火电厂脱硫烟囱防腐技术交流-陈继炜

1、火电厂脱硫烟囱防腐技术交流探讨 适用套筒单管(或多管)钢烟囱-混凝土新烟囱 一.脱硫后烟囱的工作环境及腐蚀因素 a. 脱硫后的烟气湿度大,结露形成的冷凝酸液对结构材料的腐蚀性强。未处理干净的SO3,SO2,HCL,HF等介质都在其本身的露点温度以下,容易形成冷凝酸液,导致湿烟气的酸性增大,对排烟筒体表面的腐蚀性增强;冷凝酸液pH值为1.03.0,对钢铁(包括普通不锈钢)和混凝土的腐蚀都非常严重。 b. 温度交变:在湿法脱硫装置(WFGD)投运时,湿烟气温度在4080左右(设置有GGH时为7080,没有GGH时为4050),在WFGD停运时,烟囱排放的原烟气,一般在120150之间,启动和故障时短时能达到180。烟气在这样干湿交替以及温度的交变运行中对烟囱防腐材料的影响非常大; c. 正压运行:脱硫系统设置GGH时,由于烟气温度较高,其重力密度低于空气重力密度,很容易实现筒内负压;当系统不设置GGH或GGH事故时其烟气重力密度大于空气重力密度,排烟筒内是正压运行。烟气的腐蚀介质分子在烟气正压运行时扩散渗透能力会增强,会对烟囱的腐蚀加剧; d. 持续高速烟气磨损腐蚀:烟气在烟囱中的流速一般

2、为十几米每秒,甚至达到30m/s,24小时连续高速流动的烟气及其携带的颗粒物对排烟筒材料的影响造成了磨损腐蚀。 e.结晶腐蚀:电厂脱硫烟囱中最常见的腐蚀性气体是未除净的二作者简介:陈继炜,常年从事电厂脱硫系统一线的防腐施工与脱硫检修的防腐维护工作。 氧化硫和保留下来的三氧化硫。二氧化硫遇水转变成亚硫酸,三氧化硫遇水生成硫酸。硫酸与混凝土中的水化物通过酸或盐的离子交换,生成易溶的钙盐、铝盐、铁盐和硅胶等。粘土砖中的氧化铝,也能与硫酸生成易溶的盐。烟气中的盐也是不容忽视的介质,很多易溶盐都能渗入砖和混凝土的内部,吸潮后再结晶膨胀而破坏材料结构。 二.脱硫后烟囱防腐应考虑的风险 烟气经过脱硫后,烟气中的二氧化硫的含量大大减少,而洗涤的方法对除去烟气中少量的三氧化硫效果并不好,因此,仍然残留近10%的二氧化硫和三氧化硫。由于经湿法脱硫,烟气湿度增加、温度降低,烟气极易在烟囱的内壁结露,烟气中残余的三氧化硫溶解后,形成腐蚀性很强的稀硫酸液。所有脱硫烟囱内的烟气有以下特点: a.烟气中水份含量高,烟气湿度很大; b.烟气温度低,脱硫后的烟气温度一般在4050之间,经GGH 加温器升温后一般在80左

3、右; c.烟气中含有酸性氧化物,使烟气的酸露点温度降低; d.烟气中的酸液的浓度低,渗透性较强; e.烟气中的氯离子遇水蒸气形成氯酸,它的化合温度约为60,低于氯酸露点温度时,就会产生严重的腐蚀,即使是化合中很少量的氯化物也会造成严重腐蚀。 由于脱硫烟囱内烟气的上述特点,对烟囱设计有如下影响: 1. 烟气湿度大,含有的腐蚀性介质在烟气压力和湿度的双重作 用下,结露形成的冷凝物具有很强渗透性和腐蚀性,对烟囱内侧结构致密性差的材料将产生腐蚀,影响结构耐久性。2. 酸液的温度在4080时,对结构材料的腐蚀性特别强。以 钢材为例,4080时的腐蚀速度比在其它温度时高出约3 8倍。由此可知,排放脱硫烟气的烟囱比排放普通未脱硫烟气的烟囱对防腐蚀设计要求要高得多,这也许与我们的传统观念有所不同。 3. 在设有脱硫系统的电厂,由于在运行时,烟气有可能不进入 脱硫装置,而通过旁路烟道进入烟囱。此时,烟气温度较高,一般在130以上,故设计烟囱时,还必须考虑在此温度工况下运行对烟囱的影响 三.目前脱硫烟囱常用的防腐工艺及应用情况 脱硫后烟囱内筒选择一个合适的内衬材料,必须考虑以下几方面的因素: a.技术可行

4、性,满足复杂化学环境下的防腐要求; b.经济合理,较低的建筑成本,一次性投资费用要低; c.施工条件好,质量控制方便,施工周期短; d.运行维护费用低,并且方便检修。 需注意的是,用材的选择不仅应考虑初期成本,还应综合考虑装置的可运行周期(即大修周期)和总使用寿命等相关问题。欧美等发达国家电厂烟气脱硫开始的时间比较早,根据国内外的 经验,目前湿法脱硫后的烟囱内筒内衬防腐主要有四类形式: 1)采用耐酸腐蚀的金属合金薄板材作内衬,内衬材料包括镍 基合金板( C-276 、 C22 )、钛板( TiCr2 )等; 2)采用耐腐蚀的轻质隔热的制品粘贴,隔绝烟气和内筒接触, 如发泡耐酸玻璃砖内衬; 3)第三类采用耐酸、耐热、隔热、保温;隔绝烟气和钢内筒接 触,使用喷涂方式内衬安装,如VP,聚脲烟囱内衬; 4)玻璃鳞片涂层防腐蚀涂料。 5)整体玻璃钢烟囱内筒。 1.镍基耐蚀合金板 C-276 合金是一种含钨的镍 - 铬 - 钼合金,其硅、碳的含量极低,在氧化和还原状态下,对大多数腐蚀介质具有优异的耐腐蚀性,出色的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀性能。较高的钼、铬含量使合金能够耐氯离子的侵蚀,钨元素也进

5、一步提高了其耐腐蚀性。 C-276 合金在 10 %硫酸沸腾试验溶液中的腐蚀速率为0.35mm /y ,而 316L 为 1.615mm /y , 317 为 0.785mm /y ; 近年来,国际国内市场镍价持续上涨,使得 C276 合金材料初期成本较高,制约了 C-276 耐腐合金在脱硫烟囱中的应用。 国外 C276 合金广泛应用于脱硫塔及烟囱中。由于 C276 合金材料初期成本较高等原因,国内尚无应用于烟囱内筒耐腐内衬的工程实例。 2.钛板 (TiCr2) 内衬 钛是一种很耐腐蚀的材料,这是由于钛的表面容易生成稳定的钝化膜,钝化膜是由几纳米到几十纳米厚的极薄的氧化钛构成,在许多环境中是很稳定的,并且一旦局部破坏还具有瞬间再修补的特性。因此,钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性,比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好。 这里的钛腐蚀一般为均匀腐蚀和孔腐蚀,均匀腐蚀产生的膜,根据燃媒介质的不同,其含氧化性物质有差别,环境介质不同,氧化膜生成遵循的规律有差别,如果是遵循对数规律,这时的膜具有保护性;如果是遵循直线规律则不具备保护性,腐蚀迅速。 认识到这层氧化

6、膜被破坏后,若不存在修复的环境介质,或环境介质有限,这时钛的腐蚀速度比钢还大,一般认为:钛的耐蚀介质是指那些能使钛的钝化膜处于稳定状态的介质,这些介质属于氧化性,中性,弱还原性。硫酸虽然是一种含氧酸,但稀硫酸的氧化性很弱,属于非氧化性酸,氧化物修复的作用极其有限。 钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的,但是,钛中杂质的存在,显著影响钛的物理、化学性能、机械性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙杂质,它们可以使钛晶格发生畸变,而影响钛的的各种 性能。常温下钛的化学活性很小,能与氢氟酸等少数几种物质发生反应,但温度增加时钛的活性迅速增加,特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应,从而产生腐蚀。故应对工程实际烟气成份及结露情况进行分析后(谨慎)应用。 3.发泡耐酸玻璃砖内衬 发泡耐酸玻璃砖是以硼酸玻璃为基础制成的,耐各种浓缩酸(除 5 %以上的氢氟酸)和包括氯化物在内的废气冷凝液的腐蚀,导热性低。由发泡耐酸玻璃砖以及粘结剂人造橡胶形成的防腐衬里,在化学环境与温度变化的情况下,都具有防腐能力。由于其导热性低,使原来的烟囱内衬和保温层结构合二为一。 玻

7、璃砖由粘合材料直接粘贴于烟内筒内表面,并由粘合材料对玻璃砖间的缝隙勾缝,阻断了烟气对内筒结构的腐蚀。粘结料的防腐、耐久性是关键,它的老化、开裂都将直接影响到整体内衬系统的防腐性能。玻璃砖的强度较金属要低得多,但其强度要求必须能耐烟气冲击。玻璃砖在国外烟囱有应用。但底剂的选择非常重要,国内的底剂普遍都难以达到要求;在许多案例中,采用国产泡沫砖与进口底剂结合,脱硫运行不久后检查,发现泡沫砖有裂纹出现;国外有成熟的应用在烟囱内衬的底剂,已经有30 年以上的使用业绩。 4.耐蚀鳞片胶泥内衬 (单结构) 鳞片胶泥含有 10%-40% 片径不等的玻璃鳞片,胶泥在施工完毕后,扁平型的玻璃鳞片在树脂连续相中呈平行重叠排列,从 而形成致密的防渗层结构。腐蚀介质在固化后的胶泥中的渗透必须经过无数条曲折的途径,因此在一定厚度的耐腐蚀层中,腐蚀渗透的距离大大的延长,相当于有效地增加了防腐蚀层的厚度。 鳞片胶泥采用的基体树脂是高性能的乙烯基酯树脂,该类型树脂具有较环氧树脂更好的耐腐蚀性能。由于基体树脂是有机材料,鳞片胶泥的寿命保证期为 10 15 年。根据国内脱硫的实际运行情况,温度的冲击是需要慎重考虑的因素。

8、 鳞片胶泥具有抗渗性好、施工难度小、易修补造价较低等特点。因此,鳞片胶泥在烟气脱硫设备上应用较多。国外电厂烟囱早期有应用,但现已较少采用。 5.复合材料类防腐方案 FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)即玻璃纤维增强塑料,俗称玻璃钢。通常是由高强度的玻璃纤维增强纤维和树脂复合而成的兼具结构性和功能性的新型复合材料,玻璃纤维提供FRP的强度和刚性,树脂提供FRP的耐化学性和韧性。FRP材料具有质量轻、强度高、耐化学腐蚀、绝缘隔热、耐瞬时高温烧蚀、强度和形状可设计性强等优点。成型后的玻璃钢结构层抗拉强度与普通钢材相当,但其容重仅为钢材的1/41/5。应用FRP排烟筒可以取消保温层,特别适合燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱运行条件。 6.复合材料(优化结构)工艺介绍及推广。 复合材料(优化结构)就是以玻璃鳞片为基础抗渗层,以 玻璃钢为中间加强层,耐磨树脂胶泥为耐磨面层,三者材料优化结合,而且三种材料相容性非常强,附着力非常好,达到防腐+加强+耐磨+隔热的完美结合,此工艺在脱硫塔的入口喷淋区得到长期的实践应用,效果非常明显。更重要的是此工艺一次性投入比较低,后期维

9、护也方便;因为此工艺兼具了鳞片和玻璃钢的破坏后不扩散性,损坏点可以随时修补(钢筒外壁临时补焊),等烟囱停运后在正式维修,不影响主机运行。 四.各种防腐工艺性能比较 防腐方案防腐性能耐磨性使用寿命施工周期参考价格(元/m2) 主要缺点 聚脲涂料较差较差 510(年) 15(天) 600 容易脱落,不耐磨 合金薄板良好很好30(年) 70(天) 50006000 价格昂贵,施工难度大宾高德玻璃砖良好良好20(年) 60(天) 2400 施工工作量大 国产玻璃砖良好一般20(年) 60(天) 9001400 工作量大,易脱落 玻璃鳞片很好一般 812(年) 30(天) 600700 受温度影响大,易开裂脱落FRP内筒很好很好30(年) 60(天) 2500 价格较贵,需提前制作鳞片与FRP结合很好很好15(年) 60(天 11001400 价格适中,施工条件苛刻五.总结 结合本人10年来对20多套火电厂烟气脱硫系统(包括脱硫吸收塔,GGH,烟道和箱罐等)的防腐施工经验和防腐维修经验总结,VEGF玻璃鳞片(乙烯基脂树脂鳞片胶泥)和玻璃钢以及两者的优化结合工艺作为脱硫内衬防腐是成功的,也是值得信赖的,(如上海富晨化工,上海纬固化工,靖江中环化工等企业生产的鳞片都不错,都能满足设计要求和施工工艺要求);但是,在用VEGF鳞片作为脱硫内衬防腐施工中也暴露出许多问题。比如有些企业用伪劣材料以次充好,或者某某施工队偷工减料,不按工艺要求胡乱施工,是造成防腐失败的罪魁祸首;另外,电厂 业主和总承包商胡乱压缩防腐工期是造成防腐失败的又一杀手。比如我在河北负责一套脱硫防

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