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    煙囪內襯防腐的分析是什么?

    發布日期:2019-1-10 14:00:52    人氣:5    欄目:技術知識

    煙囪內襯防腐

      關于煙囪內襯防腐的分析:

      摘要:隨著我國環保標準的提高和大眾環境意識的增強,從2002年開始,國內新建火力發電廠都要求進行煙氣脫硫處理,煙氣腐蝕程度也因此大幅提高,原來傳統的煙囪防腐已經不能滿足煙氣脫硫后的運行工況。煙囪是火力發電廠建設的重要組成部分,對煙囪內筒防腐系統的選擇是否合適,不僅影響工程造價和建設工期,而且對于火電廠的安全經濟運行具有重要的影響。本文通過對火力發電廠常見煙囪內筒防腐系統的較詳細介紹,并結合工程實例進行了綜合的技術經濟比較分析,確定出技術可行、經濟合理的煙囪內筒采用鈦鋼復合板防腐系統的方案。

      關鍵詞:脫硫煙囪;內筒防腐;分析

      1、煙囪內筒防腐介紹

      我國火力發電廠在早期未對煙氣進行脫硫,排放的煙氣腐蝕性相對較低,隨著國家環保標準的提高和大眾環境意識的增強,從2002年開始,國內新建火力發電廠都要求進行煙氣脫硫處理,煙氣腐蝕程度也因此大幅提高,原來傳統的煙囪防腐形式已經不能滿足煙氣脫硫后的運行工況。

      1.1濕法脫硫煙氣的特點

      我國火力發電以燃煤為主,燃燒過程中排出粉塵、二氧化硫、氮氧化物等大氣污染物。燃煤煙氣中的二氧化硫是形成酸雨的主要成分,目前國內外燃煤火電廠中煙氣脫硫是控制二氧化硫排放的主要措施,而其中石灰石-石膏濕法脫硫是當今應用最多和最成熟的工藝。

      采用濕法脫硫工藝,可使煙氣中的SO2的含量大大減少(脫除效率≥90%),但對造成煙氣腐蝕主要成分的SO3脫除效率并不高,僅在20%左右。因此煙氣脫硫后,雖然能使大氣環境得到改善,但對煙囪的腐蝕隱患并未完全消除,而且對煙囪的抗腐蝕性能提出了更高要求。

      脫硫后的煙氣環境變得低溫高濕,使煙氣溫度低于酸露點溫度,煙氣含水量增大,煙氣上升中在煙囪內壁會出現結露現象;煙氣密度增加,自拔力減少,煙囪內的煙氣壓力升高而形成正壓,加劇煙氣外滲;脫硫后的煙氣中單位體積的稀硫酸含量相應增加。

      在不設置GGH煙氣加熱系統時,脫硫后的煙氣溫度一般在40℃~50℃之間,濕度大且處于飽和狀態,煙氣易于冷凝結露并在潮濕環境下產生腐蝕性的液體,使得煙囪內壁長期處于浸泡狀態。設置GGH煙氣加熱系統可升高脫硫處理后排放的煙氣溫度(約80℃及以上),以減緩煙氣冷凝結露產生的腐蝕性液體(弱酸)。設置GGH后,脫硫區占地面積增加,連接煙道加長,系統阻力增加,設備投資增大,除GGH本體外還需配置許多輔助設施,相應增加了系統電耗,設備維護工作量增大,且GGH(回轉式)在運行中積灰、結垢嚴重,影響了整個脫硫裝置的正常運行,故2006年后建造的脫硫裝置幾乎取消了GGH系統。

      綜上所述,煙氣脫硫后對煙囪的腐蝕隱患并未真正消除:煙氣濕度大,含有腐蝕性介質的煙氣在壓力和濕度梯度的雙重作用下,煙囪內側結構致密度差的材料內部很容易遭到腐蝕,影響結構耐久性;低濃度酸液比高濃度酸液的腐蝕性更強,酸液溫度在40℃~80℃時,對結構材料的腐蝕性特別強。因此,排放濕法脫硫煙氣的煙囪比排放未經濕法脫硫的普通煙氣的煙囪對防腐蝕設計的要求高很多,濕法脫硫煙氣屬于強腐蝕性煙氣,煙囪內壁的防腐措施應進一步加強。

      1.2煙囪腐蝕的機理

      腐蝕是材料與其所處環境間的物理化學作用而導致材料功能受到損傷的現象。在一個腐蝕系統中,對材料行為起決定作用的是化學成分、結構和表面狀態。在腐蝕過程中,如伴有機械應力的作用,則將加速腐蝕從而出現一系列特殊的腐蝕現象。

      一是化學腐蝕。煙氣中對鋼結構有腐蝕作用的成分主要是SO2、SO3、HF、HCL、CO2、水汽等,濕法脫硫后煙氣中含有足夠的水分,煙囪內壁產生的酸性液體會與金屬材料發生化學反應,生成可溶性鐵鹽,對煙囪產生嚴重的腐蝕作用。

      二是電化學腐蝕。煙氣中殘余的水及電解質在煙囪內表面形成原電池,存在著陽極反應和陰極反應,并伴有電流產生,使金屬逐漸腐蝕,特別是在焊縫處更容易發生。

      三是結晶腐蝕。用石灰石漿液吸收SO2后生成可溶性硫酸鹽或亞硫酸鹽。脫硫系統正常運行時,煙氣中夾帶的大量未經除塵或未被除凈的脫硫產物隨著高速流動的煙氣進入吸收塔出口煙道與煙囪連接處,在慣性作用下,這些顆粒會附著于煙囪與煙道連接處的對面,部分液體滲透到防腐表面的毛細孔內。當系統停止運行時,這些液體在自然干燥下生成結晶鹽,同時體積膨脹,破壞防腐材料,使其蛻皮、疏松、破裂損壞。

      四是磨損腐蝕。煙氣中固體顆粒與煙囪表面發生湍動摩擦,煙囪不斷被磨損,加速腐蝕過程,使得煙囪筒壁逐漸變薄。

      1.3目前國內脫硫煙囪防腐情況

      根據行業相關研討會議對近5年來脫硫煙囪防腐情況所進行的調查,我國脫硫煙囪防腐工程實際使用情況為:

      一是采用鈦板或鈦鋼復合板的套筒式煙囪的運行情況良好,但在施工時應嚴格檢查焊接點,避免漏焊造成焊接處發生腐蝕。

      二是在鋼內筒炔捎謎程進口賓高德煙囪防腐內襯系統的煙囪運行情況良好,但各粘接塊材防腐方案均應保證粘接劑飽滿,應對粘貼量大、高空作業等方面的措施要確保到位。

      三是采用泡沫?;u或耐酸膠泥砌筑耐酸磚的套筒式煙囪,在設置GGH的工況下運行情況良好。

      四是采用整體澆筑料的煙囪在調查時未發現裂縫、沖刷及酸液滲漏現象,運行情況良好,但仍然有待進一步觀察。

      五是在鋼內涂玻璃鱗片、聚脲、OM涂料、薩維真而導致煙囪防腐受到損壞的情況較多;采用RHF煙囪專用防腐涂料的煙囪運行情況基本良好。

      1.4內筒防腐系統選擇分析

      選擇適合運行工況的防腐系統,對電廠的安全經濟運行至關重要。目前采用的煙囪內筒防腐系統主要有以下幾種:

      一是涂料類防腐系統。根據調查,在鋼內筒涂玻璃鱗片、聚脲、OM涂料、薩維真而導致煙囪防腐受到損壞的情況較多;采用RHF煙囪專用防腐涂料的煙囪運行情況基本良好,它是以特種合成樹脂和功能性材料為主要原料,添加功能性防腐蝕顏料和助劑等配制而成的高性能防腐涂料,已經通過國家涂料檢測中心的檢測,在耐酸、耐熱、耐溫變等方面能夠滿足煙囪內壁對脫硫煙氣的防腐蝕要求(無論是否加設GGH)和非正常工況條件下對煙囪內壁的耐熱、防腐等性能要求,在耐磨性、粘結性和施工性等方面也具有較優異的特點。

      二是整體澆筑料防腐系統。根據調查,未發現裂縫、沖刷及酸液滲漏現象,運行情況良好,但仍然有待進一步觀察。它是用耐酸輕集料、耐酸粉料、粘結劑、固化劑及外加劑,按照適當比例和工藝混合、用澆筑方法施工而成的煙囪內襯材料,具有耐高溫、耐酸性介質化學腐蝕、防水、輕質、隔熱、高強、抗震等性能,但現階段在材料配比、施工質量控制、無機整體內襯長期運行是否會出現裂縫等方面還存在很多不確定性。目前在單筒煙囪(設置GGH)中應用較多,并兼做內襯及隔熱層,但在套筒煙囪(不設置GGH)中并未廣泛應用。

      三是內襯磚類防腐系統。目前應用于脫硫煙囪防腐的輕質泡沫磚材料主要有進口的賓高德泡沫玻璃磚、國產泡沫玻璃磚、泡沫?;沾纱u。賓高德泡沫玻璃磚內襯系統是多層材料的組合,防腐能力較強,發泡玻璃磚通過賓高德膠粘材料粘在鋼排煙筒內側基底,具有耐酸腐蝕、絕熱、耐高溫、低熱膨脹系數等優點,由于其導熱性低,使煙囪內襯和保溫層結構合二為一,內筒外側可不設置保溫層,該內襯的防腐效果比較理想,但造價偏高;國產泡沫玻璃磚內襯是賓高德泡沫玻璃磚內襯的國內替代產品,生產廠家比較多,產品性能不盡相同,所使用的粘結劑也不同;泡沫?;沾纱u是引進國外先進防腐材料的技術特性,根據濕法脫硫煙囪排放煙氣特點,研制出的一種新型防腐材料,經檢測,耐酸耐熱性、強度、防水抗滲等主要技術性能不低于賓高德泡沫玻璃磚的性能,但還需要在生產工藝上解決降溫速度控制不夠穩定的問題,采用該內襯也不需設置外側保溫層,經濟性比較好,國內已有較多電廠在濕法脫硫煙囪中采用之,從運行情況看,有些效果良好,有些出現問題,采用此方案時需要從設計、施工、材料采購等各環節嚴把質量關。

      四是金屬板類防腐系統。根據調查,采用鈦板或鈦鋼復合板的套筒式煙囪的運行情況良好。鈦板由于其特定的化學性能,有著非常好的防腐效果,脫硫后的強腐蝕性煙氣對鈦板的腐蝕性很小,鈦板是國際工業煙囪協會推薦的FGD系統不設GGH情況下煙囪防腐內襯之一;鈦鋼復合板是一種較合適的組合材料,也是國際煙囪設計標準推薦的防腐處理方案,它是以低碳鋼Q235B為基材、以鈦板為復層的兩層金屬復合板,真正做到了結構(鋼)、防腐(鈦)能夠發揮各自的優勢,這種成熟的組合材料有專門的國家標準。

      五是玻璃鋼(FRP)內筒防腐系統。玻璃鋼(FRP)是由高強度的玻璃纖維增強纖維和不飽和聚酯、環氧樹脂或酚醛樹脂基體復合而成的兼具結構性和功能性的新型復合材料。FRP材料中玻璃纖維提供FRP的強度和剛性,樹脂提供FRP的耐化學性和韌性。玻璃鋼(FRP)材料具有輕質高強、耐腐蝕性能好、熱性能好、可設計性好、工藝性優良等特性。玻璃鋼(FRP)煙囪應用的主要問題是材料老化、材料耐溫和材料防火。

      六是APC雜化聚合材料防腐系統。APC雜化聚合結構層使用的是有機-無機雜化聚合材料,是一種高交聯密度的三維空間立體結構防腐材料,具有良好的耐溫性(-40℃~260℃)、高腐蝕性、高耐磨性、非常好的柔韌性,其結構層采用納米封孔技術,抗滲性能優異,且具有很好的阻燃性能。目前采用此種防腐系統的工程運行效果較好。

      2、工程實例及技術經濟比較

      2.1工程實例煙囪運行工況

      某火力發電廠新建工程采用石灰石―石膏濕法煙氣脫硫工藝,未設置旁路煙道,進入煙囪的煙氣均為脫硫之后的煙氣,不設GGH裝置,正常運行時煙氣溫度約為50℃,事故工況下煙氣溫度約為180℃,煙囪內壁會產生較嚴重的結露。根據工藝及環保要求,兩臺爐合用一座高度210米、出口內直徑7.5米的單個排煙筒煙囪。

      2.2技術經濟比較

      各方案主要工程量估算及經濟比較

      工程量及造價

      防腐系統 耐硫酸露點鋼/Q235B普通鋼 內筒防腐系統 保溫隔熱系統

     ?。úA逇郑?內筒

      APC雜化聚合材料 350 1.5 4700 1200 280 550 1100

      注:除采用鈦板或鈦鋼復合板外,內筒總造價均暫按采用耐硫酸露點鋼計算,若采用Q235B普通鋼造價降低300萬元。

      3、結論

      綜上所述,考慮到本工程煙囪的運行工況,上述各種防腐系統均可作為備選方案??紤]到施工的不確定因素,采用整體式防腐系統可消除形成煙氣腐蝕的薄弱環節,有效地提高防腐性能。在整體性能方面,RHF防腐涂料、整體澆筑料、玻璃鋼(FRP)內筒、APC雜化聚合材料防腐系統最優,金屬板類防腐系統次之,內襯磚類防腐系統最差。涂料類防腐系統受施工因素影響最大,質量不易保證;套筒式整體澆筑料煙囪應用較少,玻璃鋼(FRP)內筒在國內應用較少且運行時間較短;APC雜化聚合材料科技含量高,技術先進,性能指標高,運行效果較好;金屬板類中,鈦鋼復合板造價適中,運行情況良好,是較合適并且成熟的組合材料,能夠真正做到發揮各自優勢,并有專門的國家標準,而鈦板造價過高。

      因此,針對本工程煙囪的運行特點,經過技術經濟綜合比較,該煙囪鋼內筒采用鈦鋼復合板防腐系統。


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