火力发电厂“石灰石-石膏”湿法脱硫（WFGD）后烟囱防腐问题的分析及对策

李悦铭　卢　屿　赵小霞

（1.中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司　2.吉林省电力勘测设计院）

火力发电厂“石灰石-石膏”湿法脱硫（WFGD）后烟囱防腐问题的分析及对策

李悦铭1卢屿1赵小霞2

（1.中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司2.吉林省电力勘测设计院）

当前，国内的火力发电厂大范围采用“石灰石—石膏”湿法脱硫（WFGD）工艺，其具有脱硫效率高、适用性广、工艺成熟、稳定性高、负荷变动小以及烟气处理能力强等特点。但是，该工艺同时具有较强的介质腐蚀性、处理烟气温度高、SO2吸收液固体含量大、磨损性强、防腐失效维修难度较大等缺陷，因此，装置的腐蚀控制尤其是烟囱的防腐长期以来已经成为了行业关注的重点。本文对火力发电厂“石灰石-石膏”湿法脱硫（WFGD）后烟囱防腐问题及对策进行了分析，希望能够为相关工作提供一定的参考。

火电厂；烟气脱硫；烟囱防腐

1　烟囱腐蚀环境分析

采用湿法脱硫技术之后，进入到烟囱内部的烟气以及烟囱的腐蚀环境主要具有以下几个方面的特点［1］：

1）烟气中的水分含量相对较高，烟气相对湿度大，不设烟气热交换器时，烟气温度通常在45～50℃之间，远远低于硫酸以及亚硫酸的露点温度，从吸收塔出来的烟气接近于饱和状态并且很快在烟囱中形成酸性液滴，同时在烟囱壁上凝结形成以硫酸以及亚硫酸为主的稀酸液，pH值大约在2.0左右。当低浓度酸液的温度在40～80℃之间时，烟气具有较高的化学腐蚀性，即强腐蚀性烟气，对结构材料的腐蚀速度能够达到常温条件下的数倍。当加设烟气热交换器时，烟气温度能够达到80℃，此时仅仅在烟囱内产生少量的冷凝稀酸液，同时烟囱处于负压状态下运行，烟气对烟囱的腐蚀大大减轻。

2）烟气在净化之后，其中仍然会包含一定浓度的氯化物和氟化物，当温度低于60℃时，会形成冷凝液，并与其他酸液发生混合，导致烟气的腐蚀性大幅度提高。

3）烟气在经过脱硫处理之后，温度较低、上抽力小、流速慢，容易导致烟气在烟囱内部聚集，使烟囱内部出现正压区，这样会对烟囱筒壁形成一定的渗透压力，近而导致烟囱内部密度较低的区域被酸性液体渗透，对烟囱内部的承重结构产生腐蚀，影响到结构的耐久性。

4）在烟囱内部存在着不均匀的烟气流场，尤其是在烟囱的下部区域，烟气的高速流动会夹带石灰石浆液对烟囱的内表面形成直接冲击，对烟囱局部表面形成很强的冲刷腐蚀。

5）脱硫系统在正常运行条件下，烟气的温度大约在45～50℃之间，而在脱硫系统停运时，开启旁路挡板，锅炉排除的高温烟气将直接进入防腐改造之后的烟囱进行排放，烟囱会长期处于120～145℃的温度条件下运行。而在事故状态下，烟气通过旁路烟道绕过FGD系统直接进入烟囱排放，烟气的最高温度能够达到200℃左右。因此，烟囱处于偏强酸性介质且高低温交替的特殊环境中，在该环境下，会导致烟囱的防腐层与基层产生不同的线性膨胀，从而导致防腐层与基层的粘接界面发生应力集中，影响粘接强度或者导致层间开裂，导致烟囱防腐层的寿命下降，同时，高温环境还会导致材料的物理化学性能进一步降低，有机材料的老化过程进一步加快，降低防腐材料的耐磨性和抗应力破坏能力。另外，在温度的作用下，防腐层的施工缺陷容易在受热之后进一步扩大，形成有利于介质渗透的通道。

从上面的分析能够看出，在采用湿法脱硫之后，烟气会对烟囱形成强烈的腐蚀，对此必须采取合理的防腐措施，从而保障烟囱的结构安全，进一步保证电厂的安全稳定运行。

2　烟囱防腐工程的技术建议

2.1新建扩建湿烟囱项目

新建扩建项目在设计方面，需要对烟囱方案进行合理的选择，合理控制烟囱出口的流速，避免由于烟囱内部延期流速过快产生酸液二次携带问题，缓解石膏雨的发生。在防腐工艺方面，需要严格按照GB 50051—2013《烟囱设计规范》［2］对工艺进行严格控制，推荐使用钛-钢复合板内筒方案，备选钢内筒贴衬宾高德方案。玻璃钢湿烟囱也是具有较好效果的湿烟囱防腐解决方案，但是，从当前国内的现状来看，需要暂缓该技术的推广，需要对玻璃钢烟囱的制作工艺、施工质量以及机组的运行效果进行进一步的观察。

2.2在役湿烟囱改造

以在役湿烟囱为基础，对其进行防腐改造，方案的选择相对复杂度较高，需要结合各电厂机组、燃料、原有烟囱设计的实际情况以及机组剩余服役年限等进行综合考虑烟囱防腐改造方案，以实现寿命期内的最大化经济效益为目标，进行必要的综合经济效益对比，同时，需要充分考虑采取防止烟囱雨的有效措施。

从当前的认识来看，建议机组在可预见的剩余服役年限在5年以上的，采用具有较高可靠性的钛—钢复合板或者进口宾高德防腐技术，而针对机组可预见性的剩余服役年限在5年以下的，在通过综合的分析之后，并在系统的质量管控及检测措施保证的基础上，可以选择杂化聚合物等高性能重防腐涂层。

2.3进行整体联合设计

通过进行优良的脱硫除雾器、除尘器设计能够使脱硫系统所夹带的酸液量大幅度下降，同时还能降低酸液中石膏以及粉尘等固态颗粒物的含量，这对于治理烟囱雨非常有利。另外，经过脱硫之后的净烟气烟道也是酸液泠凝较为集中的区域，该区域的保温和内部支撑形式以及延期的流动形式都会直接影响到液滴的二次夹带。因此，采用脱硫系统以及烟囱整体联合设计的方案在进行石膏雨的治理方面非常有必要。

2.4加强连接烟道的防腐处理

脱硫系统到烟囱入口的烟道部分也是腐蚀问题较为集中的区域，但是，由于该部分烟道具有较好的检修条件，因此，采用碳钢衬玻璃鳞片胶泥的方案能够很好地满足防腐要求。采用玻璃鳞片方案需要注意以下两方面的问题［3］：第一，入孔门的设计需要基于“方便人员进出、方便检修工作”为原则进行，且入口门外侧需要紧靠检修平台；第二，烟道底部由于外侧包覆保温层的存在，当烟道底部积灰而底板出现大面积腐蚀时，在光线较差的情况下，容易发生坍塌事故，因此，烟道底部的防腐设计应该考虑加大安全系数，从而提高防腐方案的可靠性。

2.5取消烟气再热系统

根据国外相关管理经验，建议直接采用湿烟囱设计方案，在湿式脱硫系统后面取消或者不再增设回转式烟气再热系统。回转式烟气再热系统由于存在烟气的携带和泄漏问题，原烟气会对净烟气形成污染，设备及运行成本较高。另外，换热元件容易发生堵塞，对电厂运行可靠性产生了较大的负面影响。根据相关研究结果来看，在正常再热温度范围内，烟气再热将导致小雾滴蒸发，对于来自沉积液膜的烟气流二次夹卷的较大液滴的蒸发作用十分有限。相对于烟囱高度来说，再热使烟羽抬升的高度也是有效的，通常在3～6m之间。水汽烟羽的形成在较大程度上受到气象条件的影响。实际上，要想通过再热消除所有气象条件下的烟羽基本上是不可能实现的。在典型的再热情况下，烟羽的可见长度比湿烟羽的可见长度少1/3左右。但是采用湿烟囱防腐设计方案能够更好地提高机组的热效率，降低维修费用，提高机组运行可靠性，具有更高的经济效益。

3　结束语

火力发电厂在采用“石灰石-石膏”湿法脱硫（WFGD）工艺之后，对湿烟囱的防腐是非常有必要的，采用何种防腐方案需要结合具体的烟囱结构特点、服役年限等因素进行综合考虑，合理选择。同时，随着高性能防腐材料的不断开发以及烟囱防腐措施的不断优化，湿烟囱防腐工程的可靠性和经济性将不断提高。

［1］李震，孙平.火电厂脱硫湿烟囱防腐若干问题［J］.全面腐蚀控制，2013（2）：28-30.

［2］贺朝铸，代万昆，韩朋成，等.火电厂烟囱防腐的解决方案［J］.中国环保产业，2013（3）：63-65.

［3］张自丽.火电厂烟囱防腐进展研究［J］.中国电业（技术版），2011（8）：38-40.

（2015-12-29）