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1、1烟囱防腐技术探讨 2l烟囱防腐的必要性 l脱硫湿烟气的特点和腐蚀性 l湿烟囱的工作环境l湿烟囱的防腐方案应用情况l对烟囱的防腐处理建议 目录目录3烟囱防腐的必要性烟囱防腐的必要性 l石灰石石膏湿法脱硫（WFGD）是当今世界各国应 用最多和最成熟的工艺。国内火力发电厂燃煤机组安装的 烟气脱硫装置（FGD）中，85%以上使用的是石灰石石 膏湿法脱硫（WFGD）工艺。目前，对于烟气脱硫装置的设计施工和运行经验已日臻 完善，但对脱硫机组烟气排放的关键设备烟囱的防腐，却没有引起足够的关注。4烟囱防腐的必要性烟囱防腐的必要性 l早期的WFGD为了提升烟气的抬升高度安装了烟气换 热器（GGH），使得从吸收
2、塔排出的净烟气（50左右）被加热到80左右。2006年后，由于GGH在运行过程中积 灰、结垢严重，影响了整个脱硫装置的正常运行，于是，随后建造的脱硫装置几乎都取消了GGH，使50左右的湿 饱和烟气直接从烟囱排放。现有烟囱均没有按照湿烟气排 放设计，使得湿烟气对烟囱的腐蚀成了很严重的问题。5湿法脱硫烟气的特点湿法脱硫烟气的特点 l湿法脱硫工艺对SO2脱除率很高，但对造成湿烟气腐蚀 的主要成分SO3，脱除效率很低。燃煤中约有0.52%的硫 在燃烧过程中转化为SO 3，在湿法脱硫中，大约有20%的 SO 3被脱出，其余SO 3以气溶胶形式被烟气带出，形成的冷 凝酸液对烟囱的腐蚀严重。因此，烟气脱硫后
3、，对烟囱的 腐蚀隐患并未消除，相反，脱硫后的烟气环境(低温、高湿 等)使腐蚀状况进一步加剧。6湿法脱硫烟气的特点湿法脱硫烟气的特点l“国际工业烟囱协会（CICIND）”的设计标准要求，燃煤电厂脱硫后 由于烟气湿度通常较大，温度很低，且烟气中单位体积的稀释硫酸含量 相应增加。因而，处于脱硫系统下游的烟囱，其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性烟气等级，因而烟囱应按强腐蚀性烟气来考 虑烟囱结构的安全性设计。l美国电力研究院（EPRI）湿烟囱设计导则所提供的调查、研究结 论，湿法烟气脱硫不加GGH系统烟气的腐蚀性为强腐蚀等级，必须给 予足够的重视。7湿法脱硫烟气的特点湿法脱硫烟气的特点 l由
4、于国内脱硫烟囱防腐历史较短，专项的腐蚀调查研 究资料很少，经验也不多，国内烟囱设计规范GB50051-2002是基于未脱硫的干烟气划分的腐蚀等级，对烟囱防腐 蚀的处理方法就是依据干烟气的腐蚀性等级，而对脱硫处 理后的湿烟囱防腐设计尚无明确说明。因此，脱硫后烟气 对烟囱结构的腐蚀性分析，主要借鉴国外的资料和做法。8湿烟囱冷凝酸液的腐蚀性湿烟囱冷凝酸液的腐蚀性 l脱硫湿烟囱的冷凝酸液的pH值约为13，大唐国际张家口发 电厂曾于2009年1月9日-17日测定了湿法烟气脱硫系统冷凝 酸液pH值约为3；大唐国际下花园发电厂测得冷凝酸液pH 值为1.53.0。l 如果酸液渗透到烟囱的混凝土层，其对钢筋混凝
5、土结构的 腐蚀会使混凝土中性化。混凝土中性化后将失去承载能力，这样势必对烟囱的可靠性造成影响。9冷凝酸液对混凝土的腐蚀速率冷凝酸液对混凝土的腐蚀速率 l美国南加州大学的F.Jahani等在2001年研究了pH值 为23的硫酸酸液对混凝土的腐蚀情况。初期腐蚀速度约0.063mm/天。东南大学动力工程系唐志永等人对混凝土进行了腐蚀性研究。考察了15%浓度的硫酸对混凝土的腐蚀情况。对C30混凝土的腐蚀腐蚀速度：2.4mm/10天 10湿烟囱的工作环境湿烟囱的工作环境 l烟气湿度大，冷凝酸液对结构材料的腐蚀性强；l 温度交变：湿法脱硫装置（WFGD）投运时，湿烟气温在为5080左 右，在WFGD停运时
6、，烟囱排放原烟气，一般在120180之间。这 种烟气的干湿交替以及温度交变运行对烟囱防腐材料的影响非常大；l 正压运行：脱硫系统设置GGH时，由于烟气温度较高，其重力密度低 于空气重力密度，很容易实现筒内负压；当系统不设置GGH或GGH事 故时其烟气重力密度大于空气重力密度，排烟筒内是正压运行。烟气中 的腐蚀介质分子在烟气正压运行时扩散渗透能力会增强，会对烟囱的腐 蚀加剧；l 高速烟气磨损腐蚀：烟气在烟囱中的流速一般为十几米每秒，甚至到 30m/s，高速流动的烟气及其携带的颗粒物对排烟筒材料的影响造成了 磨损腐蚀。11火力发电厂烟囱的结构形式火力发电厂烟囱的结构形式 l 单筒式钢筋混凝土烟囱
7、套筒或多管式烟囱 12湿烟囱的防腐方案应用情况湿烟囱的防腐方案应用情况l主要的防腐材料：l1 .涂料类防腐：主要有OM涂料，聚脲以及德国固 斯特涂料等；l 2.贴衬砖类防腐：主要有宾高德玻璃砖，国产泡沫 玻璃砖，玻化砖等；l3.金属板类防腐：材料主要是镍基合金板和钛板；l 4.复合材料类防腐：适合于脱硫湿烟囱防腐的主要 复合材料是FRP材料。13涂料类防腐方案涂料类防腐方案lOM涂料是一种有机复合树脂，可以防止酸液对 烟囱内衬的腐蚀。该防腐方案在单筒式老烟囱中使 用较多。lOM涂料防腐方案施工周期很短，造价相对很 低。但是低温高温热环境的交替所产生的交变热应 力对粘接强度影响较大，容易开裂，开
8、裂后特别是 在高速烟气中容易脱落。14涂料类防腐方案涂料类防腐方案l烟囱飞出的防腐碎片 15涂料类防腐方案涂料类防腐方案l经过调研发现，中国五大电力集团公司下属一些电 厂及其它企业自备电厂的单筒烟囱使用OM涂料防腐，并且有的已经出 现问题：三门峡电厂烟道与烟囱接口处出现泄漏；湖南株洲电厂相继发现烟囱积灰平台下部内壁多处 渗水，从烟囱下部往上看，发现烟囱外壁上布满渗 水痕迹；江苏徐塘电厂发现在烟囱积灰平台四周有 酸水渗出，如下图所示。16涂料类防腐方案涂料类防腐方案 烟囱腐蚀酸液渗出现象 17涂料类防腐方案涂料类防腐方案l聚脲涂料主要用于防水工程以及化工储罐和管 道的防腐，在电厂脱硫湿烟囱较恶劣
9、的环境中不可靠。烟囱内壁聚脲涂料脱落现象 18涂料类防腐方案涂料类防腐方案l固斯特涂料是一种聚合物及硅酸盐基础上的强耐 酸性矿物类特殊砂浆。浙江嘉兴、镇海电厂有两个烟囱应用了该涂料。镇 海电厂烟囱防腐完成后运行半个月就出现了问题，最 后专门做了一个湿烟囱。由于镇海电厂出问题，嘉兴 电厂烟囱施工完成后没有通湿烟气，通入干烟气运行 一段时间，发现折角处有脱落现象。故已经进行加装 GGH。19贴衬砖类防腐方案贴衬砖类防腐方案l泡沫玻璃砖是一种以玻璃碎料或石英砂为主要原料，掺入适量发泡剂，通过高温隧道窑炉加热焙烧和退火冷 却加工处理后制得，具有均匀的独立密闭气隙结构的新 型无机绝热材料。泡沫玻璃砖这种
10、多孔结构不但能抗酸、耐碱，而且 对气体和凝结水是不能渗透的，同时它具有容重低、强 度高、导热系数小、不吸水、不透气、不燃烧、不变形 等特点，并且可锯割、可粘接。其性能稳定、使用寿命 长，综合成本低，工程效益高。20贴衬砖类防腐方案贴衬砖类防腐方案l进口宾高德玻璃砖具有良好的防腐性能，在国外电 厂烟囱防腐中已有优良业绩，使用寿命较长，单位质量 轻且安装方便，对烟囱结构的附加荷载很小，便于对已建烟囱的防腐改造，但价格偏高，施工周期较长，目前 在国内应用业绩很少，且投运时间比较短，其防腐可靠性尚难定论。21贴衬砖类防腐方案贴衬砖类防腐方案l目前，国产泡沫玻璃砖和粘结胶还没有相应的防腐 蚀要求的标准，
11、并且国产泡沫玻璃砖的各个生产厂家产 品质量参差不齐，密度变化比较大，施工周期长，衬里 砖有可能开裂、脱落，但价格相对较便宜，目前国内已 有一些应用案例。22贴衬砖类防腐方案贴衬砖类防腐方案l玻璃砖施工完成情况 23贴衬砖类防腐方案贴衬砖类防腐方案l贴衬砖脱落与开裂现象24金属板类防腐方案金属板类防腐方案l用于湿烟囱防腐的耐酸腐蚀的金属合金薄板内衬，材 料主要是镍基合金板和钛板。l国外 C276 合金广泛应用于脱硫塔及烟囱中。由于 C276 合金材料初期成本较高等原因，国内尚无应用于烟 囱内筒耐腐内衬的工程实例。25金属复合钛板防腐性能金属复合钛板防腐性能l 钛是一种很耐腐蚀的材料，这是由于钛的
12、表面容易生 成稳定的钝化膜，钝化膜是由几纳米到几十纳米厚的极薄 的氧化钛构成，在许多环境中是很稳定的，并且一旦局部 破坏还具有瞬间再修补的特性。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好。26金属复合钛板防腐性能金属复合钛板防腐性能钛的表面容易生成稳定的钝化膜钝化膜由几纳米到几十纳米厚的极薄的氧化钛构成。27合金钛板安装施工合金钛板安装施工28金属复合钛板防腐方案金属复合钛板防腐方案l致密的金属钛在自然界中是相当稳定的，钛/钢复合板的焊缝施工难度大，施工质量难以控制导致的缝隙腐蚀和氢脆。同时钛中杂质的存 在，显著影响钛的物理、
13、化学性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙 杂质，它们可以使钛晶格发生畸变，而影响钛的各种性能。l 福建漳州后石电厂采用了帖衬钛板的方案，在检修时拍摄的照片显示进口段出现了鸡蛋大小的多个穿孔。29金属复合钛板防腐方案金属复合钛板防腐方案钛板腐蚀穿孔现象 30复合材料类防腐方案复合材料类防腐方案 FRPl（Fiberglass Reinforced Plastics）即玻璃纤维增 强塑料，俗称玻璃钢。通常是由高强度的玻璃纤维增强纤 维和树脂复合而成的兼具结构性和功能性的新型复合材料，玻璃纤维提供FRP的强度和刚性，树脂提供FRP的耐化学 性和韧性。lFRP材料具有质量轻、强度高、耐化学腐蚀、绝缘隔 热
14、、耐瞬时高温烧蚀、强度和形状可设计性强等优点。成 型后的玻璃钢结构层抗拉强度与普通钢材相当，但其容重 仅为钢材的1/41/51/5。应用FRP排烟筒可以取消保温层，特 别适合燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱运行条件。31FRP优异的耐腐蚀性能优异的耐腐蚀性能材料材料硫酸硫酸盐酸盐酸盐酸盐盐酸盐FRP100C 浓度：30%80C浓度：15%100C任何浓度C-276 镍基合金100C浓度：30%80C浓度：15%65 C 5%low pH32FRP烟囱内筒性能特点烟囱内筒性能特点33FRP材料的耐温防火问题材料的耐温防火问题lFRP在低温下有优异的耐腐性能和结构性能，但随着温度的升高，其结构性能衰
15、减很快。即使是热固性树脂，当使用温度超过其热变形温度(HDT)后，树脂的结构性能会发生很大的改变。一般玻璃钢不能在高温下长期使用，如聚酯玻璃钢在4050以上，环氧玻璃钢在60以上强度就开始下降。ASTM规范适用的温度范围为正常运行温度不高于93、短时异常高温不高于121。文献对耐温性能较好的乙烯基酯不饱和聚酯玻璃钢最高设计温度为120。在设计中，当环境温度可能超出常规适用范围时，应选用耐高温的树脂材料，如固化后的DERAKANE 470-300环氧乙烯基酯树脂浇铸体热变形温度HDT为150，而DERAKANE 470HT-400的HDT可以达到180。据了解目前国内产品可实现耐温200220
16、的FRP。l华能辛店电厂采用的DERAKANE 470HT-400环氧乙烯基酯树脂缠绕制作的FRP烟囱。34复合材料类防腐方案复合材料类防腐方案 FRPlRP材料排烟筒35复合材料类防腐方案复合材料类防腐方案l美国FRP烟囱在电力行业的应用始于FGD开始应用的20世纪70年 代。截至到2008年年初，在美国火电行业新建的脱硫烟囱中，大约 80%以上采用耐腐蚀FRP材料作为混凝土烟囱的防腐蚀内筒。根据Ashland公司统计资料表明，从2006年至2008年7月，两年半 内的FRP内筒项目合计126根，见下图。36复合材料类防腐方案复合材料类防腐方案lFRP烟囱也在欧洲大量应用。英国Eggborough 电厂于2002年为其 2台500MW机组加装湿法FGD装置，同时在混凝土烟囱内安装了两个 184m的FRP内筒。德国于2001年9月建成的Kraftwerk SiSimmering电 站，采用高度200m、直径4.8m的FRP烟囱。捷克125MW的Vresova 电厂建于1967年，2000年7月签约加装湿法FGD时的方案，烟囱则为 钢结构支撑的FRP烟囱。在日本，关西电力南港发电厂的80
