火电厂烟囱防腐方案及内筒材料比较分析

火电厂烟囱防腐方案及内筒材料比较分析

李 海

中国电建集团江西省电力设计院有限公司 南昌 330096

摘要：本文论述了火力电厂烟气采用湿法脱硫条件下，烟气对烟囱内衬腐蚀特性，列举了烟囱结构选型及防腐内衬材料的选择。通过对国内烟囱腐蚀情况的调查、分析，对烟囱的内筒材料进行了详细技术和经济比较。

关键词：火电厂烟囱、防腐、内筒材料

Comparison and analysis of anti-corrosion scheme and inner tube materials of chimneys in thermal power plants

Li Hai

（Powerchina Jiangxi Electric Power Engineering Co.,Ltd Nanchang 330096）

Abstract: This paper discusses the corrosion characteristics of flue gas to chimney lining under the condition of wet desulfurization of flue gas in thermal power plant, and lists the selection of chimney structure and anticorrosive lining material. Based on the investigation and analysis of the corrosion of the chimney in China, the detailed technical and economic comparison of the inner tube material of the chimney is made.

Key words: Power plant, corrosion prevention, lining material

1 湿法脱硫对烟囱的影响

湿法脱硫工艺主要流程是：锅炉的烟气从引风机出口侧的烟道接口进入烟气脱硫(FGD)系统。烟气经过湿法脱硫后，虽然烟气中的SO₂的含量大大减少，但对造成烟气腐蚀主要成分的SO₃脱除效果并不好(约20%)。因此，烟气脱硫后，对烟囱的腐蚀隐患并未消除；相反地，脱硫后的烟气环境(低温、高湿等)下，烟气湿度增加、温度降低，烟气极易在烟囱的内壁结露。

脱硫烟囱内烟气的上述特点，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易遭到腐蚀，影响结构耐久性。

(2) 低温高湿稀酸比高浓度的酸液腐蚀性更强。

(3) 酸液的温度在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它温度时高出约3～8倍。

“国际工业烟囱协会（CICIND）”在其烟囱设计标准中有这样的论述：燃煤电厂脱硫烟囱虽然在脱硫过程中已除去了大部分的氧化硫，但在脱硫后，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，即我们常说的强腐蚀性烟气等级。基于此，烟囱应按强腐蚀性烟气等级来考虑烟囱结构的安全性设计。

2 湿法脱硫烟囱防腐方案的选择

按照国内现行《烟囱设计规范》GB50051-2013的规定：当排放弱腐蚀性烟气时，可采用普通单筒式烟囱，但应采取有效防腐措施；当排放中等腐蚀性烟气时，可根据烟囱的重要性既可采用套筒式或多管式烟囱；当排放强腐蚀性烟气时，宜采用套筒式或多管式烟囱。电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规程》DL5022-2012的要求：当排放强腐蚀性烟气时，一般应采用套筒式烟囱，即把承重的钢筋混凝土外筒壁与排烟内筒分开，避免由于排烟筒可能渗漏，使钢筋混凝土外筒壁承重结构与强腐蚀性烟气直接接触而产生腐蚀。因此，套筒式烟囱是应对高腐蚀性烟气的常用选择。

3 内筒材料的选择对比分析

3.1 近期湿法脱硫烟囱运行情况调研

目前火力发电厂烟气湿法脱硫系统投运不少，烟囱腐蚀的问题相继暴露出来。通过对各种类型烟囱结构及防腐内衬材料的使用状况进行调研，调研结果显示：

(1)复合钛板钢内筒烟囱防腐内衬总体使用情况良好。部分工程有轻微腐蚀痕迹，局部有钛板表面氧化膜破损表现。复合钛板搭接接头焊缝缺陷，局部冷凝水反渗现象，是施工质量的常见问题，复合钛板贴条背面是空的，当焊缝缺陷，冷凝水渗入量大的话，腐蚀影响区域可能比较大。

图3-1 钛钢复合板内筒使用情况

(2)钢内筒Henkel玻璃砖防腐内衬系统完好，没有破损、开裂现象，能基本满足湿烟囱排烟筒运行要求。

Henkel玻璃砖耐冲刷性能较弱，钢内筒烟道入口段Henkel玻璃砖表面外敷Henkel胶黏剂，主要是保护玻璃砖的。从调研看，经过5年的运行，还能有效保护玻璃砖，但其耐久性有待进一步跟踪观测。

图3-2 钢内筒Henkel玻璃砖防腐内筒使用情况

(3)钢内筒国产玻璃砖防腐内衬烟囱使用情况不理想，由调研可知，以目前的国产玻璃砖防腐内衬系统的材料性能及施工质量，是不能满足湿烟囱运行要求，需进一步提高原材料玻璃砖、黏结剂的性能及施工的核心技术。

图3-3 钢内筒国产玻璃砖防腐内筒使用情况

(4)钢内筒玻化砖防腐内衬烟囱总体使用情况基本满足运行要求，但有部分工程烟囱内衬表面均存一定程度的冷凝液反渗现象，表明存在玻化砖缝胶体不密实情况；分析原因是玻化砖系统现场施工与Henkel公司的质量控制水准相比，有一定区别，还有施工工艺造成的防腐专用胶饱满密实缺陷。

图3-4 钢内筒玻璃磷片防腐内筒

(5)钢内筒玻璃磷片防腐内衬烟囱使用情况不理想，机组运行后，维护工作量较大。烟囱内衬检修需进行高空作业，维护工作复杂；此外，该类型防腐材料的实际使用寿命有限，且受防腐施工工艺的影响较大。

(6)耐酸钢内涂防腐涂料的防腐形式具有施工方便、施工质量易于保证的优点，目前，国内采用耐酸钢内涂防腐涂料的烟囱出现的问题比较多，防腐涂料本身具有较好的防腐性能，但由于涂料涂于钢内筒上，厚度较薄（薄型涂料厚度仅有800μm左右），不具备保温隔热的性能，在烟气温度发生变化时，钢内筒随着产生变形，特别是在锅炉启动或烟气通过旁路进入时烟囱的变形很大，这时，内衬的防腐涂料就非常容易产生开裂、起皮、脱落等现象，从而造成烟气对钢内筒的腐蚀。

3.2 内筒材料选择对比

目前国内烟囱内筒按材料可分为砖内筒、钢内筒与玻璃钢内筒三种。目前国内烟气经脱硫后，砖内筒腐蚀现象严重，造成检修周期短，增加较多后续费用，砖内筒烟囱不适用于湿法脱硫工况，不作讨论。下面主要介绍钢内筒和玻璃钢内筒烟囱。

3.2.1 钢排烟内筒

钢内筒采用复合钛钢板、Q235B钢+轻质玻化陶瓷砖内衬或Henkel防腐发泡玻璃砖内衬，可用于湿法脱硫烟囱。

（1）复合钛钢板内筒

钢内筒由厚度为10～20mm的钛复合钢板卷成弧形后焊接而成。钢内筒外面沿高度每6m左右间隔设置一个刚性环(Ｔ型钢或加劲角钢)。在检修平台和吊装平台标高处设有钢内筒稳定装置，以保证钢内筒的横向整体稳定。钢排烟内筒外侧设置厚度100mm保温层，烟囱顶部平台以上部位的钢内筒保温层外须用不锈钢板包裹。

需要注意的是，钛板与碳钢不宜直接焊接，因其相融形成的金属是不耐腐蚀的。因此，钢内筒钛板可采用现场挂贴或爆炸复合两种方式。因挂贴工艺可能会导致钛板发生“呼吸”现象，以至疲劳破坏，故推荐采用爆炸复合工艺。

（2）轻质玻化砖内衬和Henkel防腐发泡玻璃砖内衬

美国Henkel公司开发采用防腐发泡耐酸玻璃砖作为烟囱内筒内侧的保温防腐材料用于脱硫电厂,钢内筒内内侧设38mm～50mm轻质防腐砖，其不但能抗酸、耐碱，同时具有容重低、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。防腐砖由专用的粘合材料直接粘贴于钢内筒内表面，并且由于粘合材料对防腐砖间的填缝，阻断了烟气对烟囱结构的腐蚀。由于轻质防腐砖的优越保温性能，钢排烟筒外侧不设保温层。由于防腐砖之间的缝隙由韧性的粘合材料填充，钢内筒内侧内衬对温度变化的适应能力较强，能适应脱硫工况交替变化运行而引起的温度变化。

国产泡沫玻璃砖是以碎玻璃为主要原料，加入发泡剂、外掺剂，高温发泡成型制成的一种轻质多孔玻璃材料。玻璃砖内部形成独立的封闭微小气孔结构，集传统隔热保温于一体，它不吸水、导热系数小、耐酸碱(氢氟酸除外)，是良好的内衬材料。

国产泡沫玻璃砖本身的耐酸防腐性能是不容置疑的，其配套的粘贴胶料经有关机构检测，各项性能指标与宾高德粘胶膜(专用粘合剂)相当，但抗老化和耐温性尚待工程考验。粘贴施工质量对防腐性能影响很大，经统计，很多烟囱因为砖缝渗透腐蚀引起内筒破坏，工程可靠度较低。

（3）耐候钢内喷涂防腐混凝土防护层

钢内筒内表面浇筑或喷射一道耐酸耐热浇筑料防腐层。浇筑料以密实型钠水玻璃、钾水玻璃或以耐蚀高分子化合物胶为结料，另加耐酸粉料和耐酸骨料等组成防腐内衬，防腐层内配有钢筋网，并与钢内筒有锚筋联结。且在钢内筒结构设计计算时，应预留2~3毫米厚度的腐蚀富裕度。

该方案防腐层自重较大，同时，在钢排烟筒安装完成后，从上到下全程喷涂，施工工艺复杂，施工条件相对较差。尽管在耐酸浇筑料中配置了钢筋网，但其致密性及耐腐蚀性较金属要低，在机组多次起停和季节温度的影响下，防腐层会有细小裂缝出现，冷凝的酸液有可能渗透到钢排烟筒内表面形成腐蚀。但在排烟筒内表面喷涂50～80mm耐热耐酸混凝土后再喷1.0~1.5mm厚乙烯基脂玻璃鳞片树脂，可以较有效的预防上述腐蚀现象。根据日本东电设计交流资料，采用耐酸浇筑料内衬做法可用于脱硫电厂烟囱，其经济性、综合性价比高于钛钢复合板和镍基合金。

3.2.2 玻璃钢内筒

玻璃钢(FRP)由有机的耐高温树脂和纤维组成，具有很好的耐腐蚀性。烟气温度对玻璃钢造价和性能均有很大影响，耐高温要求越高，材料成本也高。且随着温度的升高，其耐腐蚀及使用寿命将会降低。但在具体的应用中要确保玻璃钢烟囱工程的质量，以避免国产轻质玻璃砖，简单仿制国外Henkel防腐玻璃砖系统，造成脱硫湿烟囱问题多发。

4 内筒方案技术经济比较

根据烟囱的运行条件，针对单管钢内筒内涂耐热耐酸涂料、玻璃钢内筒、单钢内筒内衬钛合金板、国产玻璃砖这四种防腐方案进行技术经济对比，比较见表4-1：

表4-1：技术经济比较表

6 结论

脱硫后烟气为强腐蚀性，按有关规程规范要求宜采用承重外筒和排烟筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触的烟囱型式即套筒式形式。

经上述各方面论证比较可知，钛合金板内衬钢内筒双内筒套筒式烟囱，耐腐蚀性能优良，有较长的运行业绩，具有可检查维修条件，但价格最为昂贵。

Q235B钢内筒衬陶瓷泡沫玻化砖或国产泡沫玻璃砖，砖的耐腐蚀性能可以肯定，但国产粘结剂的抗老化能力、耐久性和耐高温性能都有待时间的考验，其性能不稳定，近年来出现质量事故较多，且与耐酸钢内筒涂耐热耐酸涂料烟囱相比价格较高。

耐酸钢内筒涂耐热耐酸涂料双内筒套筒式烟囱，由于耐酸钢本身具有一定防腐性能，再涂耐酸防腐涂料，其防腐性能可满足本工程烟囱在各种运行条件下的要求，且采用双筒方案，具有可检查维修条件。在已运行的工程中，该方案出现防腐失效的原因在于除锈、涂料的施工质量没有得到保证。只要在施工过程严格控制质量，选择质量信誉好的耐酸耐热涂料厂家，其耐腐蚀性能是可以保证的。

玻璃钢内筒具有一定维修的条件，耐腐蚀性能突出，后期维护工作量小，目前存在风险主要是国内应用业绩相对较少，造价较高。

参考文献：

[1]钱海燕, 孔庆刚. 燃煤电厂烟气脱硫技术发展现状[J]. 环境导报, 1999 (6):11-14

[2]宋晓红,李刚. 湿式脱硫后烟气造成烟囱腐蚀的机理分析与预防措施[J].河北电力技术, 2000, 19 (6): 28-30

[3]许悠佳,毛培. 嘉华电厂不设GGH 湿法脱硫烟囱防腐改造探讨[J]. 电力环境保护, 2008, 24 (2): 6-8

[4]陈素珍,牟红. 白马电厂23 号机组烟囱防腐材料选择[J]. 电力环境保护, 2008, 24 (1): 25-27

[5]徐磊. 北仑发电厂三期2×1000 MW工程烟囱防腐选型分析[J]. 浙江电力, 2008, 27 (3): 66-68

[6]李守信, 赵毅, 王德宏. 烟气脱硫系统的防腐蚀问题[J]. 华北电力大学学报, 2000, 27 (4): 70-74

[7]陈彪, 李彩华. 燃煤机组湿法烟气脱硫后烟囱的腐蚀与防腐问题探讨[J].电站系统工程, 2007, 23 (6): 31-33, 35