1000MW火电机组烟气系统防腐蚀设计特点

胡小翔

（广州市南先化工有限公司，广东 广州 510760）

当今国内能源结构70%依靠煤炭。随着工业化进程加快，环保压力日渐增大，火电厂排放标准日趋严格。超超临界百万机组烟气排放系统中不设旁路，取消旁路烟道后，排烟系统的运行稳定可靠直接影响主机安全。脱硫、电除尘、热交换器等要随主机同步启动，这对排烟系统装备的可靠性和稳定性提出了新的更高要求。为此必须采取新措施以提高系统运行可靠性。

近几年来排烟系统环保设备实际投运情况表明：系统内部腐蚀问题是困扰稳定运行的薄弱环节之一。为控制腐蚀，需要从设备设计、选材、工艺控制、施工、运行管理维护等各个环节把关。浙江宁波超超临界百万燃煤机组超低排放环保示范项目排烟系统在设备布置选型、材料选用和防腐结构设计等三个方面有所创新，对控制系统腐蚀、保证稳定可靠运行起到基础性作用。

1 烟气排放系统工艺流程

锅炉燃煤烟气首先进行脱硝处理，经烟道进换热器降温，然后入电除尘器进行第一次除尘，再由增压风机升压从原烟道进入吸收塔脱硫，再从湿烟道进入湿式电除尘器第二次除尘，再进换热器升温，最后由净烟道导入烟囱排放。

排烟系统中烟雾成分：Cl－10 000ppm，Mg2＋4.83ppm，Na＋2.86ppm，Ca2＋1.96ppm，4.52ppm，Al－10ppm，F－50ppm，pH值2.5～5.0。

粉尘成分：CaSO4·2H2O 96%，CaCO31.7%，SS 2.1%。

循环水pH值：2～6。

系统温度：49.1～80℃。

图1 烟气系统环保工艺流程图

2 排烟系统腐蚀的原因

2.1 硫酸露点腐蚀

烟气腐蚀的发生主要与烟气露点有关。烟气成分有水蒸汽、粉尘、SO2、SO3，以及 HCl、HF 等。水蒸汽的露点一般较低，但由于烟气中SO2、SO3和粉尘等组分的影响（尤其是SO3极易被烟气中的水蒸汽吸收而形成露点较高的硫酸蒸汽），使得烟气露点显著提高。系统中烟温在49～80℃之间，低于烟气露点温度，因此硫酸蒸汽结露并逐渐浓缩在金属壁面上，形成了金属壁面的低温腐蚀。

烟气中水汽分压不同对应硫酸露点温度不同，且影响大于含尘量等因素。

图2 在不同水汽分压下烟气含硫酸露点腐蚀温度

2.2 Cl－离子腐蚀

在湿式石灰石／石膏法烟气脱硫工艺中一般采用高效喷淋塔。塔内的腐蚀原因除硫酸的腐蚀之外，还有Cl－离子的腐蚀和磨损腐蚀。吸收塔内部的腐蚀主要是由于石灰石浆液中氯化物的含量过高所引起的麻点腐蚀及烟气冲刷带来的磨损腐蚀。吸收塔内部石灰石浆液中的氯化物的存在会引起电化学腐蚀。研究发现，当Cl－离子浓度达到3%时，腐蚀速度增至最大。

3 影响排烟系统腐蚀的主要因素

3.1 工况因素

3.1.1 系统烟气压力

净烟气的温度为45～52℃左右，并且在烟囱前为正压（约200Pa）。因此烟气的腐蚀性和渗透性大为增强。所以，烟气加热器的设置对烟囱防腐有利，由于热应力减小，对烟囱的安全运行也有利。

3.1.2 系统温度及温差波动

在系统中不设GGH（进、出口烟气换热器）时，吸收塔原烟道入口处温度由143℃下降到80℃，热冲击较大，对烟道入口和吸收塔壁产生的腐蚀明显增强。与此同时由于排烟温度低于70℃，烟囱内正压区域扩大，酸液渗透增强，加大了烟囱腐蚀风险。

3.1.3 系统烟气化学成分及含尘量

含尘量增多，一般容易堵塞GGH，造成系统阻力增加，局部产生结垢，还会引发垢下腐蚀。

3.1.4 工艺控制要点

脱硫吸收塔pH6～6.5，Cl－含量＜15 000ppm。

排烟温度控制：进吸收塔烟气温度低于90℃，减少对吸收塔热冲击，烟囱排烟温提高到80℃以上，正压排烟区域减到最少，减低对烟囱内壁的腐蚀。

3.2 设备因素

较早前使用的GGH设备换热片结构复杂，容易造成系统堵塞和腐蚀。因缺乏经验在旧烟囱改造中防腐内衬材料选用OM、聚脲等不合理导致腐蚀的例子也不少。

设备设计时对防腐蚀重视不够，选材经验缺少，局部应力集中，变形较大，引起防腐衬里破坏，这样例子不少。

3.3 建造和施工因素

排烟系统中的吸收塔、烟道、湿式电除尘器大部分防腐蚀施工在建造现场完成，管理和监督不力也常常造成设备腐蚀风险加大。

4 设备选型与系统布置

从流程图上可以看出，增加 MGGH（强制循环管式烟气换热器）之后可以减少系统温差变化过大对吸收塔进口处玻璃鳞片和衬胶板处热冲击，同时提高净烟道及烟囱排烟温度，减小烟囱正压区域，减轻露点腐蚀倾向。所以选择MGGH，从整体上改善了排烟系统温度平缓过渡。

强制循环管式换热器把腐蚀与转动分离，避免了早期旋转式GGH的运行中腐蚀、堵塞、冲洗、检修困难、故障率高的困扰。

在吸收塔出口布置了WESP（第二级湿式电除尘器），进一步使烟气含尘量低于20mg／m3，杜绝石膏雨。这在国内百万机组上是第一台引进该项技术。

在吸收塔之前增设了事故喷淋装置和循环泵故障备用水系统，确保系统安全与稳定。也预防了因设备故障产生短时间高温烟气对吸收塔胶板衬里和烟道鳞片衬里的破坏。

5 材料选择特点

尽可能多选用性能得到保证的优质材料，不用出现腐蚀问题的一般材料。减少维修和故障停车损失。

表1 金属材料在烟气排放设备中的使用部位

从表1看烟囱内壁衬钛合金板，性价比合适。基本满足25年以上长周期安全稳定可靠运行需要。

管式强制循环换热器管程采用双相不锈钢、壳程采用316L不锈钢设计，解除了腐蚀的后顾之忧。

WESP和原烟道出口段选用316L材料，对可能出现腐蚀的薄弱环节采取可靠的强化措施。

6 防腐衬里结构设计

目前烟道、吸收塔、湿式除尘器外壳以碳钢加衬里构成，目前不大可能全部采用高级不锈钢代替，无论从性价比和投资角度短期内不会考虑改变。

表2 非金属防腐材料使用部位

拐角处的强化设计，根据测定变形度确定在内衬防腐材料受到破坏时，测量并计算变形量和变形角度。可见拐角处采用FRP（玻璃钢）加强有利于提高变形允许值，是设计强化的重要节点。

1）局部加强处采用FRP，为分散应力角位增加包边角钢，焊缝避免位于尖端。

图3 角位防腐加强

2）增加弹性过渡层，吸收震动和应力，降低局部承重部位破坏风险。在底层采用弹性变形大的树脂层；面层采用加贴橡胶层。

图4 表层弹性垫过渡层

3）局部结构在设计上避免应力集中，预防变形大，降低内衬破坏风险。

图5 支撑部分分散应力设计

超超临界燃煤机组烟气超低排放系统在设计上强化了腐蚀控制，再加上在建造、运行、维护中的技术措施和管理到位，保障了机组稳定安全运行。

［1］ 孙志宽，温秀峰，杨建平，孙锋伟.600MW机组脱硫系统存在问题的分析及处理［J］.华电技术，2012（1）

［2］ 袁永权，廖永进.湿法脱硫系统吸收塔入口腐蚀环境及防腐蚀方案的探讨［J］.广东电力，2010（5）

［3］ 秦光荣，丁智华.略谈湿法脱硫烟囱内筒防腐设计［J］.大观周刊，2011（2）

［4］ 李庆，黄波，等.环保设备设计优化及新技术采用［J］.中国电力，2010（11）

［5］ 乐园园，金东春，等.浙江火电厂石灰石湿法烟气脱硫装置运行分析［J］.浙江电力，2010（7）

［6］ 杨晋萍.湿式烟气脱硫系统的腐蚀机理及各设备腐蚀情况［J］.锅炉制造，2010（6）

［7］ 郭春梅.发电厂脱硫系统烟气加热器的特点及应用［J］.科技情报开发与经济，2010（21）

［8］ 廖永进，曾庭华，等.湿法脱硫装置烟气系统的设计和运行［J］.中国电力，2005（12）