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锅炉烟囱防腐方案分析及应用
来源:2015/10/31 22:41:09

0 前言

二氧化硫是空气污染的主要物质之一。国家相关部门对二氧化硫的排放要求亦是越加严格。目前烟气脱硫是控制二氧化硫排放的主要措施,其中湿法石灰石脱硫是当今世界各国应用最多和目前最成熟的工艺。烟气经过脱硫后,烟气中的二氧化硫含量大大减少,但脱硫工艺对烟气中少量的三氧化硫去除效果并不好。而湿法脱硫后,烟气湿度增加,温度降低,烟气中的三氧化硫会形成腐蚀性很强的稀硫酸液。脱硫烟囱内的烟气有以下特点:①烟气中水分含量高,湿度大。②烟气温度低,脱硫后的烟气温度一般在40~50℃之间,即使经GGH 加热器升温后一般也在80℃左右。③烟气中含有酸性氧化物,使烟气的露点温度降低。④烟气中的酸液浓度低,渗透性强,对烟囱结构有很强的腐蚀性。脱硫烟囱内烟气的以上特点,对烟囱设计有如下影响:①烟气湿度大,含有的腐蚀性介质在烟气压力和湿度的双重作用下,烟囱内侧结构致密度差的材料内部很容易遭到腐蚀,影响结构耐久性。②酸液的温度40-80℃时,对结构材料的腐蚀性特别强。以钢材为例,40-80℃时的腐蚀速度比在其他温度时高出约3-8倍。由以上影响看,在设计脱硫烟囱时,烟囱内壁的防腐蚀将是一项非常关键的工序,而且比排放普通未脱硫烟气的烟囱对防腐的设计要求要更高。故湿法脱硫必须配套烟囱防腐。

1 亚太纸业电厂锅炉及脱硫概况

广东亚太纸业电厂锅炉为2 台410 吨高压循环流化床锅炉,采用湿法脱硫工艺,不设GGH,不设旁路系统。其新建的混凝土结构烟囱高度为180m,烟囱顶直径为5.6m,底部直径15m,内表面积约4000m2。

2 烟囱防腐方案分析比较

烟囱内化学环境复杂,烟气含酸量很高。烟囱内化学物质会在在内衬表面形成的凝结物,对于大多数的建筑材料都具有很强的腐蚀性,所以对内衬材料要求有:抗强酸腐蚀能力;低渗透性以抗水汽渗透;良好的耐磨性,可经受介质高温冲击和气流长期冲刷(短时间耐220℃);良好的挠性,外壁挠曲变形小,不会产生裂纹;具有良好的粘附性,粘附牢靠,长久不脱落。良好保温性以保证具有良好的隔热保温功能。烟气温差变化大。湿法脱硫后的烟气温度在40-80℃之间,在脱硫系统内检修或不运行而机组运行工况下,烟囱内烟气温度在130-150℃。这要求内衬具有良好的热冲击性,以抵抗温度的频繁变化,使得烟囱在温度变化频繁的环境中不开裂并且耐久。因此,烟囱防腐处理主要是采用一些低渗透性、耐高温、耐磨、耐腐蚀、韧性好、热冲击性且使用寿命长的特种材料,贴衬或涂抹在烟囱内壁,形成一道屏障,隔离湿烟气与烟囱基底,从而防止在露点温度下凝结的酸液对烟囱的腐蚀,因此防腐材料的特性对防腐效果有着决定性的作用。方案可行性,投资成本,施工周期,运行维护等也应考虑到。目前,国内烟囱采用的主要防腐形式有:①混凝土+轻质泡沫玻璃砖内衬; ②混凝土+钢内筒+合金钢内衬;③混凝土+合金钢内筒;④混凝土+钢内筒+轻质玻璃砖内衬;⑤混凝土+耐高温鳞片树脂涂料;⑥混凝土+聚脲涂料;⑦混凝土+耐高温耐酸胶泥。

2.1 混凝土+轻质泡沫玻璃砖作内衬

该方案(下称方案①)是直接在混凝土烟囱内壁黏贴轻质泡沫玻璃砖,以泡沫玻璃砖作为防腐。轻质泡沫玻璃砖已有20 年以上的使用经验。在高温和高浓度的SO2和SO3气氛中有很强的抗腐蚀能力,可防止烟气中水份的渗透。泡沫玻璃砖厚度一般为38mm[1],强度高、重量轻、可直接粘贴在钢板、混凝土和砖面上(见图1)。施工时无须锚固,施工时间短,防腐效果可靠,维护量小,对地基影响极小。此外,该材料的绝热性很好,能起到烟囱保温的作用(见图2);具有良好的热冲击性,以抵抗温度的频繁变。

2.2 混凝土+钢内筒+合金钢内衬

该方案(下称方案②)是在混凝土烟囱内设一个钢内筒,钢内筒内衬合金钢板防腐。内衬材料包括镍基合金板(C-276、C22)、钛板(TiCr2)等合金是一种防腐性能很好的材料。特别是等级较高的C276, 点腐蚀,缝隙腐蚀率几乎为零,使用寿命长,耐压,耐高温,在钢制烟囱内使用,贴衬厚度为2mm 左右。这种合金贴衬的主要缺点是价格过于昂贵,AL-6XN,31 合金与C276 的单价均在数千元/平方米。此外,合金贴衬的施工要求非常高,焊接时的温度及其焊接方式都直接影响该材质的防腐效果, 一旦产生点腐蚀,缝隙腐蚀,腐蚀速率就会非常快。而且钢板内筒需要的施工期长,地基荷载大,烟囱直径需加大3 米。

2.3 混凝土+合金钢内筒

该方案(下称方案③)是在混凝土烟囱内部设置一个合金钢内筒,优点是可靠,但投资大,基础荷载大,且烟囱直径需扩大3 米。

2.4 混凝土+钢内筒+轻质玻璃砖内衬

该方案(下称方案④)是将方案⑵的合金钢内衬换成轻质玻璃砖,造价更高,且基础荷载大,施工期长。

2.5 混凝土+耐高温鳞片树脂涂料

该方案(下称方案⑤)采用耐高温的鳞片树脂涂料做烟囱的防腐材质,是一种较为经济的方案,鳞片树脂防腐的原理主要是迷宫效应,一般采用喷涂或镘刀涂抹的施工方法,但厚度较薄,仅为2mm 左右。鳞片树脂涂料价格较为经济,单价为合金材料的10%-20%,但是该材料的防腐能力较弱,耐高温性能较差,寿命较短,需要定期的检查、补缺。此外因为烟囱大多在正压情况下运行, 鳞片树脂易产生龟裂,施工过程中,对地基要求比较高,防火等级也较高。

2.6 混凝土+聚脲涂料

该方案(下称方案⑥)采用聚脲涂料做烟囱的防腐材质,也是一种较为经济的方案,一般采用喷涂的施工方法,厚度为1~3mm 左右,一次成形,不会受空气中水分或温度变化的影响,材料不易燃。施工采用喷涂方式,简单易行,时间短,材料对不同工况适应性较好。聚脲涂料价格也较为经济, 单价略少于鳞片树脂。聚脲材料抗腐蚀,抗冲击、耐磨性能好,高抗张强度,柔韧性好,对基底要求不高。但目前国内尚无应用业绩。

2.7 混凝土+耐高温耐酸胶泥

该方案(下称方案⑦)采用耐高温耐酸胶泥做烟囱的防腐材质,是一种最为经济的方案,该材料耐热性较高(300℃,恒温4h),质地较轻,耐火性能好,有一定的柔韧性,施工采用喷涂或手工涂抹。这种耐高温耐酸胶泥价格最低,单价略低于一般涂料,但是该材料的防腐能力较弱,寿命较短,需要定期的检查、补缺。其抗渗透性能不高、层次较多、结构比较复杂,在施工时需考虑挂泥措施,较为复杂,耗时较长。各方案技术性能指标对比见表1。

3 防腐方案工期及费用

分析上表技术性能指标,方案⑤、⑥、⑦在耐酸性、耐高温性、抗渗透性及使用寿命上均表现一般。从方案的可行性及后期的运行维护及运行安全性上分析来看,已不适合本项目湿法脱硫的要求。聚脲涂料方案目前国内没有投运业绩, 加之使用寿命一般,亦不适用。只有方案①、②、③、④比较符合亚太纸业电厂的要求。进一步比较如表2。

(1)方案①的缺点是玻璃砖可能掉落,此时就靠粘结剂层防腐,故需定期检查维护。但投资少,工期短。方案②、③、④因钢内套与水泥烟囱有间隙,只能腐蚀钢内套,不会损坏水泥烟囱,但投资较大,施工期较长。

(2)贴泡沫玻璃砖施工步骤为:在基材上涂刷胶结剂后直接粘贴泡沫玻璃砖,施工工艺简单,工期较短,更适合本项目的工期特点。而钛钢复合板内筒对制作、加工、焊接要求比较高,特别当焊缝处焊接不好时,酸性烟气容易通过焊缝泄漏并造成酸液积沉和腐蚀。图3 是贴泡沫玻璃砖现场施工的图片。

(3)泡沫玻璃砖衬里系统是最安全的烟囱防腐系统,25 年以上的使用寿命中几乎不需要维护, 使整个烟囱维护费用大大降低,泡沫玻璃砖在国外的最长使用年限已达到30 年。而采用钢内筒+合金钢内衬防腐的,福建漳州某电厂6 台600MW 级燃煤发电机组,共建有两座240 米高三管式烟囱。采用海水脱硫,不设烟气加热系统GGH,烟囱的钢内筒内表面,都衬贴了1.6 毫米的钛板或镍板用于抗稀硫酸液腐蚀, 单座烟囱总投资8000 万元, 用了三年后在一次检修时发现有两个腐蚀的大洞,主要是这种复合钛板接口焊缝处不好处理造成。

(4)泡沫玻璃砖自身性能优越。其厚度薄,对烟气流通面积影响较小,重量轻,使烟囱重量大大减轻,对结构造成的荷载增加非常有限。加之其良好的隔热性,无需再设置保温层,也缩短了施工工期。

4 结论

通过以上对比分析,广东亚太纸业电厂烟囱决定采用贴泡沫玻璃砖衬里作为烟囱防腐方案,为保证泡沫玻璃砖的施工质量,选择进口的胶黏剂。实际施工工期:50 天。使用结果:经过近1 年的使用后,检查烟囱内部,无发现泡沫玻璃砖脱落或起拱,即使是在烟气进口对面的冲刷部位,防腐砖层亦完整无损。


 
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