（宁夏宁鲁煤电有限责任公司灵州电厂 宁夏银川 750411）
摘要：随着湿法脱硫后烟囱运行环境的改变，产生大量的湿烟气对烟囱结构上体的腐蚀速度与干烟气相比明显增强，湿烟气对混凝土筒身的腐蚀影响是巨大的，如不及时处理，将给烟囱钢筋混凝土筒壁结构的安全运行带来隐患，直接威胁到烟囱结构的安全性能。因此，新形势下，出于考虑到脱硫对烟囱结构的影响，根据火电厂大气污染物排放标准的实施要求，以确保火力发电企业长期安全、稳定运行为指导思路，在火电厂改造的同时取消了烟气再热器（GGH），加装了新烟气除尘装置，从而改变进入烟囱内部的烟气参数，对脱硫烟囱防腐改造设计及材料的选择具有重要意义。
关键词：湿法脱硫；烟囱防腐蚀性能；改造设计
1湿法脱硫后烟气的腐蚀性
燃煤电厂采用电除尘进入烟囱的烟气在正常运行情况下，烟气温度在120℃～150℃左右。湿法脱硫后的烟气温度低：不设GGH时，烟气温度仅40℃～50℃左右，设GGH时，烟气温度可达80℃左右。烟囱内烟气温度的变化对烟囱带来的影响主要有：（1）由于烟气温度的降低，烟囱内壁面温度明显降低，低于烟气酸露点，产生凝结，结露形成的冷凝液为硫酸，也可形成氟化氢和氯化物，会对烟囱内壁产生腐蚀作用。其中烟气冷凝物中氟化氢和氯化物的存在将提高其对烟囱的腐蚀程度；（2）由于在脱硫装置正常运行时烟温低和事故停运旁路运行时的烟温高的温差极大，会导致烟囱的热应力发生改变；（3）由于烟温降低影响烟气抬升高度，从而影响烟气的排放；（4）由于烟温的降低，导致烟气密度增大，烟囱的自抽吸能力降低，这样会使烟囱内压力分布改变，造成正压区范围扩大，则烟气会通过内衬裂缝渗入到钢筋混凝土筒身内表面，导致承重结构腐蚀加速，直接威胁到钢筋混凝土烟囱筒体的结构安全。脱硫后的烟气腐蚀性不但没有降低，反而由于烟温的降低而大大增加了。按照“国际工业烟囱协会（CICIND）”的设计标准要求，湿法脱硫后的烟囱应按照强腐蚀烟气考虑烟囱结构的安全性。
2脱硫烟囱运行条件变化分析
根据《火电厂烟风煤粉管道设计技术规程》DL/T5121—2000标准和《烟囱设计规范》GB/T50051—2002规范中相关规定，无GGH时，烟囱排放的烟气属强腐蚀性烟气，具有关调研结果显示，此类烟囱面临的腐蚀情况严重。彻底拆除烟气旁路烟道、取消GGH、加装湿式电除尘器后，烟囱运行条件变化对脱硫烟囱防腐改造设计及材料选择的影响需进一步深入分析。
2.1温度交变的变化
取消烟气旁路和GGH前，烟囱排烟温度在80～140℃，烟囱内温度交变大。取消烟气旁路和GGH后，烟囱排烟温度稳定在50℃左右，烟囱内温度交变减小，对防腐内衬带来的不利影响有所降低，因此烟囱防腐技术应主要考虑材料性能、防腐设计以及防腐施工过程的合理性。
2.2冷凝液量的变化
取消GGH前，烟囱内的烟气温度约为80℃左右，为干烟气或半干烟气，烟囱内无冷凝结露现象。取消GGH后，烟气温度降至50℃左右，烟气中水蒸气为过饱和状态，进入烟囱后极易发生冷凝。烟囱中烟气冷凝量的计算方法多种多样，且较复杂，为了表述简单，本文采用热平衡法公式对凝结水量进行计算。
2.3冷凝液浓度
烟气经脱硫处理后，SO2含量虽有明显降低，但对SO3的脱除效果并不理想，导致烟气冷凝液酸性较强，pH值通常在1.5～3.0。本文对宁夏某电厂脱硫湿烟囱冷凝液成分与pH值进行检测，发现虽然经过脱硫处理，冷凝液的pH值依然高达2.0，同时，冷凝液中不仅存在H2SO4，还存在HCl，HF，HNO3等成分，导致烟囱面临的腐蚀环境更加严苛。
2.4增加湿式电除尘器的影响
2.4.1对污染物脱除效率的影响
由于湿式电除尘器进入国内时间短，无具体运行数据支持，所以本文以美国电力研究院（EPＲI）2004年对湿式电除尘器中的试验结果为参考，试验结果见表1。可见湿式电除尘器对粉尘去除效率很高，PM2.5的去除效率高达95%，SO3的去除效率高达70%，而对于HCl、HF及SO2去除效果相对一般。
表1不同污染物脱除效率污染物种类
2.4.2对烟囱中冷凝液的影响
脱硫烟气经过湿式电除尘器后过饱和的水被去除，但并未完全脱除，烟囱中烟气冷凝量减少不多，所以烟囱内的烟气冷凝量依然很大，烟囱中烟气每小时冷凝液量仍在数吨以上。
2.4.3对冷凝液浓度的影响
由于对SO3的去除率高于其他酸性介质，所以本节简化计算，做出以下假设：烟囱中冷凝液量保持不变，冷凝液中H+均由SO3溶解电离提供。根据相关统计，未采取湿式电除尘器的烟气冷凝液pH值为1.5～3.0，本文按1.5进行计算，假设SO3脱除效率可达80%。
（1）原冷凝液中H+物质的量浓度估算
H+物质的量浓度c（H+）与pH值的计算公式：
pH=-lg［c（H+）］；根据公式可知，当pH=1．5的情况下，［c（H+）］=10-1．5mol/L。
（2）湿式电除尘后的冷凝液pH值与H+物质的量浓度估算
当SO3脱除效率为80%时，假设溶于冷凝液的H+物质的量浓度成比例减少，则现有冷凝液H+物质的量浓度为0.2×10-1．5mol/L，通过上述公式计算得到pH值约为2.2，亦属于强酸的范畴。综上所述，无论是否增设湿式电除尘器，烟囱均面临着强腐蚀性介质的影响，烟囱防腐依然是火电厂需要重视的问题。
3脱硫烟囱防腐技术及材料优选研究
3.1新形势下烟囱防腐改造技术及材料要求
影响防腐技术成功应用的主要因素有：防腐材料本身性能，防腐设计，防腐技术施工以及烟囱烟气的运行状况。在新形势下，烟囱部分运行条件将发生变化，新变化对防腐提出新要求具有重要意义。
3.1.1材料性能的要求
由于烟气温度范围趋于稳定，防腐材料的高温性能显得不再重要，同时材料对温度大范围交变的敏感性要求也有所降低，所以在这种情况下防腐材料的选择范围也有所扩大。选择材料时，首先应着重考虑材料在较低温度范围内的防腐能力、材料与基体间的结合强度、材料与基体间的热膨胀系数差以及材料在小范围温度内的热交变敏感性；其次，烟囱结构也是材料选择必须考虑的重要因素之一，对于悬挂式钢筒烟囱、砖套筒烟囱以及单筒式烟囱，应在考虑机组运行情况下选择以往表现更稳定的技术。而对于自立式钢筒烟囱，由于结构简单，材料选择可在考虑机组运行情况的前提下选择符合上述要求的性价比较高的防腐技术。
3.1.2防腐设计的要求
防腐设计过程与防腐材料的选择是相辅相成的，在设计过程中应主要依据材料自身的防腐性能、机组运行状况、烟囱结构形式、尾部设施的配备及烟囱剩余寿命等选择合适的防腐技术。设计前应对防腐材料的性能特点有充分的了解，并严格规定在施工过程中选用材料的性能参数与用量，尽量避免火电厂在招标或施工过程中由于材料把关不严及用量不明导致施工用材的先天性缺陷。同时应充分考虑材料与烟囱基体间的结合特性，重点对烟囱牛腿、膨胀节以及阴阳角处等异形结构进行合理设计。
3.1.3防腐施工过程的要求
在防腐施工过程中严格按照施工设计方案进行，确保施工工艺满足防腐材料的工艺要求，同时应最大限度地限制施工单位对方案进行变更。不管是新建烟囱防腐工程还是烟囱防腐改造工程，做好配套的防腐设计和施工过程管理工作是工程实施的关键。
3.2烟气脱硫烟囱、烟道防腐材料分析
烟气脱硫系统对材质的耐腐蚀、耐磨、耐温、抗渗透要求极为严格，研究和选择合适的耐腐蚀材料是工程师们长期努力的目标。目前，烟气脱硫烟囱、烟道一般采用的防腐材料主要有如下几种。
3.2.1陶瓷玻化砖
陶瓷玻化砖在烟囱防腐改造中的应用主要由三层结构组成，其在烟囱筒体内首先用 120 mm 厚的陶瓷玻化砖作为砌筑层，采用耐酸胶泥粘结、而后用50 mm 厚的陶瓷玻化砖作为贴面层，采用弹性耐酸粘结剂粘结。
（1）陶瓷玻化砖是将废淤泥、废矿渣、废陶瓷片、具有膨胀性能的原生矿物混合物、烧结改性剂按一定比例搅拌均匀后，破碎混合，球磨 16 ～ 24 h，成型干燥，经过1100 ～ 1250 ℃ 烧制，生成容重 0.3～ 0.8 g / cm3的高粘度的玻璃陶瓷制品。
（2）耐酸胶泥主要由无机材料水玻璃和耐酸水泥按照 100∶15 的配合比调制而成，主要用于烟囱壁板封闭层的涂刷及 CLT－Ⅰ陶瓷玻化砖的砌筑，具有耐酸度高、粘性强、抗渗能力优良等特点。
（3）弹性耐酸粘结剂主要采用有机硅为主体材料，具有优异的耐候性、耐高温及耐酸性能，涂覆在混凝土表面、钢板料上，能够始终保持其延展性，在大幅度剧烈混度梯度变化环境下，与筒体基面保持牢固的粘结，主要用于CLT－Ⅱ陶瓷玻化砖贴面粘结剂。
3.2.2泡沫玻璃砖
泡沫玻璃砖是以磨碎的玻璃粉和石英砂为主要原料，加入特殊的玻璃发泡剂，经高温熔融、烧结和退火等工艺而制成的一种具有保温、防腐、吸声降噪等功能的环保材料。具有抗渗透效果好、导热系数小、阻燃、抗老化、耐酸碱（（HF除外）、耐高温等特点。同时，它还具有适用温度范围广（-190℃~450 ℃），可用于急冷、急热工况以及可应用于高强度腐蚀环境的优点，具有极佳阻燃防火能力和绝热保温功能。用于烟囱防腐的泡沫玻璃砖主要是耐酸硼硅质泡沫玻璃砖，该工艺操作简单易行，同时对烟囱内衬系统提供了三重保护。
（1）底层为耐温涂料，该涂料由双组份构成，其主要成份为环氧树脂，该涂料具有极强的附着力和耐温性，其耐温能力可达200℃，且干燥时间快，强度大、抗磨擦，施工简便。
（2）中间层为耐酸粘结剂，主要成分为硅橡胶，是由高分子量的线性聚硅氧烷与填料及其它添加剂混合而成。该粘结剂具有优良的耐高低温特性（-50℃~300℃），粘结强度高，不含溶剂，环保性好等特点。用于泡沫玻璃砖与烟囱内壁间的粘接，以及玻璃砖之间的相互粘接。
（3）防腐内衬的外层即为泡沫玻璃砖结构，这种三重保护结构能够提供有效的防腐保护。虽然砖缝间的粘结剂耐热氧老化性能不如泡沫玻璃砖，但是由于橡胶的导热系数很低，51mm砖缝间的粘接层，即使外层发生老化，失去弹性，内层粘结层依然有效。
该种防腐体系在国外已有优良业绩，国内则兴起得较晚，直到近几年才比较广泛地运用于新建烟囱和已建烟囱改造的防腐体系中。目前，泡沫玻璃砖内衬体系主要依赖于进口，使得该种防腐体系的造价偏高。
3.2.3 GDAPC杂化聚合材料
GDAPC杂化聚合材料防腐系统，是国内防腐企业根据烟囱防腐的特点开发研制的新型材料。该材料经过了国家玻璃钢质量检测中心、国家塑料质量检测中心的检测，其具有耐腐蚀、高强度、耐高温等性能指标。GDAPC杂化聚合材料防腐系统的关键技术是基于高压杂喷工艺将杂化聚合物喷涂在钢内筒上，其主要以下几点优势。
（1）形成钢基体+GDAPC底涂层+GDAPC杂化聚合结构层+GDAPC耐磨面层的完整内衬层，使钢简内壁完全处于防腐层的保护之下。因其材料不含羟基、酯基等薄弱基团，因而具有很强的抗腐蚀性和柔韧性。
（2）GDAPC底涂层的粘强度高，与钢基体结合牢固，试验粘接强度达8Mpa。同时GDAPC杂化聚合材料具有与钢基体接近的线膨胀系数，经120h的O℃~180℃极冷、极热循环试验后，防腐层与钢基体结合牢固，无剥离现象。
（3）GDAPC杂化聚合材料整体喷涂工艺的适应性好。可常温固化，能够在钢内筒表面形成连续、完整、无缝的防腐内衬。操作时，首先进行筒壁基体的喷砂处理，然后进行GDAPC底涂层、GDAPC杂化结构层与面层的施工，整个施工过程中无接缝，保证防腐层成为一个整体，最终将钢内筒完伞包覆，起到良好的保护作用。
（4）防腐层具备致密的杂化交联和表面封孔结构，试验吸水率为0.3%，水蒸汽的渗透系数为3.4×10-15g.cm/（cm2.s.Pa），可以有效抵制湿烟气的渗透破坏。
3.3新型烟囱、烟道防腐材料
3.3.1 TNL-烟囱专用耐高温防腐抗渗处理剂
TNL-烟囱专用耐高温防腐抗渗处理剂（高强耐磨型）主要由酚醛乙烯树脂，有机硅单体树脂，无机玻璃鳞片、高温黑、蛭石粉、助剂等组成。该材料分为两组分，配合固化剂10：0.55使用，耐高温、防腐抗渗、耐急冷急热、耐湿热、耐老化，完全符合脱硫后烟囱运行工况要求。产品特点：（1）具有极强的附着力，适应不同材质的烟囱内衬基材；（2）适应干、湿和高、低温烟气交替运行工况；（3）具有良好的耐酸腐和抗渗功能，防止烯酸烟气渗透；（4）具有膨胀可塑的延伸型，可调节、化解不同材料的热膨胀；（5）具有良好的抗老化性能。
3.3.2烟囱防腐材料—KY2耐酸胶泥
该材料主要用于湿法脱硫耐酸砖内筒烟囱内衬防腐。涂层耐温性及耐酸性能好、附着力强、使用寿命长（20年以上），可以承受高低温烟气的长期冲刷和急热急冷工况下的长期作用，是湿法FGD后排放净烟气的烟囱内衬防腐的专用涂料材料。KY2耐酸胶泥涂料是以优质高硅粉、分散剂、固定剂以及细粒料等为原料，按一定比例科学配制而成，它具有以下优良特性：优良的耐化学介质，耐高温湿态腐蚀性气体性能；极低的水蒸气渗透率、硬化收缩率低、线膨胀系数低；能承受高低温烟气的长期冲刷和急热急冷之工况；极佳的耐磨性；良好的粘接性；常温硬化，成型施工简单、修补容易。
3.4各种防腐材料性能的比较分析
通过对上述材料的研究分析发现，陶瓷玻化砖防腐材料具有质量轻、耐酸腐蚀性较强、具有较好的膨胀性以及耐高温等特性，施工简便，易维护；泡沫玻璃砖通过添加特殊的玻璃发泡剂，经高温熔融、烧结和退火后形成的一种具有保温、防腐、吸声降噪等功能的环保材料，同时还具有良好的抗渗透效果、导热系数小、阻燃、抗老化、耐酸碱（（HF除外）、耐高温等特点。适应与不同环境工况施工，操作工艺简单易行；GDAPC杂化聚合防腐材料是近些年国内开发研制的新型材料，该材料具有抗腐蚀、耐高温以及高强度等性能指标。GDAPC杂化聚合防腐材料主要通过高压将杂化聚合物喷涂在钢内筒上，其粘接强度高达8Mpa，可适用于O℃~180℃不同温度环境下的施工操作，可实现喷涂无缝操作，对钢内筒形成一个整体防护作用，且喷涂不宜脱落；而对于TNL-烟囱专用耐高温防腐抗渗处理剂和KY2耐酸胶泥而言，两种材料都具有较好的耐高温、防腐抗渗、耐急冷急热、耐湿热、耐老化以及耐磨性等优势，同时还具有较好的粘结性，该材料主要用于湿法脱硫耐酸砖内筒烟囱内衬防腐，操作简单，易维护。
总之，火电厂脱硫湿烟囱的安全、稳定运行对电厂整体安全经济运行越来越重要，而烟囱内衬防腐性能的好坏是脱硫湿烟囱安全运行的关键。因此，在进行湿烟囱防腐改造过程中，应首先对改造烟囱的结构、烟气参数、冷凝液参数等情况进行深入分析后，再选择适合的防腐技术以及性能优越、成本低、易操作的防腐材料。同时应加大对防腐技术实施方案的重视，尤其是重要部位实施的科学性，通过对整个改造施工进行全方位的控制，以此保障材料的质量以及设计方案的落实，为机组的安全运行赢得了保障。
参考文献：
[1]李吉娃，李煜.火力发电厂在役机组湿法脱硫改造后烟囱腐蚀环境分析和防腐蚀改造技术研究[A]..《工业建筑》2015年增刊Ⅱ[C].：，2015：3.
[2]张林俊.无GGH湿法脱硫新建单筒烟囱防腐蚀设计探讨[J].工程建设与设计，2012，S1：83-85.
[3]解宝安，王福宝.火电厂“单筒式”烟囱钢筋混凝土筒壁脱硫运行后渗漏腐蚀的修复、加固和改造方案浅析[J].武汉大学学报（工学版），2012，S1：269-275.
[4]关鑫源，于沛东，修立杰.杂化聚合材料在湿法脱硫烟囱防腐中的应用[J].电站辅机，2013，03：37-39+47.
[5]孙锋，马克义，庞庆会.采用玻璃钢解决湿烟囱防腐的新途径[J].武汉大学学报（工学版），2010，S1：278-281.
[6]李树增.耐热改性聚脲材料在电厂锅炉烟气脱硫系统烟囱防腐中的应用[J].科技风，2010，24：161-162.
[7]何佳杰，向贤伟.湿法烟气脱硫中烟囱腐蚀及其防腐材料研究现状[J].环境技术，2011，04：33-36.
[8]梁磊.火电厂脱硫烟囱陶瓷玻化砖防腐应用研究[J].东北电力技术，2013，11：30-33.
论文作者:姜杰峰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/24
标签：烟囱论文; 烟气论文; 材料论文; 耐酸论文; 耐高温论文; 湿法论文; 玻璃砖论文; 《电力设备》2017年第21期论文;