火力发电厂湿法、氨法脱硫湿烟囱 防腐方案的选型与建议

火力发电厂湿法、氨法脱硫湿烟囱

防腐方案的选型与建议

编写:陆春军

【摘  要】：国内脱硫湿烟囱普遍发生腐蚀渗漏现象（国内火力发电系统、石油化工系统），其腐蚀迹象比较严重已危及到烟囱的长期安全可靠运行。本文通过对湿烟囱烟气的特点分析、渗漏案例举证、防腐原则的探讨，提出湿烟囱防腐方案的选型建议，以供兄弟电厂参考。

【关键词】：湿烟囱 防渗防腐 选型建议

一、前言

自2004年1月1日国家环保总局颁布实施《火电厂大气污染物排放标准》以来，国内火力发电厂的烟气脱硫处理及运行已逐步进入了正常化和标准化，烟气湿法脱硫技术得到了广泛应用。然而，在烟气湿法脱硫、不设烟气加热系统（GGH）条件下，国内大量新建和脱硫改造的烟囱，近年都不同程度地出现了渗漏腐蚀现象，且腐蚀的速率还在加快，这种腐蚀现象在湿法、氨法脱硫烟囱中较为普遍，已危及到烟囱的结构安全，给烟囱的长期安全运行带来了严重的安全隐患。因此，对于湿法、氨法脱硫烟囱的内衬防腐材料选型应引起高度重视。

二、湿法脱硫烟气的特点

湿法脱硫的工艺简单点说就是以石灰石浆液与烟气中的硫氧化物发生化学反应而达到脱除SO₂效应的处理方法。很多发电企业为节省投资和减少维修量，一般情况下不设置烟气加热系统（GGH）装置。

通常进行湿法脱硫处理且不设烟气加热系统GGH装置的烟气，温度约在40℃~50℃，含水量饱和，湿度大，温度低，进入烟道和烟囱后会立即出现烟气冷凝结露现象。烟气处于冷凝结露状态后，上抽力小，流速慢，容易产生烟气聚集，除冬季短时间外，烟囱中的烟气基本呈正压运行，对筒壁有渗透压力。如果设置了烟气加热系统GGH装置后，烟气温度一般在70℃~80℃左右，烟气的冷凝结露状况有所缓解，结露后形成的具腐蚀性冷凝液量相对少些，除夏季短时间外，烟囱中的烟气基本上呈负压运行。

湿法脱硫处理后的烟气冷凝液中酸的含量较低，低浓度酸液比高浓度酸液的腐蚀性更强。烟气冷凝物中除含有硫酸和亚硫酸外，一般还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质，形成了腐蚀强度高、渗透能力强、防范难度大的低温、高湿和稀酸型腐蚀状况。

根据国内外相关烟囱防腐蚀资料的介绍以及实地取样化验，结果显示湿法脱硫烟囱冷凝结露液的PH值在2.0左右，烟气腐蚀性应被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性等级，因此，烟囱应按强腐蚀性烟气来进行烟囱内壁的防腐设计。

三、烟囱防腐方案的类型

目前，国家和电力行业现行的烟囱设计规范中，均未对脱硫湿烟囱防腐蚀设计和施工验收做出明确的具体规定，因此，国内湿法脱硫烟囱的内壁防腐方案比较杂，可谓是百家齐放，统计归纳为五类：１.钛（镍）合金内衬、２.贴耐酸（热）（发泡硼硅玻璃砖、发泡陶瓷砖）块材＋耐酸耐温粘结剂、３.涂刷耐酸（温）防腐涂料、４.整体浇筑耐酸（热）砼以及５.复合玻璃钢内衬。这五类材料各有优缺点，运行的情况也各不相同。根据国内多家电厂运行情况调查显示：采用钛（镍）合金内衬的烟囱目前所有厂家运行状况良好，腐蚀现象轻微；采用贴耐酸（热）玻璃陶瓷块材内衬的受运行工况和材料、施工因素影响，目前只有小部分运行状况较好（主要指宾高德，发泡陶瓷砖），其余绝大多数都不同程度存在腐蚀渗漏问题（主要指国内小厂生产的泡沫玻璃砖）；采用防腐胶泥涂料的内衬（固斯特胶泥涂料、玻璃鳞片、ＯＭ涂料、等其他胶泥涂料），防腐损坏的状况较普遍，腐蚀情况最为严重；整体浇筑耐酸（热）砼目前只应用在砼单筒烟囱上，目前运行状况基本可行，有个别案例腐蚀渗漏，钢套筒烟囱目前无应用实例；复合玻璃钢内筒有一定的前景，火力发电厂湿烟囱防腐目前只在国外有成功案例、国内只有石油化工系统有高度不高的玻璃钢烟囱案例，国内尚无工程实例佐证。2007年在辛店电厂180米钢筋砼烟囱中作了一个玻璃钢内筒，很可惜在交工前一天，由于电焊焊渣点燃保温材料失火，玻璃钢内筒从118米开始烧到顶，最后放弃了玻璃钢内筒。

四、湿法脱硫烟囱腐蚀案例分析

为了更好地了解和掌握湿法、氨法脱硫烟囱防渗防腐改造所面临的问题，下面例举了一些烟气脱硫改造或新建脱硫烟囱的防腐失败事例（渗漏腐蚀），以说明烟囱内衬防腐方案选型提供参考。

l  湖南某电厂240m高“双管式”钢内筒新建脱硫烟囱

2×600MW机组共用一座240m高“双管式”钢内筒烟囱。烟囱的2根钢内筒分别于2007年6月初和2007年8月投入运行，电除尘条件，按烟气湿法脱硫处理、不设置烟气加热系统GGH条件设计；钢内筒为Q235B材质，内表面的防渗防腐方案为粘贴50mm厚国产发泡玻璃砖＋耐酸耐温粘结剂防腐体系，钢内筒外表面不设保温隔热层。

2008年底，从外表检查发现钢内筒有局部腐蚀穿孔和烟气冷凝结露酸液渗漏外流现象；旁路运行时伴有玻璃砖破损脱落飞出的状况。目前，烟囱的钢内筒虽进行过修补和补强，但筒壁腐蚀穿孔和酸液渗漏外流的现象仍然存在。

钢内筒外表面腐蚀穿孔和烟气冷凝结露酸液渗漏外流状况A

钢内筒内表面腐蚀穿孔状况B

钢内筒内表面腐蚀穿孔状况C

钢内筒内表面腐蚀穿孔状况D

l  上海某电厂240m高“双管式”钢内筒烟气脱硫改造烟囱

2×900MW机组共用一座240m高“双管式”钢内筒烟囱。烟囱于上世纪90年代末投入运行，电除尘条件，按烟气不脱硫处理进行设计；2008年按烟气湿法脱硫、无GGH条件进行改造，钢内筒内表面的防渗防腐方案为粘贴50mm厚国产发泡玻璃砖+耐酸耐温粘结剂防腐体系，钢内筒外表面的原保温隔热层仍保留。2008年年中烟囱脱硫改造完成和投运，2008年底检查发现烟囱钢内筒筒壁出现腐蚀穿孔和酸液渗漏外流现象，状况比较严重。

钢内筒外表面不同视角看到的腐蚀穿孔状况

钢内筒外表面处理前腐蚀穿孔现状及外贴钢板修补补强后的状况

钢内筒内表面玻璃砖防护层脱落及钢内筒筒壁腐蚀穿孔状况

l  内蒙某电厂210m高“套筒式”钢内筒新建脱硫烟囱

2×300MW机组合用一座210m高“套筒式”钢内筒烟囱。烟囱于2010年初投入运行，电除尘条件，按烟气湿法脱硫处理、不设置烟气加热系统GGH条件设计；钢内筒内表面的防渗防腐方案为粘贴50mm厚国产发泡玻璃砖+耐酸耐温粘结剂防腐体系，钢内筒外表面不设保温隔热层。

2011年6月底检查发现烟囱钢内筒筒壁出现腐蚀穿孔和酸液渗漏外流现象，状况比较严重。

钢内筒内表面玻璃砖防护层脱落及钢内筒筒壁腐蚀穿孔状况

钢内筒外表面渗漏腐蚀破损状况及内表面导流板处堆积的脱落玻璃砖清理状况

l  湖北某电厂210m高“双管式”钢内筒烟气脱硫改造烟囱

2×300MW机组共用一座210m高“双管式”钢内筒烟囱，钢内筒材质为耐硫酸露点腐蚀钢板。烟囱于上世纪90年代末投入运行，电除尘条件，按烟气不脱硫处理进行设计；2007年5月按烟气湿法脱硫、无GGH条件进行改造并投运，钢内筒内表面的防渗防腐方案为涂刷玻璃鳞片类型的防腐涂料防护层体系，钢内筒外表面的原保温隔热层仍保留。2009年起，在日常运行检查中发现烟囱钢内筒的腐蚀穿孔和烟气冷凝结露酸液渗漏外流状况严重，统计出的钢内筒筒壁上腐蚀穿孔和渗漏破损近400处，状况十分严重，以危机到烟囱钢内筒的长期安全可靠性运行。

钢内筒内表面涂刷防腐涂料的渗漏腐蚀穿孔孔洞状况（一）

钢内筒内表面涂刷防腐涂料的渗漏腐蚀穿孔孔洞状况（二）

钢内筒内表面涂刷防腐涂料的起皮减薄状况

钢内筒内表面涂刷防腐涂料的起皮减薄和渗漏腐蚀穿孔孔洞状况

l  陕西某电厂212m高“多管式”砖内筒烟气脱硫改造烟囱

4×200MW机组共用一座212m高“四管式”砖内筒烟囱。烟囱于1983年投运，2009年3月初完成烟气脱硫改造，无GGH条件，砖内筒内表面进行了特种耐酸胶泥的防渗防腐处理。2009年3月底（脱硫投运28天）检查发现特种耐酸胶泥防腐层失效，砖内筒外表面渗漏腐蚀状况严重。

烟囱内部楼板平台上下位置处砖内筒外表面的渗漏腐蚀状况

烟囱内部楼板平台顶面砖内筒外表面的渗漏腐蚀及楼板平台上的积液状况

l  江苏某电厂240m高“套筒式”砖内筒新建脱硫烟囱

2×300MW机组合用一座240m高“套筒式”砖内筒烟囱，砖内筒选用的耐酸釉面砖砖砌体。

烟囱于2005年投入运行，按烟气湿法脱硫处理、设置烟气加热系统GGH条件设计；因 GGH运行不稳定，故障多，后停用，故实际运行是无GGH状况，砖内筒也未做GGH条件变化后的防渗防腐改造处理。

2009年3月烟囱采用发泡玻璃砖+耐酸耐温粘结剂进行防腐同年10月发现烟囱砖内筒外表面出现渗漏腐蚀现象，且状况比较严重。目前，电厂已部分恢复脱硫系统的GGH运行，以减少烟气冷凝结露酸液的渗漏腐蚀速度和程度，并计划对烟囱的砖内筒进行防渗防腐改造处理。

烟囱砖内筒外表面及环梁支承平台下的渗漏腐蚀状况

烟囱钢筋混凝土外筒壁内表面及环形支承平台斜柱支承牛腿处的渗漏腐蚀状况

l  陕西某电厂240m高“套筒式”砖内筒烟气脱硫改造烟囱

2×300MW机组合用一座240m高“套筒式”砖内筒烟囱，砖内筒是由140mm厚的配筋耐酸陶粒混凝土和内表面设置的120～240mm厚耐酸胶泥砌筑的耐火砖砌体组成。

烟囱于1991年投入运行，2008年完成烟囱脱硫改造，2009年5月15日投行，烟气湿法脱硫、无GGH条件，烟囱防渗防腐改造方案为在砖内筒耐火砖砌体的内表面涂刷美国萨维真品牌耐酸防腐涂料防护层体系。

2009年8月7日，也就是烟气脱硫系统投运约2.5个月后，检查发现砖内筒外表面、各层平台和平台栏杆处不同程度出现冷凝结露酸液的渗漏腐蚀现象，而越往高处，渗漏腐蚀现象越严重。砖内筒的渗漏腐蚀速度之快和状况之严重大大超出了设计的预期，渗漏腐蚀状况已严重危机到烟囱砖内筒的安全可靠性。

目前，电厂已采取措施，在脱硫吸收塔上建临时烟囱排放烟气，计划拆除原烟囱砖内筒后，在原烟囱中新建一根钛钢复合板材料的排烟内筒进行替换。

80m标高以下砖内筒砖砌体外表面的渗漏腐蚀状况

80m标高以下内烟道与砖内筒连接处及平台处砖内筒外表面的渗漏腐蚀状况

80m标高以上砖内筒陶粒混凝土外表面的渗漏腐蚀状况

钢筋混凝土外筒壁内表面及80m标高以上砖内筒隔热层外表面的渗漏腐蚀状况

    从上述的案例分析可以看出，都是湿法脱硫烟囱且都未设置烟气加热系统GGH（有一家设置有GGH但未正常投用）。上述的案例不管是新建或改造烟囱，不管是砖内筒还是钢内筒，其内衬防腐方案：发泡轻质玻璃砖、玻璃鳞片涂料、美国萨维真耐酸涂料、耐酸胶泥、耐酸砂浆都不同程度出现了腐蚀渗漏情况，说明这三大类防腐方案从材料本身的耐腐蚀性能、施工质量的监管都很难满足设计要求。

五、防腐方案的选用原则

烟囱防渗防腐蚀方案应考虑的因素是：湿法脱硫处理后的烟气应按强腐蚀性等级考虑，烟气气流向上排放、流速高，必须考虑烟气气流的冲刷；烟气冷凝酸液顺着内筒壁向下流淌，烟气正压径向向外渗透，要求密闭防水；烟气温度频变，钢内筒受力复杂等。

烟囱防渗防腐蚀方案选择思路是：将排烟内筒视为设备，纳入到脱硫设备管理的范畴；对排放强腐蚀性烟气的排烟筒，考虑烟气正压运行的不利因素，应尽可能不设缝或少设缝，加强结构的抗渗防腐措施，并优先选择整体性强、抗渗能力好的金属材料做排烟筒或类似性能的防腐结构体系，总的来说：湿烟囱内衬防腐必须是密闭、防水、耐酸、耐温、耐磨的。

六、烟囱内衬防腐方案的选型与建议

基于以上情况的分析，烟囱防渗防腐蚀方案可按上述原则，根据具体的运行条件来进行选型：

1、采用烟气湿法脱硫处理且设置烟气加热系统（GGH）并且无旁路烟道的，钢内筒结构内表面的防腐蚀层可选用防腐蚀、耐热、耐磨的材料（如：发泡玻璃砖、陶瓷砖防腐层结构方案，但粘贴耐酸（热）玻璃陶瓷块材时，必须严格控制胶粘剂的饱满度及粘结剂的用量）。

2、采用烟气湿法脱硫处理且不设烟气加热系统（GGH）并有旁路烟道时，排烟内筒根据使用寿命可在钛钢复合板结构方案和泡沫玻璃砖、发泡陶瓷砖+耐酸耐温粘结剂及复合玻璃钢防腐方案中选择。复合玻璃钢结构方案理论可行（但存在耐老化问题），在国外也有成功经验，但在国内尚无工程实例及成熟可靠的设计，需经权威机构认证后方可推广使用。

3、烟道的防腐方案均应与烟囱排烟内筒结构相同。

七、结束语

烟囱排烟内筒尤其是湿法脱硫烟囱的排烟内筒，应作为火力发电厂主要辅助设备看待，应将其纳入运行系统的设备管理范畴，在内衬防腐方案的选型上，应从烟囱的服务年限、结构安全性、检修维护周期、成本控制等方面考虑。