火电厂湿法脱硫烟囱泡沫玻化陶瓷砖防腐局部维修研究

李 强，张建国，孙蓟光

(河北国华定洲发电有限责任公司，河北 定州 073000)

0 引言

2009年,调研了国内77根国产泡沫玻璃砖和泡沫玻化陶瓷砖烟囱，发现70%存在防腐损坏问题，有些在运行不到一年的时间内就出现漏点，存在较大安全隐患。经过到国内采用同类型烟囱防腐的电厂进行实地考查调研，发现南京、上海、浙江宁波、江苏太仓和黑龙江双鸭山某电厂均对国产泡沫玻化陶瓷砖防腐进行了局部或整体维修。本文以河北某电厂作为实际案例，分析了国产泡沫玻化陶瓷砖防腐存在的问题，对比了不同防腐材料之间的差异，最终选择了近高德防腐内衬技术。重点对火电厂湿法脱硫烟囱泡沫玻化陶瓷砖防腐局部维修方案进行研究，以对同类机组烟囱防腐维修提供一些实际经验，起到一定借鉴的作用。

1 研究内容及研究方法

主要研究国产泡沫玻化陶瓷砖防腐存在的问题、局部维修时新旧材料之间的细节处理。研究方法采用委托有质资的试验室对防腐材料进行检验，通过理论计算分析烟气流速、压力的变化。

2 实例计算

2.1 工程概况

河北某电厂2台600MW机组，采用湿法脱硫工艺，不设烟气旁路和GGH，设计为钢内筒套筒式烟囱。2台机组合用1个烟囱钢内筒，选用国产泡沫玻化陶瓷砖内衬防腐，2009年9月份投入使用。

2010年9月下旬进入烟道发现部分泡沫玻化陶瓷砖外侧有反锈，铲除检查发现部分钢板已经有腐蚀现象。2010年12月初发现接口烟道局部出现腐蚀，烟囱上部钢板也有一定腐蚀，腐蚀坑没有大面积成片出现。2011年初利用机组大修的机会，对烟囱73m以上部分腐蚀情况检查和局部维修。

2.2 泡沫玻化陶瓷砖防腐存在的问题

检查发现烟囱钢内筒局部出现了14个腐蚀穿孔，最大的穿孔尺寸约20×50mm，位于154m标高处。由于没有大面积出现较深腐蚀坑，穿孔数量较少且尺寸较小，经电力设计院设计人员核算后，截面损失不超过5%,确认不影响结构安全，可以直接开始烟囱防腐维修，不需对钢内筒进行加固[1]。

检查钢板腐蚀较分布情况见图1。

图1 钢内筒腐蚀严重部位分布

2.3 宾高德防腐内衬技术

宾高德系统耐高温，耐酸性好，隔热性能优良，不需再做保温，胶黏剂附着力大性能稳定，弹性良好，施工工期短，适合于火力发电厂湿法脱硫烟囱泡沫玻化陶瓷砖防腐局部维修。最早于2005年应用于江苏某电厂，投用以来经过多次检查使用情况良好且未进行过维修维护，宾高德防腐内衬须对施工过程跟踪管理，保证施工质量，但宾高德材料价格较高。宾高德泡沫玻璃砖防腐系统，包括底漆层，防锈及高强粘接力；3mm厚度的胶粘剂层，形成连续整体的防腐层；38mm厚度的宾高德砖，保护砖背胶黏剂形成的防腐层。

具体工序包括烟囱标高73m以上原防腐砖的拆除，基体的处理(喷砂至Sa2.5等级)、底层涂料的涂装、泡沫玻璃砖的贴衬。冬季施工根据计划采取加热措施确保了施工时基底温度始终高于10℃，有效保障了施工工作的顺利进行。

2.4 局部维修时新旧材料之间的细节设计

烟囱钢内筒腐蚀坑和穿孔部位，采取用宾高德胶粘剂补平的细部工艺(见图2)。73m标高处宾高德与泡沫玻化陶瓷砖防腐接口处理时，宾高德砖较原有防腐层厚度稍薄，分界线处再多粘一层宾高德砖，将该防腐砖角线打磨成45℃坡口过渡，然后采用宾高德胶黏剂覆盖分界线，宽度为0.7m。

3 对比分析

3.1 宾高德与泡沫玻化陶瓷砖的主要区别

国产砖胶是玻化陶瓷砖和硅橡胶，宾高德系统是泡沫玻璃砖和聚氨酯沥青。两者砖的吸水率、保温系数、胶的粘结力、和易性等指标差别较大。宾高德砖在强度方面的指标低于国产材料，但宾高德系统某些关键指标却比国产材料较好，比如砖的体积密度和导热系数较小，粘结剂常温、耐热和耐酸时的拉断伸长率较大，基层处理剂的附着力较大等。

泡沫玻化陶瓷砖防腐是对宾高德防腐的简单模仿，对宾高德防腐系统一些关键工艺的重要性认识不足，如钢板除锈等级、环境温度、施工工法、粘结剂搅拌时间和厚度等[2]。

3.2 分析截面变化对烟气流速和压力的影响

通过理论计算[3]，分析烟囱直筒段73m标高处截面缩小部位烟气流速、压力等数据的变化情况。烟囱直筒段截面示意见图3。吸收塔出口烟温额定值为50℃，2台机组烟气量额定值为4000km3/h，机组满负荷时烟囱入口净烟气压力为108Pa。经过脱硫和脱硝后实际排入大气的烟气中SO2的密度为不大于90mg/m3，NOx浓度不大于300mg/m3，含尘量水大于20mg/m3。

图3 烟囱直筒段截面缩小部位示意

3.2.1 对烟气流速影响分析

经计算烟囱位置1和位置2处的面积分别为：

A1= 63.585m2；A2= 63.134m2

位置1和位置2处的烟气流速分别为：

v1= 17.474m/s；v2=17.599m/s

烟囱直筒段截面缩小部位的烟气流速仅增大0.125m/s，可以忽略烟气流速对流量的影响。

3.2.2 对烟气抽力影响分析

由于烟气中的粘性影响微小，其内摩擦在直筒段忽略不计。在低速(小于50m/s)气流中，压强变化不大时，可以忽略可压缩性的影响，直筒段烟气流速远小于50m/s，故假设烟气为不可压缩流体。

烟气温度约50℃，高于室外大气温度，烟气向上流动的原动力中湿空气(或湿空气与烟气的混和物)产生的热浮力(也称抽力)，热浮力克服流动阻力而使气体向上流动。

选用理想流体伯努利方程公式对烟囱直筒段断面变化对流速、烟气压力情况进行分析：

式中：Z为断面中心距离基准面的垂直高度，m；ρ为烟气绝对压力，Pa；ρ为烟气的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2。

烟气密度无固定数值，可以根据空气密度和烟气中主要成分的密度进行计算。

空气的密度大小与气温、海拔等因素有关，海拔越高密度越低，一般采用的空气密度是指在0℃、绝对标准指标下，密度为1.293kg/m3。

(1)烟囱直筒段截面缩小部位烟气局部压差

如图3所示，ΔZ=Z2-Z1=0.2m，A1、A2处的烟气压力分别为P2、P1，取ΔP=P2-P1，代入伯努利方程公式可得：

ΔP=-4.696Pa

(2)烟囱直筒段截面缩小处至出口烟气压差

如图3所示，烟囱直筒段截面缩小部位以上至烟囱出口的垂直高度为240-73=167m，取ΔZ出=167m，取ΔP出=P出-P1，代入伯努利方程公式可以计算得：

ΔP出=-1862.753Pa

由此可见烟囱直筒段截面缩小部位烟气压力降低了4.696Pa，而烟囱出口压降为1862.753Pa，可以忽略截面缩小部位对烟囱抽力的影响。

4 结语

泡沫玻化陶瓷砖防腐施工工艺不成熟，对钢板除锈等级、环境温度、施工工法、粘结剂搅拌时间和厚度等重要性认识不足；在砖的体积密度和导热系数、粘结剂的拉断伸长率、基层处理剂的附着力等方面，泡沫玻化陶瓷砖防腐材料不如宾高德防腐材料。宾高德防腐有完善的管理体系和成熟的施工工艺和作业流程，在国内外有众多的成功案例。选用宾高德防腐系统对火电厂湿法脱硫烟囱泡沫玻化陶瓷砖防腐局部维修是可行的。本研究对于原烟囱采用国产发泡砖进行烟囱防腐、现拟采用宾高德内衬系统进行改造的电厂具有一定的借鉴意义。

[1]GB50051-2002，烟囱设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

[2]朱小文.老机组实施烟气脱硫的烟囱防腐施[J].电力环境保护,2006,2(3):57-58.

[3]陈卓如.工程流体力学[M].北京:高等教育出版社,1992.