烟囱腐蚀等级判定的修订建议

赵英菊，许 俊

(1.湖南交通职业技术学院，湖南长沙 410000;2.中铝长沙有色冶金设计研究院，湖南长沙 410011)

近年来，随着国家环保标准的逐步提高和大众环保意识的增强，国内新建的火力发电厂工程都要求进行烟气脱硫处理。现行的脱硫方法应用最为广泛的是石灰石/石膏湿法脱硫。由于采用该湿法脱硫后，烟气温度较低(40℃～80℃)而湿度较大，烟气对烟囱的腐蚀将会加大，而腐蚀等级对烟囱的设计和选型有着至关重要的影响，但现行规范对此却无明确规定。

1 现行规范对腐蚀等级的规定

1.1 《烟囱设计规范》(GB 50051－2002)的规定

烟囱内的烟气温度低于150℃，且燃煤的含硫量大于0.75%时，烟囱的防腐设计应符合该章(10 烟囱的防腐蚀)的有关规定。

烟气对烟囱和烟道结构腐蚀等级分类如下。

(1)当燃煤含硫量为0.75%～1.5% 时，烟气属弱腐蚀性;

(2)当燃煤含硫量为大于1.5%但小于或等于2.5%时，烟气属于中等腐蚀性;

(3)当燃煤含硫量大于2.5%时，烟气属强腐蚀性。

1.2 《火力发电厂土建结构设计技术规定》(DL 5022－93)的规定

下列情况的烟气为腐蚀性烟气:燃煤含硫量较高，腐蚀性指数kc＞0.5～1.0，kc值由工艺部门提供，其值为

式中 Sy、Ay分别为燃煤中硫和灰含量的百分比;∑RxO为燃煤灰分中碱性氧化物总含量的百分比。

烟气对烟囱结构腐蚀性强弱分类见表1。

表1 腐蚀性烟气分级表

续表

1.3 《工业建筑防腐蚀设计规范》(GB 50051－2008)的规定

腐蚀性介质按其存在形态可分为气态介质、液态介质和固态介质;各种介质按其性质、含量和环境条件划分类别。常温下，气态介质、液态介质对建筑材料的腐蚀性等级应按照表2、表3 确定。

表2 气态介质对建筑材料的腐蚀性等级

2 烟囱的实际腐蚀情况

2.1 干烟囱

表3 液态介质对建筑材料的腐蚀性等级

当机组未设置湿法脱硫装置时，烟囱中的烟气即为锅炉的排烟，其湿度较低(5%左右)且温度较高，习惯上称为干烟囱。其为我国传统的火电机组烟囱，最常见的形式是“钢筋混凝土+砖内衬”形式。

文献［8］中记载，1991－1998年，西北电力设计院会同有关单位对10个电厂的16 座烟囱进行了调查，这些烟囱主要为干式砖烟囱和单筒式混凝土烟囱。调查结论如下:

(1)烟气温度低于150℃，不论是砖烟囱还是钢筋混凝土烟囱，或多或少都有腐蚀现象，并且明显地感受到腐蚀与燃煤的含硫量密切关系;

(2)水泥砂浆和水泥石灰砂浆的耐酸性很差，和烟气直接接触都会产生腐蚀，其严重程度视烟囱运行时间长短和燃煤含硫量大小而定。如果燃煤含硫量不超过1%，腐蚀轻微。含硫量超过2%，则腐蚀严重;

(3)当采用砖砌内衬时，钢筋混凝土筒壁内侧都有腐蚀。筒壁腐蚀厚度从1～50 mm 不等，如果燃煤含硫量为3%，其筒壁混凝土的腐蚀速度大约是每年1 mm，并且筒壁的腐蚀区和非腐蚀区，界面十分明显;

(4)这次调查中有一座湿烟囱，烟气温度仅为50℃，投入运行后不到一年，筒身混凝土犹如浸泡在水中。

2.2 半湿烟囱、湿烟囱

当机组设有湿法脱硫装置且有烟气加热装置时，烟气湿度有所增加(10%左右)，烟气温度在80℃左右，这类烟囱称为半湿烟囱;当机组设有湿法脱硫装置，且没有烟气加热装置时，烟气湿度很大(完全饱和)，烟气温度在50℃左右，这类烟囱习惯上称为湿烟囱。2009年，电力规划总院对226个电厂的烟囱调查发现，我国较多的烟囱防腐出现了问题，但基本为湿烟囱。对脱硫系统有烟气加热的半湿烟囱，运行情况还比较理想。

2.3 实际腐蚀情况的结论

传统的干烟囱的腐蚀情况与烟囱规范符合的较好，烟囱的烟气腐蚀程度基本上与燃煤含硫量有关。但是湿烟囱和半湿烟囱的腐蚀性已与燃煤含硫量关系不大。根据文献［2］，加装脱硫装置后，大约90%～95%的SO2从烟气中脱除，引入了大量的水分，并将温度降至50℃±5℃。当不加装GGH 装置时，大量结露的烟囱，其腐蚀程度达到甚至超过了干烟囱的强腐蚀;当加装GGH，提高了烟气温度后，烟气在烟囱中结露现象大为减少，烟囱的腐蚀性不强。所以，无论是《烟囱设计规范》还是《火力发电厂土建结构设计技术规定》关于烟囱腐蚀性等级的判定，已经不符合当前广泛应用的湿烟囱的腐蚀性判定要求，而烟囱的腐蚀性等级的判定对烟囱的安全性和经济性又有着至关重要的意义。

3 对规范关于烟囱腐蚀性等级的修订建议

从三本规范对比来看，《烟囱设计规范》、《火力发电厂土建结构设计技术规定》对烟气腐蚀的等级规定已不适应当前的湿烟囱的腐蚀性判定要求，而根据《工业建筑防腐蚀设计规范》(以下简称《防腐规范》)判定准则来看，对干、湿烟囱的腐蚀性等级判定较为准确。以烟囱入口的尾气成分来判定它对各种不同建筑材料的腐蚀更趋合理。

3.1 国际工业烟囱协会(CICIN)对烟气腐蚀的说明

从现场的调研情况和按照《防腐规范》上根据成分判定，湿烟囱一般应为强腐蚀性。另根据文献［1］中记载，国际工业烟囱协会(CICIN)在其发布的标准中对烟气腐蚀作了如下说明。

(1)烟气腐蚀中氯化物及氟化物的存在将提高腐蚀程度，在20℃和一个标准大气压下，氟化氢、氯元素和氯化氢的质量分数超过0.025%、0.1%和0.1%时，腐蚀等级(化学荷载)为高级;

(2)处于烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气条件通常被视为高腐蚀等级;

(3)含有硫氧化物的烟气腐蚀等级按S02的含量值确定，凝结过程为S02离子与水蒸气结合成为硫酸，对烟囱造成腐蚀;

(4)亚硫酸的露点温度取决于烟气中S02的浓度，一般约为65℃，稍高于它的露点。在同样的温度下，还会有盐酸、硝酸等酸液;

(5)尽管在烟气脱硫过程中已除去大部分的氧化硫，但在净化装置下游，随着氧化硫含量的减少，烟气的湿度增大，温度降低。当温度低于80℃时，氧化硫形成酸液。此外，净化后的烟气中还含有氯化物;

(6)烟气中的氯离子遇到水蒸汽形成氯酸，它的化合温度约为60℃，当低于氯酸露点温度时，即使是很少的氯化物也会造成严重腐蚀。

3.2 对修订现行规范的建议

依据以上结论、烟囱的设计特点和设计习惯，建议对现行规范按照如下要点进行修订。烟囱的腐蚀性等级判定如下:

(1)没有采用湿法脱硫，按照如下方法判定腐蚀性等级。

①当燃煤含硫量为0.75%～1.5%时，烟气属弱腐蚀性。

②当燃煤含硫量为大于1.5%但小于或等于2.5%时，烟气属于中等腐蚀性。

③当燃煤含硫量大于2.5%时，烟气属强腐蚀性。

(2)采用湿法脱硫，按照如下方法判定腐蚀性等级。

①烟气入口温度高于80℃时，一般可判定为中等腐蚀。

②烟气入口温度低于80℃时，应判定为强腐蚀。

［1］杨杰.湿法烟气脱硫烟囱防腐技术探讨［J］.电力环境保护，2005，21(3):9

［2］崔永忠，廖永进.火电厂脱硫系统及烟囱腐蚀性分析［J］.广西电力，2010，33(3):47－49

［3］李文艳，王冀星，车建炜.湿法脱硫烟气湿排问题分析［J］.中国电机工程学报，2007，27(14):36－39

［4］胡彩云.论烟气脱硫工程省却GGH 的可行性［J］.湖南有色金属，2006，22(2):44－47

［5］DL 5022－93 火力发电厂土建结构设计技术规定［S］

［6］GB 50051－2002 烟囱设计规范［S］

［7］GB 50046－2008 工业建筑防腐蚀设计规范［S］

［8］牛春良.烟囱工程手册［M］.北京:中国计划出版社，2004:307－308