对单筒式烟囱湿法脱硫改造的建议

邢克勇

(河北省电力勘测设计研究院，河北 石家庄 050031)

对单筒式烟囱湿法脱硫改造的建议

邢克勇

(河北省电力勘测设计研究院，河北 石家庄 050031)

目前火力发电厂单筒式烟囱改造后用于排放湿法脱硫不上GGH烟气工况，出现了很普遍且很严重腐蚀现象。本文通过统计烟囱检测出现的问题，分析了出现腐蚀的原因；总结了多个烟囱改造工程的经验，提出重点检测的部位和单筒烟囱防腐改造的建议。

单筒式烟囱；烟气湿法脱硫；改造。

1 概述

单筒式烟囱结构型式为：排烟筒为粘土质耐火砖或轻质耐酸砌块、水玻璃耐酸砂浆或耐酸胶泥砌筑，15m一段，分段支承在钢筋混凝土承重外筒的楔形悬臂梁上；耐火砖或轻质耐酸砌块与外筒壁间设有水泥膨胀珍珠岩板保温层。每段顶部设滴水板防护，滴水板为耐酸混凝土。钢筋混凝土筒身内壁均涂刷防腐层。该种结构型式的特点是承重外筒与排烟筒没有脱开，主要应用于排放干烟气的情况。

目前大多数火力发电厂烟气采用湿法脱硫且不上GGH (烟气升温装置)，烟囱防腐改造仅对内衬内侧进行防腐防护，有的用粘贴块材方案、有的采用胶泥类涂料方案。经过几个月甚至更短的时间的运行后，很多烟囱都出现了问题。酸液从烟囱筒壁施工缝或模板孔中渗出、新加防腐防护层脱落、钢筋混凝土承重外筒内壁腐蚀严重、积灰平台渗水严重、烟道接口处出现渗液、筒首腐蚀、避雷针脱落(见图2)等情况比比皆是，直接影响到了烟囱的安全运行。

2 烟气运行状况

根据资料，通常进行湿法脱硫处理后的烟气，水份含量高，湿度大，温度低，易于出现烟气结露现象。而脱硫处理后的烟气中还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质，形成腐蚀强度高、渗透性较强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。

烟气采用湿法脱硫工艺，可使烟气中SO2的含量大大减少(脱除效率≥95%)，但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3、SO4脱除效率并不高。因此，烟气脱硫后，虽然能使大气环境得到改善，但对烟囱的腐蚀隐患并未完全消除，相反脱硫后的烟气环境(低温、高湿等)可能使腐蚀状况进一步加剧且对烟囱抗腐蚀性能提出了更高要求。脱硫后的烟气环境变得低温、高湿，烟气的含水量增大，SO3与水作用，将在烟囱内壁出现结露现象。湿法脱硫后烟气运行成正压状态，使得腐蚀烟气对外筒壁腐蚀概率增大。

脱硫后烟气在烟囱中的腐蚀性及运行状态主要表现为：

(1)在有烟气升温装置(GGH)状态下，烟气温度一般在80℃左右；不设烟气升温装置(GGH)状态下，烟气温度一般在50℃左右。

(2)脱硫后烟气温度低，上抽力小，流速低，容易产生烟气聚集，并对排烟筒内壁产生正压力，加剧了烟气外渗，使其腐蚀性增强。

(3)烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在将加剧其腐蚀程度，腐蚀等级(按化学腐蚀等级划分)为高级。

(4)烟气凝结液中酸的含量虽然不高，但渗透性较强，对烟囱结构有很强的腐蚀性。

(5)烟气中的氯离子遇到水蒸气形成氯酸，其化合温度为60℃，当低于氯酸露点温度时，会产生严重的腐蚀。

(6)酸液的温度在40℃～80℃时，对结构材料的腐蚀性特别强。以钢材为例，40℃～80℃时的腐蚀速度比在其它温度时高出约3～8倍。

3 某单筒式烟囱检测情况及分析

单筒式烟囱大多采用两炉合用一座排烟筒，排烟筒与承重外筒没有检修空间，且两炉同时停机的可能性很小。基于此，大多数检测均采用抽芯取样的方法检测。以某电厂烟囱脱硫防腐改造检测结果为例，进行腐蚀性分析。

烟囱脱硫防腐改造采用的是内粘玻璃砖方案。2009年2月份完成了防腐改造。

分别于2010年4月、2011年3～5月进行了两次检测，其中2010年为外观和钻心取样检测，2011年为拆除内衬后的检测。2011年3月初烟囱停止使用。

3.1 2010年4月检测结果

所检烟囱混凝土筒外壁外观质量良好，除个别地方存在细小龟裂外未发现明显开裂、剥落、钢筋锈蚀及酸液外渗等现象。

对烟囱外壁标高60m～200m范围内混凝土进行取芯检测，均未发现有酸液从孔洞中流出等现象。所检筒壁混凝土强度等级除标高120m～125m、135m～160m范围内个别构件外，其它所检构件筒壁外侧混凝土强度满足设计要求；

芯样碳化深度测试显示：外壁混凝土外侧碳化深度约为4mm～6mm，80m～210m内侧混凝土碱性中和深度平均值80mm～150mm，由下及上逐渐增大；内侧混凝土腐蚀深度平均值30mm～50mm，最大区域在150～180m间，钢筋大于保护层深度。所检烟囱混凝土筒壁存在的碱性中和(碳化)现象，对混凝土构件耐久性存在不利影响。

3.2 2011.3～5月拆除内衬后检测情况

检测防腐玻璃砖防护层：粘接胶体现状良好，指触富有弹性，未发现粉化、开裂等现象，泡沫玻璃砖背面有效粘接面积为73%～82%，砖缝胶体饱满度较差。原烟囱内衬(耐火砖)表面腐蚀深度约为0.1mm～0.7mm，局部砖缝间砂浆不饱满，存在缝隙，砂浆强度较低。

混凝土内壁表面：筒壁内表面很不规则，坑洼不平，混凝土表面高差达5cm～10cm。分析认为，可能与烟囱施工工艺有关，有可能是内砌外滑，混凝土振捣挤压隔热层造成。

混凝土内壁腐蚀：相对标高0m～30m范围内混凝土筒壁基本完好，钢筋保护层厚度基本满足要求，最大碱性中和深度约为18mm。相对标高30m～195m范围内多处位置存在混凝土不同面积腐蚀剥落现象，其中30m～45m、180m～195m之间混凝土剥落面积较大，石子大量外露约占两个牛腿之间面积的60%～70%，混凝土最大腐蚀深度约为42mm。相对标高195m～210m之间混凝土表面较好，最大碱性中和深度约为120mm。

内壁钢筋腐蚀：相对标高0m～30m范围内钢筋情况良好。相对标高30m～195m范围内多处存在钢筋外露腐蚀现象，腐蚀较为严重区域环向钢筋已经锈断。相对标高195m～210m之间钢筋存在略微锈蚀情况；

筒壁内壁局部存在腐蚀剥落现象，剥落处钢筋腐蚀严重，局部已经锈断，未剥落处混凝土较为坚硬，内部钢筋有锈蚀情况(见图5、图6)，程度锈蚀较混凝土剥落处轻。

Cl-含量0.038%～0.089%，80～160m最大，上下偏小；含量：1.61%～8.43%，100m～160m最大，上下偏小。

碱性中和(碳化)深度18mm～120mm，0.0m～210m由下往上增大。

3.3 两次检测结果对比分析

(1)后加防腐玻璃砖防护层基本未腐蚀；原烟囱内衬(耐火砖)表面腐蚀深度仅为0.1mm～0.7mm，整体性很好，没有出现强度失效现象；但钢筋混凝土外筒壁内侧出现混凝土腐蚀、钢筋锈蚀情况。说明后加防护层未起到防护作用。

(2)混凝土中Cl-含量小于《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476—2008)的限值要求；含量很小，未超过《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476—2008)的限值要求，但检出含量很高，最大达8.43%，不容忽视。

(3)在腐蚀性脱硫烟气作用下，筒壁内侧混凝土碱性中和深度很大，远超过钢筋保护层厚度。

碱性中和是混凝土中的碱与空气中的二氧化碳在一定水量的情况下发生的酸碱中和反应。这个反应会使混凝土内碱度失衡，引起混凝土收缩(碳化收缩)，使混凝土的表面产生细微的裂缝，使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈，降低结构强度和刚度。

据有关资料：混凝土表面碳化层初始强度高于混凝土本身强度。随着时间的推移，CaCO3氧化使得碳化层从脆性过渡到塑性，形成微观裂纹，加速碳化向内发展。

(4)拆除内衬前后混凝土腐蚀深度、碱性中和深度、强度等级，三项指标基本一致。但钢筋腐蚀一项，在拆除前未检测到。拆除内衬后发现，钢筋腐蚀位置、腐蚀程度很不规则。因此抽检对混凝土腐蚀程度有一定意义，如进一步判定烟囱的腐蚀程度、安全鉴定需在拆除后确认。

表1 两次检测结果对比

4 腐蚀原因分析

烟囱防腐改造的主要目的是保证钢筋混凝土承重外筒的结构安全使用。

一般认为烟囱内衬砖吸水大、砖缝不饱满，在前述湿烟气作用下(饱和、正压、含腐蚀介质)，使得内衬砖吸水饱和、强度降低；腐蚀烟气在正压作用下进入到内衬与承重外筒壁之间，对混凝土产生腐蚀，影响排烟筒的使用进而影响到外筒壁的安全。因此，以前烟囱脱硫改造方案主要是弥补烟囱内衬砖缝的密闭性差烟气对承重外筒的影响，减少(防止)内衬砖的吸水率过大砖强度降低。

但从上述工程的检测情况看，烟囱脱硫改造内衬内侧作了玻璃砖防护层：指触防护层粘结胶富有弹性，未发现粉化、开裂等现象；原内衬(耐火砖)表面腐蚀深度仅为0.1mm～0.7mm；但混凝土内壁腐蚀、碱性中和厚度很大，钢筋腐蚀；说明防护层根本没有起到防护作用。

另外从单筒式烟囱结构型式可看出，滴水板对于排烟筒每段接缝防水起到了很重要的作用。烟气结露水沿内筒壁下流，通过滴水板遮挡将水引到下一段。如果滴水板破损，起不到遮挡作用，结露水很容易汇集到下段内衬砖与外筒壁间。时间久了，积液量增大会形成压力，如外筒壁施工缝不密实，就会渗漏到外筒壁混凝土，对混凝土及钢筋产生侵蚀，进而影响到筒壁的安全。也就是说以前仅在烟囱内壁用粘贴块材方案、胶泥、涂料类的防腐做法，是治标不治本，是很短时间内对钢筋混凝土外筒壁产生腐蚀、有酸液渗漏到外筒壁现象的主要原因。

从受力变形方面分析：在水平荷载作用下，牛腿处的砖砌排烟筒变形是不一致的。因此，此处的防水防腐节点很难处理，其做法既要满足防水要求，又要满足结构变形要求。处理不好此处就是一个酸液渗流的通道。

由此可看出，单筒式烟囱不适用于排放湿法脱硫不上GGH的烟气工况。

烟囱改造的主要目的是保护承重外筒的结构安全，因此烟囱防腐改造必须将承重外筒与排烟筒脱开，使其达到烟气渗漏及时发现、及时修补，不至于发现渗漏时已影响到外筒的结构安全。

5 改造建议

本人通过对几个电厂烟囱检测报告的分析和防腐改造处理的设计，认为单筒式烟囱当排放湿法脱硫不上GGH烟气时，防腐改造应注意以下几方面的问题：

(1)烟囱防腐改造的目的是保证钢筋混凝土承重外筒的安全。如果烟囱运行存在安全隐患，且不被及时发现和消除，那这个改造是不成功的。从对烟囱检测结果及烟囱腐蚀原因分析中可看出，单筒式烟囱防腐改造，仅从内衬防护入手，解决不了根本问题。因此必须将排烟筒与承重外筒分开。

排烟筒优先采用钢质材料，防腐材质宜与机组使用寿命相近。一般认为，防腐改造工程三分材料、七分管理。无论采用哪种防腐工艺，都要加强施工材料的采购、施工、监理等环节的管理。还应对烟囱运行进行维护，这里的维护包括把排烟筒当作设备定期检查，同时运行工况尽量单一。

(2)排烟筒直径的确定应考虑环保要求、止晃点设置及安装空间、原有脱硫增压风机参数(必要时可对其进行改造)等因素，计算确定。

(3)过去烟囱混凝土所使用粗骨料一般推荐宜采用玄武岩、闪长岩、花岗岩等破碎的碎石或河卵石，对于石灰岩是不宜采用。通过对烟囱腐蚀情况的检测，采用石灰岩作为粗骨料的，腐蚀很严重，其它材质的相对较好。因此建议检测时，如为石灰岩粗骨料，应认真对待。对新建烟囱应提出混凝土不应采用石灰岩粗骨料的要求。

(4)如拆除内衬前对外筒壁进行抽芯取样检测，取样位置重点应放在楔形悬臂梁上、下部(此位置是酸液聚集处)、外观有缝隙处(有可能是施工缝)、有渗液孔处(施工模板螺栓孔未封堵好)。

(5)改造方案中应对现场施工条件重点研究。交通组织、大件运输、加工场地、垃圾外运等有可能影响改造方案的实施和投资费用的增加。厂区已有的各种管道有可能影响到大件的运输，应列入到烟囱改造费用中。

(6)做好酸液的收集。因酸液中含有一定的灰分，排酸管不宜设置弯头，建议在酸液收集口正下方设置酸液收集(沉淀)池，将酸液沉淀后，再排至回收点。

(7)通过对已检测的烟囱避雷针腐蚀情况看，由于施工焊缝质量、材料性质不稳定、长年未得到检查维护等问题，腐蚀较严重。因此建议应对顶部及筒身范围的避雷针(线)进行测试及检查、更换，避免在雷雨天气下，烟囱成为导电体，影响烟囱的使用安全。

(8)将原有挡板门后的砖烟道部分改为钢烟道，增加其密闭性。将烟道和排烟筒按设备对待，定期检查和维护。

(9)应对钢筋混凝土承重外筒进行强度核算，混凝土强度、钢筋直径、混凝土壁厚应按检测报告提供的数据。

(10)当碱性中和深度大于钢筋保护层时，应对混凝土进行防护，避免受到碱性中和的混凝土继续发展，影响结构安全。

Recommendations on Reconstruct of Wet Desulphurization in Single Tube Chimney

XING Ke-yong
(Hebei Electric Power Design and Research Institute，Shijiazhuang 50031，China)

At present, the serious corrosion appear generally in single tube chimneys of power plants without GGH using wet desulphurization. The paper analyses the reasons of the corrosion of the chimney by the statistic of the problems detected; the paper summarizes the experience of modi fi cation work of some chimneys, indicates the parts need emphasis detection and gives some suggestion about the anticorrosion reform.

single tube chimney; wet fl ue gas desulfurization; reform.

TM621

B

1671-9913(2012)02-0048-04

2012-02-23

邢克勇(1961- )，男，河北石家庄人，高级工程师，长期从事电厂结构设计。