀態無濕法脫硫的溫度情況 (150℃) 及事故狀態 (近200℃) , 需要采用耐高溫的玻璃鋼材料, 現在市場上質量難以把控, 在該項目上不推薦采用。
3.經濟性比選
經濟性比選主要費用包括材料費、施工費、運費、基礎費用等, 重點從套筒鋼內筒襯鈦鋼復合板和混凝土煙囪內襯賓高德內襯兩個方案進行比選。
(1) 采用單筒混凝土內襯賓高德方案, 按目前賓高德2500元/m2的價格計算, 該煙囪方案整體造價800萬元。
(2) 采用雙套筒煙囪鋼內筒襯鈦鋼復合鋼板, 按當前鈦板價格2.0萬元/t計算, 該煙囪方案整體造價在1600萬元。
結語
鈦鋼復合板是一種性能優異的防腐材料, 在特定的環境下具有別的防腐材料無可比擬的防腐性能, 但是它價格高, 施工要求高。套筒煙囪還有占地面積大的特點。而單筒煙囪直接貼賓高德內襯結構簡單、造價低、占地面積小, 并且具有減少煙囪雨的效果。《煙囪設計規范》國家標準管理組通過大量地調研對《煙囪設計規范》進行進一步論證及解釋, 推薦單筒煙囪可以采用賓高德內襯方案。對于臺州臨港熱電項目單筒防腐煙囪流速也滿足排放要求, 因此該項目采用的是單筒混凝土煙囪內襯賓高德, 目前已投入運行, 煙囪運行情況良好。
綜上所述, 以上3種方案在技術上均可行, 均能滿足該工程的脫硫后的煙囪防腐要求, 經濟上, 采用單筒混凝土煙囪內襯賓高德內襯方案在煙囪投資上優越性較為明顯, 特別適合于小型火力發電廠。