国内WFGD 系统下烟囱的防腐技术方案比较

李海龙

(山西省电力勘测设计院，山西太原 030001)

0 引言

电厂WFGD脱硫系统即采用石灰石—石膏湿法工艺对烟气进行脱硫处理，一般均配置有烟气再热装置(GGH)，并按烟气经再热装置升温后的工况进行烟囱的设计。但根据近几年的运行情况看，烟气再热装置(GGH)经常发生堵塞现象，导致脱硫系统不能正常有效运行，影响了正常的生产。因此，国内电厂脱硫工艺系统出现了将已有GGH装置拆除或者新建设的WFGD脱硫系统不再设置GGH装置的情况，在该种情况下，烟囱内部环境的烟气腐蚀情况发生了巨大变化，烟气温度只有45℃ ～50℃，烟气中水分含量高，烟气湿度很大，并含有大量酸性饱和水蒸气，主要有硫酸、氯酸、硝酸、氟化氢等，其腐蚀等级为强腐蚀性，严重影响烟囱使用寿命。这就需要对烟囱重新进行防腐蚀技术改造，以保障烟囱的结构安全和电厂的有效运行。

1 方案论述

在我国传统火力发电厂设计中，特别是20世纪末前投运的电厂，烟囱大多采用混凝土外壁加内衬的结构形式，而工艺系统中未考虑烟气的脱硫流程，烟囱内衬的材料一般选用耐火砖或红砖，少量采用耐酸砖或者耐酸浇筑料。经过多年的探索和实践，国内对该类老烟囱的防腐改造已积累一定的经验，目前，国内主要采用以下几种烟囱防腐改造技术方案:

方案一:内衬钛板。钛是一种高档的耐腐蚀材料，由于其稳定的化学性质，良好的耐低温、耐高温、抗强碱、抗强酸，以及低密度高强度等特性，被称誉为“太空金属”，在高端科技及化工工程领域应用较多。钛在许多介质中其性质非常稳定，其原因在于钛和氧之间有很大的亲和力，在空气中钛表面会自动生成一层惰性大、附着力强且非常致密的氧化保护膜，无形中就保护了自身钛基体不被腐蚀，即使因为机械磨损等造成的损伤也会很快自愈再次形成保护膜;也就是说钛是一种具有强烈钝化倾向的金属材质。经过验证，介质温度在315℃以下时，钛的氧化膜始终保持这一特性，不被损害。

钛合金板应用于烟囱防腐，具有防腐性能好，耐高温性和耐磨性能优异、使用年限长、维修时间短的优点，对于不设GGH的湿烟囱，从防腐技术的角度考量，选用钛板是一种较好的选择。工程设计时，内衬钛板通常采用钛—钢复合板的形式，其中钢板为结构层，钛板为防腐层，既达到了防腐效果，又大大降低了采用纯钛板的成本。但内衬采用钛板也有其缺点，主要表现在:钛板的市场价格相对其他材料很高、焊接施工工艺复杂，容易在焊接处出现强腐蚀，现场不易控制，且条件成熟时会发生电偶腐蚀等现象。

方案二:加衬泡沫玻璃砖。泡沫玻璃砖是以石英砂或玻璃碎料为主要原料，添加其他发泡辅料经高温烧制而成的一种特殊的低膨胀高强度非金属无机保温材料。其具有良好的耐腐蚀性和隔热性，且热膨胀系数低、导热系数小、容重轻、不透气、不吸水、可粘结、可锯割，但其耐磨性较差，目前在国内已成为烟囱防腐的主流材料之一。采用泡沫玻璃砖作为烟囱内衬，可使原来传统烟囱的保温隔热层和内衬防腐层合二为一，减少工程量。目前在国内市场上国产泡沫玻璃砖和进口泡沫玻璃砖均有使用。

1)国产泡沫玻璃砖。经过多年的发展实践，国产泡沫玻璃砖的生产和应用已形成一定规模，生产工艺已较为成熟，产品品质也较为稳定，价格适中。在最近几年的国内烟囱改造工程中，得到了一定程度的应用。但是国产泡沫玻璃砖的各个生产厂家的产品质量、性能参差不齐，直接影响防腐隔热效果，且施工质量控制难度相对较大。

国产泡沫玻璃砖内衬结构由泡沫玻璃砖和胶粘剂组成。胶粘剂是该工艺关键所在，主要分为两类:一类为环氧沥青进口粘结剂，一类为改性硅橡胶粘结剂。环氧沥青类粘结剂耐酸性能和拉伸性能好，但耐温性能略低(110℃)，价格昂贵;改性硅橡胶粘结剂耐温性能好(150℃)，价格相对便宜，但耐酸性能与拉伸性能差。

2)进口泡沫玻璃砖。进口泡沫玻璃砖作为一种无机玻璃，它对大多数酸性溶液具有很高的抗腐蚀性，但不耐氢氟酸和高速气体冲刷。进口泡沫玻璃砖的抗热冲击性和抗渗性较好，且具有低导热性，自重轻，施工过程较快，项目运营期对其的维修及保养工作相对较少且比较简单，国内现采用的进口泡沫玻璃砖主要是宾高德玻璃砖。宾高德玻璃砖在国外火力发电厂烟囱防腐中有着较好的口碑，已有一定的应用市场。

进口泡沫玻璃砖(宾高德玻璃砖)防腐体系的缺点是耐磨性较差，粘结剂耐高温性差、材料成本昂贵、施工质量控制难度相对较大。

方案三:内衬加装JNS耐硫酸露点腐蚀钢板层。烟气处理系统，在露点温度下形成硫酸液体而造成设备腐蚀问题，这称之为“硫酸露点腐蚀”的现象。JNS耐硫酸露点腐蚀钢属于低合金结构钢，是在钢中加入少量Cu，Cr，Ti，Sb等元素，使钢在接触含硫气体时增加对露点以下生成的硫酸的抗耐腐蚀性能。JNS钢板主要针对的是脱硫后的湿烟囱，不但对硫酸露点有耐腐蚀性，而且对氯化物、氟化氢、盐酸露点也有一定的耐腐蚀性能。

新建烟囱采用JNS耐硫酸露点钢可有效减小烟囱壁厚。为提高烟囱的使用寿命，可以在内衬层表面涂一层磷片树脂、耐酸油漆防腐层。在加装了GGH装置的条件下，该防腐结构处于弱、中等腐蚀环境，抗酸腐蚀性较好，且价格较合理。

该方案的缺点是在不设GGH的情况下烟气对耐硫酸腐蚀露点钢腐蚀严重，国内尚没有成功案例。

方案四:OM-5型特种耐酸防腐涂料。对于内衬采用耐酸浇筑料的烟囱，在烟气温度较高、烟气含水量较低的工况下耐腐蚀性较好;但是耐酸浇筑料自身吸水率较高，且抗渗性能较差，在长期汽水浸蚀环境下，酸性液体易渗透浇筑料层，进而腐蚀混凝土内壁，影响烟囱结构安全。

OM-5型特种耐酸防腐涂料，是一种有机复合树脂，在国内新建烟囱防腐领域得到了一定程度的应用。其具有耐高温、耐酸、防腐性好、造价较低的优点。在不拆除烟囱原有耐酸浇筑料的前提下，采用OM-5型特种耐酸防腐涂料，相当于增加了一层防腐隔离层，隔离酸性汽水对浇筑料的浸蚀，弥补浇筑料吸水率较高，抗渗性能较差的缺点。该种方法对原基面处理程度的要求较高，需要打磨平整并达到去除浇筑料内表面反碱层的效果，施工质量控制难度相对较大，且该涂料需要配以专用胶为封闭剂。

方案五:内衬玻化陶瓷砖。玻化陶瓷砖是以石英砂、陶土作为主要原料，按一定比例经高温烧制而成。玻化陶瓷砖对比泡沫玻璃砖，其抗压强度有大幅度提高，耐磨性较强，但是缺点也非常突出，容重比泡沫玻璃砖重了近一倍，导热系数及热膨胀系数比泡沫玻璃砖大了近一倍，同时受制于生产原料的特性及生产工艺限制，玻化陶瓷砖孔径较大，吸水率较高，且无法保证百分之百的闭孔结构，经过打磨后，毛气孔暴露在外，所以在防腐实例中因酸液透过玻化陶瓷砖导致防腐系统失效的案例较多。

2 方案比选

依据烟囱运行现状、烟囱腐蚀环境分析、国内烟囱防腐改造技术总结、国内烟囱防腐的现状分析，以及现有的规范等，从技术层面对符合烟囱防腐蚀技术改造要求的方案进行评价，评价结果见表1。

表1 方案预选比较表

3 结语

经湿法脱硫后，电厂烟气中的二氧化硫的含量大大减少，但仍存留一些腐蚀元素。WFGD脱硫系统在不设置GGH的条件下，排出烟气温度低，湿度大，烟囱内壁将长期处于酸性汽水浸蚀的环境下，严重影响烟囱结构安全及正常使用。对烟囱的防腐改造应予以足够重视，选取合适的防腐改造技术方案。另外，切实可行的技术方案既要有货真价实的材料作为这个方案的坚实基础，又要有考虑周到的包括细部做法的设计方案。以此为基础，才能达到预期效果。

［1］GB 50051-2013，烟囱设计规范［S］.

［2］DL/T 901-2004，火力发电厂烟囱(烟道)内衬防腐材料［S］.

［3］牛春良.烟囱工程手册［Z］.中国冶金建设集团包头钢铁设计研究院总院，2004.