湿法脱硫烟囱的防腐设计

史庭亮 冯东

【摘 要】湿法脱硫工艺目前在热电厂中应用广泛。论文分析了烟气腐蚀的机理，提出烟囱结构选型的建议，对常用的防腐材料进行技术经济分析比较，并针对已建和新建烟囱分别给出了经济合理的防腐设计方案。

【关键词】湿法脱硫；强腐蚀；内衬；防腐蚀；防腐涂料

一、烟气腐蚀原因

随着国家对环保要求的提高，燃煤供热及电厂均增加了脱硫设施，对烟气进行处理，以减少烟气排放对环境的污染。目前大部分脱硫采用了石灰石—石膏湿法脱硫工艺，且不设GGH加热系统。烟气经湿法脱硫后在温度、湿度上均有很大变化。按照烟气运行工况分类，可将烟囱分为干烟囱、半湿烟囱、湿烟囱。干烟囱排放未经脱硫的烟气，进入烟囱的烟气在110℃以上，烟囱内壁处于干燥状态，烟气对烟囱内壁材料仅产生气态腐蚀，腐蚀较轻微。半湿烟囱排放经湿法脱硫后的烟气，经GGH系统加热，进入烟囱的烟气在80℃左右，烟囱内壁有轻微结露，由于烟气温度较高，烟气的上拔能力较强，烟气在排烟筒内一般呈全程负压或微正压运行，排烟筒内冷凝液较少，烟气对排烟筒的腐蚀较低。湿烟囱排放经湿法脱硫后的烟气，无GGH系统，进入烟囱的烟气温度在50℃左右，低于酸露点温度，烟囱内部有严重的结露，凝结在内壁上，形成酸液，同时还有氟化氢和氯化物以及硝酸，沿内壁下流过程中，部分又被蒸发，使凝结液的酸浓度逐渐增大，其中烟气冷凝物中氟化氢和氯化物的存在将提高其对烟囱的腐蚀程度。另外，烟温降低导致烟气密度增大，烟囱的自抽吸能力降低，造成正压区范围扩大。在烟气压力和湿度的双重作用下，烟气会通过内衬裂缝不断渗入到烟囱内筒表面，使烟囱内侧结构致密度差的材料遭到腐蚀，甚至导致筒壁腐蚀穿孔。因此，无GGH加热系统的湿法脱硫烟囱，由于运行工况恶劣，排烟筒的防腐设计和施工显得非常重要。

二、湿法脱硫烟囱的结构选型

在湿法脱硫应用前，单筒烟囱是最常见的结构型式。目前新建火力发电厂为了比较好地解决湿法脱硫系统带来的烟囱腐蚀性问题，烟囱的结构形式以套筒式为主，单筒式已较少采用。而对于已建烟囱新增湿法脱硫系统的，绝大多数是改造为防腐型单筒烟囱，也有少数工程新增内筒改造为套筒式烟囱。

目前，国内相关规范均未对湿法脱硫烟囱的结构选型进行明确规定。参考现行几个相关规范：《烟囱设计规范》（GB50051—2002）中10.2.2 条规定：当排放强腐蚀性烟气时，宜采用套筒式或多管式烟囱。《火力发电厂设计技术规程》（DL5000—2000）中16.10.2条规定：当排放强腐蚀性烟气时，宜采用套筒式烟囱，此时排烟内筒应采用耐酸材料构成。《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T5121—2000）中3.0.6 条规定：当排放强腐蚀性烟气时，应采用多管式或套筒式烟囱（直筒型内筒）。

从上述现行规程规范的相关规定可以看出，对于强腐蚀条件下的烟囱，尤其是当前湿法脱硫工艺条件下的烟囱，应该优先考虑采用多管式或套筒式烟囱。首先，单筒防腐型烟囱相对于套筒式烟囱，由于烟囱长期处于运行状态，基本没有条件进行内部检修，所以不容易发现内部防腐层的损伤或局部破坏，也就无法及时修补。如果在烟囱外壁发现腐蚀状况，此时内衬的腐蚀可能已经比较严重。这个特点其实也就是为什么大部分规范不建议采用单筒式防腐烟囱的原因。那么这也要求如果采用单筒式防腐型烟囱，其防腐措施应该比套简式烟囱更可靠、更持久。而另一方面，防腐型单筒烟囱具有占地省、施工速度快、造价低等优势，对于某些工程条件受限，或者属于改造项目，必须采用防腐型单筒烟囱，目前还未做硬性规定。

三、烟囱防腐措施

湿法脱硫后的烟气，对烟囱的腐蚀性大大加强，为强腐蚀等级。对于不同的烟囱结构，应采取不同的防腐措施。

（一）单筒式钢筋混凝土烟囱

对于已建烟囱新增湿法脱硫系统的，目前大多采用改造施工，即在维持单筒烟囱结构型式不变，增加满足新增湿法脱硫工况下腐蚀性的防腐层。这类型改造烟囱内壁所采用的防腐材料或工艺主要有：高性能耐热耐酸涂料、耐酸刚性铠甲、整体耐酸浇筑料、柔性胶黏结轻质隔热块材等。

对于新建单筒烟囱防腐设计目前均无明确的推荐方案，工程应用较少或运行时间较短还无法下准确结论。虽然已建烟囱新增湿法脱硫系统的防腐改造方案具有一定的参考价值，但由于新建烟囱相对于已建烟囱对防腐可靠性及耐久性的要求更高，所以仍需进一步研究新建烟囱可适用的防腐方法。

目前常用的方式为：内衬应采用耐酸胶泥和耐酸砖（砌块）砌筑或轻质、耐酸、隔热整体浇筑防腐内衬。采用砌体内衬时，内衬最小厚度不宜小于200mm；采用轻质、耐酸、隔热整体浇筑防腐内衬时，最小厚度不宜小于150mm。烟囱保温隔热层应采用耐酸憎水性的材料制品。钢筋混凝土筒壁内表面应设防腐蚀隔离层。随着耐酸、隔热浇注料的发展，轻质、耐酸、隔热整体浇筑防腐内衬应用逐渐广泛。此种方式取消了隔热层，由于内衬采用的整体浇筑料具有导热系数低的特点，所以隔热层与内衬合二为一。该内衬耐酸、耐热、重量轻、强度高，整体浇注可消除形成烟气腐蚀的薄弱环节、有效地提高防腐隔

热性能、抑制裂缝及其扩展。但该材料固化过程中存在很大的收缩，应采用合理的施工方案，并设置防开裂的施工切缝及相应的密封措施，对材料及施工的要求较高。同时，由于内衬浇筑需要翻模且高空作业，因此施工周期较长。

（二）套筒式烟囱

“湿烟囱”宜选用多管式或套筒式，即承重外筒与排烟筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触，排烟内筒采用耐酸防腐措施烟囱通常设置脱硫旁路系统，存在脱硫系统运行、脱硫系统停运、短时锅炉事故等几种状况，筒内环境在干燥- 潮湿-干燥状况下交替变化，这与不设脱硫旁路系统，烟囱单工况运行有很大区别。故烟囱防腐材料的选择除考虑烟囱的主要运行工况外，还须考虑适应其它运行工况，以及工况变化时温度交替变化对防腐材料性能的影响。

由于排烟内筒直接接触腐蚀性物质，故其耐腐蚀性决定了烟囱的使用寿命。排烟内筒可分为钢套筒、砖套筒和玻璃钢套筒。其中，砖套筒由耐酸胶泥及耐火砖或耐酸砖等砌筑而成，造价低，但砌筑缝多，温度、湿度、施工质量等因素易导致墙体开裂而泄漏烟气，存在腐蚀混凝土外筒的隐患。普通玻璃钢套筒的投资较高，而且对高温敏感，不适合用于湿法脱硫烟囱，故只能采用高性能玻璃钢内筒。但目前国内对玻璃钢烟囱结构设计较少，有一些技术问题没有解决。钢套筒上、下口直径相同，可直立于烟囱基础底板上，其主要优点是抗渗密闭性好、整体性强、自重轻、施工简便、施工周期相对较短、对烟气阻力较小，但耐腐蚀性较差，需对钢套筒的内壁进行防腐蚀处理。耐酸砖及玻璃钢内筒在国内应用较少，大多采用钢内筒。有些采用耐候钢，然后对内筒采用不同的防腐措施。钢内筒烟囱一般采用自承重钢排烟结构体系，其内衬防腐主要有三类形式：一是采用耐腐蚀的轻质隔热制品粘贴，隔绝烟气与钢内筒接触，如玻璃砖内衬、玻化陶瓷砖等；二是贴衬薄板，采用耐酸腐蚀的金属合金薄板材作内衬，包括钛及钛合金板、镍基合金板或铁镍基耐蚀合金板；三是采用耐酸防腐涂料和玻璃鳞片涂层等。

烟囱的防腐材料多种多样，但各有适用范围，应根據烟囱可能存在的运行工况，来选择适用的防腐材料，并采用合理的施工方案。以一座钢内筒直径6m、高240m 的套筒式烟囱为例，就筒内衬采用复合钛板，Henkel 玻璃砖，玻化陶瓷砖，玻璃鳞片等四种防腐方案分别进行了技术性能和经济性的比较。

四、湿法脱硫烟囱防腐工艺选择原则

根据以上分析可知，湿法脱硫后烟气腐蚀性强，运行工况复杂。因此，湿法脱硫烟囱防腐工艺选择应遵循以下原则：防腐界面应为完整的一体，不存在酸液侵蚀的漏洞；防腐层与基体应保持热膨胀的一致性；防腐材料应具有吸水率低、强度高、耐磨性好、抗老化、适应冷热温度变化、适应应力变化、耐压等性能，并具有可修复性；防腐材料与基体的粘结强度高；施工工艺成熟简单，人为因素影响质量的可能性小。在选择烟囱内衬防腐涂料时，应全面考虑烟囱的运行工况，采用适合各工况下不同环境的防腐涂料。目前已经投入运行的烟囱，由于防腐涂层本身质量或施工质量等原因，烟囱防腐层或防腐设施出现不同程度的损坏，因此，进一步研究和应用耐腐蚀性能好、有一定的保温性能、使用寿命长、施工速度快的涂料，更为重要。

五、结语

加装湿法脱硫装置后，烟气对烟囱内壁的腐蚀大大增加，腐蚀性等级升级为强腐蚀。在设计中应结合工程实际，全面考虑各运行工况，根据具体工艺流程，针对目前烟囱的选型及防腐材料的适用条件，确定经济适用的烟囱防腐设计方案。对于已经投入使用的烟囱，设计单位应和业主定时对烟囱进行检查，查看烟囱的腐蚀情况，设计单位应主动与各业主联系，了解各烟囱的运行情况，对各烟囱的腐蚀情况进行统计，以便总结更多的实践经验，提高设计水平。

参考文献：

[1]白学利、郑晓永、张瑾.湿法脱硫烟囱腐蚀现状及防腐方案的选择[J].热力发电.2011.

[2]刘俊峰、赵凤娟.湿法脱硫烟囱防腐研究综述[J].华东电力.2012.