火电厂烟囱防腐的解决方案

贺朝铸，代万昆，韩朋成，周舒璇，贺康锦

（武汉博奇环保科技股份有限公司，武汉 430223）

随着国内环保治理的深化，湿法脱硫后的烟囱腐蚀问题越来越突出，特别是脱硝以后，大量的SO2转化成SO3，火电厂湿烟气对烟囱的腐蚀更为严重，甚至对电厂的安全运行造成了巨大威胁，到了非治理不可的地步。虽然许多防腐公司也看到了问题的严重性，但在没有充分了解湿烟气的特性、腐蚀机理及烟囱的结构特点，且不具备设计研发能力的情况下，使用了各种不恰当的防腐材料，给顾客造成重大损失，迫使部分业主不得不选用稀有金属钛板、镍基合金板或全进口宾高德产品。这些防腐材料不仅价格高而且施工周期长、施工要求高，特别是钛板，在计划经济时代是国家控制的战略物资。“大材小用”造成了严重的浪费，使得用户在防腐方案的选择上很矛盾。

1 引言

稀有金属通常指在自然界中含量较少或分布稀散的金属。它们难于从原料中提取，在工业上制备和应用较晚。但在现代工业中有广泛的用途，如用于制造特种钢、超硬质合金和耐高温合金，在电气工业、化学工业、陶瓷工业、原子能工业及火箭技术等方面。稀有金属主要有稀土、锗、钼、钽、锶、 锑、镉、铱、铋、铑、钛、镍、锆、铬、钴等。

钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。我国于1956年开始钛和钛合金研究；20世纪60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。但由于钛是地球上极为珍贵的金属，因此钛合金的价格十分昂贵，同时钛合金的加工工艺难度也很大，连美国也只将钛合金用于建造航天器。

2 火电厂烟囱防腐领域现状

目前，在国内火电厂烟囱防腐领域也面临类似的情形，在国家相关主管部门无明确政策导向的情况下，大量使用钛合金板，造成国家战略资源的重大浪费。钛为稀有金属，价格昂贵，为国家的战略物资。目前，电厂烟囱大量采用1.2～1.6mm厚钛合金板复合材料进行防腐，实际上是一种质量过剩行为。而且，因钛合金板复合材料较薄，轧制和复合过程中易受杂质影响而出现穿透或透露情况，带有此类缺陷的钛钢复合板在使用过程中遇烟气腐蚀会出现严重的“点蚀”现象（双面电化学腐蚀）。同时，现场组合时，对钛合金板的焊接过程要求较高，焊接材料和焊接工艺的选择直接影响焊缝质量，对焊工的技术水平要求也极高，实际应用中经常因焊接缺陷导致基层碳钢内筒的腐蚀。

中国电力规划设计总院2009年通过对226个已经脱硫改造的烟囱的调研，包括六大类13种防腐方案。结果发现尤以聚脲、萨维真、OM涂料等薄膜类涂料和国产泡沫玻璃砖进行防腐的烟囱出现开裂、冲刷或脱落现象最为严重。其出现问题的比例分别为聚脲和萨维真约占90%、国产泡沫玻璃砖约占50%、OM涂料约占40%、其次玻璃鳞片约占25%，耐酸胶泥（砂浆）约占20%；采用耐酸胶泥砌筑耐酸砖烟囱的酸液渗漏也很严重，约占20%。尽管不是全部湿烟囱，但是反馈的结果反映出我国目前脱硫烟囱防腐工程出现的问题较多，涉及面较广，出现渗漏的比例较高。有的工程项目仅投运2个月即发现泡沫玻璃砖脱落导致钢内筒局部穿孔腐蚀；有的脱硫烟囱改造工程项目投运后4个月由于泡沫玻璃砖开裂、脱落，造成对钢筋混凝土的腐蚀，致使部分酸液沿烟囱外筒壁渗漏。不少工程刚刚防腐改造后，运行不到半年，烟囱筒壁外就出现明显的酸水渗漏，脱硫烟囱受到腐蚀的速度太快。湿烟囱防腐的关键是将内衬做成整体密闭，用防腐材料作防水、防漏、防渗。由于燃煤的来源和成分极多且复杂，烟气中腐蚀介质也就很复杂。湿烟囱可信赖的钛镍合金对有些酸性介质的防腐能力还不足。防腐材料主要有陶瓷、玻璃和树脂复合材料。玻璃和陶瓷类防腐材料（粘贴泡沫玻璃砖和泡沫陶瓷砖等）不可能作大块，在整体性和密闭性上出现问题比较严重。玻璃钢复合材料可以满足多种功能和工况的要求，是烟囱防腐工程优先选择的材料，在欧美地区采用的越来越多，使用的空间越来越广。

用复合材料代替钛镍合金的使用是一种趋势。和很多技术的推广路线一样，复合材料最先开始应用在航空航天与军事领域，然后转向民用领域。

在复合材料研究领域的科学与技术难题中，材料结构效率与可靠性的矛盾是最难解决的。和很多材料一样，复合材料结构的高效率与高可靠性很难兼顾，是一对矛盾。复合材料的性能分散性和服役环境的不确定性是制约复合材料及结构工程化应用最大的问题。我国从20世纪80年代便开展了复合材料项目研究，但由于复合材料基础研究薄弱、缺乏原创性技术等原因，制约了复合材料产业的发展。

3 烟囱防腐的最优解决方案

3.1 国内火电厂烟囱防腐领域市场容量预测

根据我国经济形势的发展，2012年新增装机容量约8500万kW。中电联数字显示：2012年，预计全社会用电量增速在8.5%～10.5%之间，全年用电量为5.14亿kW·h，可能呈现“前低后高”分布，年底全国发电装机容量达到11.4亿kW。其中水电2.5亿kW，火电8.1亿kW，核电1357万kW，并网风电5900万kW。由于全国电力工业继续保持较快增长势头，电力需求不断增加，所以火电行业将会继续保持高速发展，“十二五”火电行业脱硫需求依然旺盛。根据《电力工业“十二五”规划研究报告》，到2015年火电装机容量将达到9.63亿kW。按每60万kW一台烟囱计算，2015年底全国需要进行防腐的烟囱约1605个，按平均每台烟囱防腐投资2000万元算，仅国内烟囱防腐市场潜在容量就达320亿元。按每年1/3的烟囱需要进行防腐（包括维修改造）计算，到2015年防腐市场容量将达100亿元。如果这些烟囱全部采用钛镍合金制造，制造成本会大幅上升，而且会造成国家资源的严重浪费。

3.2 火电厂烟囱防腐的最优解决方案

玻璃钢复合材料是一种成本低，来源广的新材料，目前玻璃钢复合材料在烟囱防腐领域的应用在国外已越来越普遍，而且其在耐混合烟气腐蚀、可施工性、价格等方面的优势远远高于钛镍合金材料。电厂湿法脱硫烟囱防腐用玻璃钢复合材料可分为以下两类：

（1）结构型玻璃钢复合材料

结构型玻璃钢复合材料不仅要满足防腐的性能，还要承受自身的结构力，通过整体缠绕、大块预制拼接形成整体密封的排烟筒结构，是目前行业普遍推荐的防腐方案。但这种防腐方案存在以下劣势：1）承受结构载荷，具有较大的风险；2）由于受力需要，势必增加材料厚度及用量，大幅提高成本；3）施工难度大，工序复杂，容易引发火灾。

（2）功能型玻璃钢复合材料

功能型玻璃钢复合材料一般分为3层结构，即底层、结构层和面层，通过在基体喷涂形成底涂层 + 复合结构层 + 防腐耐磨面层的多层复合材料结构，使烟囱内壁完全处于防腐层的保护之下，可有效解决在火电厂烟囱防腐方案的选择中存在的成本、质量和寿命问题，使三者达到一个最佳的结合点，从而有效解决了国内湿法脱硫烟囱的防腐问题。功能型玻璃钢复合材料与其他烟囱防腐方案的对比如下表所示。

功能性玻璃钢复合材料与其它烟囱防腐方案的比较表

4 结论

用复合材料代替钛镍合金的使用是一种趋势。我国复合材料基础研究不足、关键技术未能实现突破，是复合材料产业发展停滞不前的根本原因。目前，我国复合材料在应用与产业化方面，与国外相比至少落后10年。国内的复合材料很多产品不过关，技术与性能的稳定性都未达标。作为国务院《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中重点发展的三大新材料之一，复合材料的产业化备受瞩目。

在火电厂烟囱防腐领域，目前能采用功能性玻璃钢复合材料对烟囱进行防腐的单位较少，据调查，在国内具备相应研发和施工能力的相关厂家不超过3家。这3家企业有的是代理国外产品，有的企业因研发实力不够，产品性能在满足电厂烟囱复杂运行环境时，存在防腐材料脱落等缺陷，造成设计单位在选择防腐方案时心存疑虑，不敢轻易实施方案创新，这也在客观上阻碍了该方案的推广。另外，国内一些企业的功能性玻璃钢复合材料防腐方案的最新研究成果，由于在短期内没有成熟的业绩支撑，难以在工程中得到有效的推广和实施。但是，功能性玻璃钢复合材料防腐方案作为一种国内外公认的最佳防腐方案，代替其他烟囱防腐方案已是一种必然的趋势。因此建议国家主管部门限制钛镍合金材料在电厂烟囱防腐领域的使用，大力推广功能性玻璃钢复合材料的应用，促进烟囱防腐领域的可持续发展。

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