玻璃鳞片在600 MW机组烟囱防腐上的应用

2011-05-29姜一青

浙江电力 2011年1期

龚峻，姜一青

（扬州第二发电有限公司，江苏扬州 225131）

扬州第二发电有限责任公司一期工程2台600 MW燃煤发电机组，分别于1998年8月和1999年6月投产运行，为适应国家日益严格的环保要求，在原机组上增设脱硫系统，同期完成了烟囱的防腐工作。

一期机组烟囱形式为钢筋混凝土套筒式双管结构，烟囱主要由承重的钢筋混凝土外筒、支承平台、排烟筒和保温层组成。混凝土外筒内有2只排烟筒，分别供1，2号锅炉排放烟气。烟囱高度240 m，排烟筒直径6.5 m，材质为上钢一厂研发的NS1-2的耐硫酸露点钢。

1 钢烟筒防腐技术方案可行性研究

1.1 脱硫烟气对烟囱的腐蚀性影响

对烟囱的钢材进行专题研究，将耐硫酸露点钢悬挂在某电厂烟气换热器（GGH）后尾部烟道内，经测量腐蚀速率为0.4332 mm/a。以腐蚀余量2 mm计算，在脱硫系统运行条件下，预计烟囱寿命年限仅为4.6年。

根据“国际工业烟囱协会CICIND”的设计要求，按强腐蚀性烟气来考虑烟囱安全性设计。通常烟气的腐蚀性强弱用腐蚀性指数Ks衡量，其计算公式为：

式中：Ks为脱硫后烟气腐蚀性指数；Sar为燃烧中应用基含硫量；Tlds为脱硫后烟气酸露点温度；Ts为脱硫加热后的烟气温度；n为脱硫系数；Aar为燃烧应用基含灰量；∑RxO为燃煤灰份中4种碱性氧化物（CaO/MgO/K2O/Na2O）的总含量，%。

腐蚀性指数越大，表明对物体的腐蚀性越强，对比1号机组脱硫改造前后以及GGH停运后的参数，计算出不同运行工况下烟气Ks指数。

改造前排烟温度120℃，Ks为0.6，属弱腐蚀性强度，说明原烟气对烟囱的腐蚀作用很弱，钢内筒本身的材料10CaMnCu具有一定的抗腐蚀性，对烟囱不构成威胁；改造后GGH正常运行时排烟温度80℃，Ks为1.5，属中等腐蚀性强度，说明脱硫后排烟温度在80℃，高于酸的露点，此时的烟气具有中等腐蚀强度；改造后GGH停运排烟温度50℃，Ks为2.2，属强腐蚀性强度，说明GGH停运排烟温度50℃时，低于酸的露点，烟气中产生了大量的含酸水汽，此时的烟气具有强烈的腐蚀性。

1.2 脱硫烟气的特点

采用湿法脱硫后烟气中SO2的脱硫率达90%以上，但S03脱硫率只有50%，烟气中仍有一定的含硫量，腐蚀性依然存在。同时由于烟气湿度增加，排烟温度下降，使烟气极易在烟囱的内壁结露，形成腐蚀性很强的酸液。因此脱硫烟气具有以下特点：

（1）烟气中水份含量高，烟气湿度大。

（2）烟气温度低，一般在40～80℃。经测试40～80℃时腐蚀速率是其它温度点的3～8倍。

（3）烟气中酸液浓度低，低浓度酸液比高浓度酸液的腐蚀性更强。

（4）烟气湿度增大导致烟气密度增加，烟囱处于正压运行，对排烟筒筒壁产生渗透压力，加快腐蚀进程。

（5）烟气温度变化区间大。GGH运行时排烟温度为80℃，GGH停运排烟温度为40℃，烟气走旁路时的排烟温度为120℃，机组事故状态下排烟温度最高可达180℃。

由此可知，排放脱硫烟气的烟囱比排放普通烟气的烟囱对防腐蚀的设计要求更高，在选择钢内筒防腐技术方案时应充分考虑。

1.3 玻璃鳞片的性能特点

玻璃鳞片应用最广泛的是酚醛型乙烯基树脂漆，它是以乙烯基树脂材料为主，加入10%～40%片径不等的玻璃鳞片，具有高交联密度的特性，因而有良好的耐酸、耐溶剂和耐高温性能。玻璃鳞片的厚度约5 μm，在涂层中与基体平行、叠压排列，重叠排列的扁平玻璃鳞片形成致密的防渗层结构，犹如迷宫效应。在1 mm厚的涂层中有约100层迷宫密封，使腐蚀介质在固化后的玻璃鳞片中的扩散须经过较长时间和复杂的路径，从而能有效地抑制腐蚀介质的渗透速度，如图1所示。

1.4 玻璃鳞片的选型

图1 玻璃鳞片防腐示意图

国产和进口的玻璃鳞片不仅价格差异较大，性能参数也存在较大差异。为确保玻璃鳞片的性能指标满足烟囱防腐，要求厂商按规定制作标准试样，送往国家权威检定机构进行样本试验，通过试验真实反映各产品的性能，为最终确定产品供应商和施工工艺方案提供科学决策依据。

根据市场应用情况，选择了2种进口材料（产品1，2）和1种优秀的国产材料（产品3），检验项目模拟脱硫烟气工况和特殊运行工况，试验结果如下：

（1）耐热性试验，升温至160保温24 h，然后做附着力试验。首先检验玻璃鳞片的耐热性能，再检验玻璃鳞片经过极端温度后与母材附着性能。耐热试验完成后，3个产品的试样均产生变色，但表面无鼓泡、起皮现象。附着力试验采用拉开法，4.1MPa时产品3面漆破坏底漆良好；7.1 MPa时产品2底漆与母材间破坏；7.7 MPa时产品1面漆破坏底漆良好。

（2）耐酸性试验，将试样放入50℃10%H2SO4溶液中浸泡168 h，然后做附着力试验。首先检验玻璃鳞片的耐酸性能，再检验玻璃鳞片在强硫酸浸泡后与母材附着性能。耐酸性试验完成后，3个产品均无变色，表面良好。附着力试验采用拉开法，1.1 MPa时产品2底漆与母材间破坏；1.7 MPa时产品3底漆与母材间破坏；5.4 MPa时产品1面漆破坏底漆良好。

根据测试结果可以看出，产品1综合性能良好，因此烟囱钢内筒防腐材料选择产品1。

2 防腐烟囱应用

2.1 不同运行条件下玻璃鳞片的防腐性能

烟囱防腐改造后经历了以下3个运行阶段：

第1阶段为脱硫系统未投产阶段。烟气从旁路进入烟囱，此时的烟气温度120℃左右，在运行2个月后进入烟囱检查玻璃鳞片应用情况。

拂去烟囱表面灰尘，发现玻璃鳞片面涂颜色经高温烟气的灼烤，由白色转变成红色，这和耐热性试验时的情况相吻合，颜色的变化对防腐性能不会产生影响。进一步检查，玻璃鳞片附着良好，无起壳、剥落现象。

第2阶为脱硫系统投产GGH正常运行阶段段。运行2年后进入烟囱内部检查，玻璃鳞片颜色仍为红色，表面涂层情况良好，未见鼓泡、剥落现象，对玻璃鳞片测厚检查，涂层厚度为1592 μm，说明玻璃鳞片的耐磨性能很好。在烟囱内部留有的1块试样一面涂有玻璃鳞片，另一面未作防腐，两个面参照对比，检查发现防腐面玻璃鳞片情况很好，未防腐面表面同样情况良好，没有严重锈蚀，同时在烟囱底部也未见有大量水迹。说明在GGH正常运行工况下，烟气温度在80℃以上，酸露点可以得到有效控制，烟囱表面没有酸液流淌，烟气中的水份大部分处于饱和状态，对烟囱的影响微乎其微。

第3阶段为GGH退出运行阶段。由于GGH装置在脱硫系统运行期间频繁堵塞，需要定期退出进行人工清洗，花费甚高而且效果不甚理想，同时GGH堵塞对脱硫效率也产生不利影响，因此将GGH传热元件拆除，GGH装置出口烟气温度由80℃降至50℃左右，烟气中含有大量水汽并凝结在烟囱、烟道内，由于烟道阻力增加，烟气压力也有所上升。

2.2 出现的问题及处理措施

烟囱长期处于潮湿状态下运行，逐渐暴露出一些问题：

（1）2010年2月检查发现烟囱和烟道玻璃鳞片表面有少量鼓泡，用铲刀使劲铲除后，里面是一个空腔，界于底涂和面涂之间，底涂颜色鲜红，鳍片痕迹明显，附着良好未受影响。分析原因认为与施工有关，由于施工作业面环境较差，在喷涂面涂层时表面粘有灰尘，造成面涂层存在少量微孔。GGH撤出后，烟囱内部压力增大，处于正压运行状态，水汽从面涂层的微孔向里渗透，进入底涂和面涂之间，并在压力的作用下逐渐扩展，造成面涂和底涂剥离形成空腔，从而导致如图2所示的鼓泡现象。但由于底涂玻璃鳞片附着力强、致密性好，仍然对烟囱金属表面起到较好的防护作用，目前未发现烟道和烟囱被腐蚀的情况。对鼓泡点进行物理清除，表面清洁后重新刷上面涂层，并安排后期复查。

图2 鼓泡照片

（2）由于烟气携带大量水汽，水汽中又含有少量石膏，在重力的作用下沉积在烟囱和烟道内，使烟囱和烟道内积存大量酸水和石膏，对烟道钢结构造成严重威胁。为此在烟囱底部和烟囱入口开设了5个疏水口，保证了酸水排放畅通。

（3）烟气携带水汽后，在烟道转向处对非金属膨胀节产生冲刷磨损，造成烟囱入口膨胀节破损，运行期间水汽大量泄漏，为此在膨胀节表面覆盖了1层3 mm厚的316L不锈钢板，有效解决了这一问题。

（4）总体上看，在GGH停运后金属腐蚀速率大大加快，通过烟囱内留存的试样可以看出整个腐蚀过程。2008年5月前的试样表面情况良好，防腐和未防腐面均没有腐蚀。2010年2月再检查试样时，未防腐面严重腐蚀（如图3所示），表面附着大量化学结晶物，而防腐面则情况良好，经测试附着力在7.9 MPa，与2006年刚施工完成时相比无明显变化。