1、火电厂脱硫“湿烟囱”防腐蚀内衬结构设计 摘要：本文介绍了湿法脱硫烟囱运行工况，结合对湿法脱硫烟囱腐蚀性的认识，以工程实例，阐述了几种可用于湿烟囱内壁防腐材料的性能及防腐蚀结构的形式，对其防腐方案的技术和经济特点进行比较，供同类工程参考. 火电厂脱硫“湿烟囱”防腐蚀内衬结构设计孙宏斌 雷艳红(陕西省电力设计院, 西安, 710054) 1、前 言随着国家环保标准对火力发电厂的烟气排放标准要求愈来愈高，在我国，烟气脱硫装置已广泛应用。但湿法脱硫不设烟气加热装置(GGH)尚处在探索阶段，烟气脱硫后烟囱腐蚀的调查和研究成果欠缺，经验较少。湿法脱硫后进入烟囱的烟气与不脱硫的烟气在工况上有显著差异，对烟囱
2、的腐蚀大大增强。鉴于湿烟囱结构在电厂运行中的特殊作用，保证烟囱结构的安全、有效、长期、稳定运行，湿法脱硫烟囱的防腐处理至关重要。2、脱硫湿烟囱烟气的特点和腐蚀性由于湿法脱硫工艺的特点，其对烟气中的 SO2 脱除效率很高，但对烟气中造成腐蚀的主要成分 SO3 脱除效率并不高，约 20%左右。脱硫处理后的烟气一般还含有氟化氢和氯化物等，它们是腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型物质。脱硫后烟气环境变得低温、高湿，烟气密度增加，烟囱自拔力减小，烟囱内的烟气压力升高，加重了烟气和含酸液水分向外筒壁方向的渗透。烟囱出口处流速降低，烟囱顶部容易发生烟流下洗，烟流下洗不仅会腐蚀烟囱的组件材料，而
3、且减弱了烟气的扩散，影响周围环境。在低于0的气温下还会导致烟囱上口结冰。外烟囱的直径过大，会在其下风侧产生较大的低压区，因此，有多个内烟筒的烟囱发生烟流下洗的可能性较单烟筒烟囱更大。脱硫后的烟气温度降低，当系统不设置 GGH 时，烟气温度一般在 4050之间，水份含量高，湿度大，多处于饱和状态，在烟囱内壁会出现结露现象，使烟囱内壁长期处于浸泡状态，通常称在这种工作状态下的烟囱为湿烟囱。烟气温度低，烟囱内的烟气上抽力就降低，它影响着烟气的流速和烟气抬升高度及烟气扩散效果，这对排放的烟气满足环保要求（特别是氮氧化物 NOX 指标）带来不利的因素。湿烟囱的另一个问题是烟囱“降雨”，其起因是烟气夹带的
4、液滴，这种降雨通常发生在烟囱下风侧几百米内。虽然系统设置（GGH）加热烟气的湿法烟气脱硫系统（FGD）也可能发生烟囱降雨，但湿烟囱出现的几率更大。湿烟囱排放的低温烟气抬升小，垂直扩散速度低，出现烟流下洗的可能性更大。因此，往往需要设置 GGH 来提升烟气温度。系统设置 GGH 可升高脱硫处理后排放的烟气温度，一般在 80左右，可以减缓烟气冷凝结露产生的腐蚀性水液液体（稀酸），烟囱自拔力增加，从理论上讲，采用 GGH 时能有利于减缓烟气的腐蚀（即提高烟气温度，减少结露），但烟气湿度、水分这些诱发腐蚀的因素依然存在，况且 GGH 的运行有时不能满足设计运行温度值的要求，尤其是在发电机组低负荷运行、
5、机组开启及其它不利工况时。因此，烟气脱硫后，虽然能使大气环境得到改善，但对烟囱的腐蚀隐患并未消除，相反地，脱硫后的烟气环境（低温、高湿等）使腐蚀状况进一步加剧，因此烟囱的抗腐蚀性能需要提高，尤其脱硫系统不设置 GGH 时烟囱的抗腐蚀性能要求更高。3、脱硫烟囱运行工况由于新建电厂脱硫系统通常要迟于机组投运，此外由于设备的非正常运行，脱硫烟囱主要在以下三种工况下运行：干燥潮湿浸水干燥-潮湿- 浸水工况交替变化，这对烟囱内衬防腐材料提出了更高的要求；内衬防腐材料选择时除应考虑主工况运行条件外，还须适应电厂烟囱的其它运行工况，以及工况交替变化对内衬材料防腐性能的影响。4、某电厂 1X330MW 技改工
6、程湿烟囱防腐方案选择4.1 工程概况本工程按 2330MW 机组统一规划、集中布置、分步实施的原则设计。本期建设规模为1330MW 机组，预留下期 1330MW 机组。烟囱按 2330MW 机组排烟量设计，采用一座钢内筒套筒式混凝土烟囱，预留下期烟道接口。根据工艺布置、环保及业主要求，本工程脱硫系统不设置 GGH 装置。4.2 目前国内脱硫烟囱防腐材料从前边分析可知，影响脱硫湿烟囱防腐内衬的两个最大因素就是温度和化学介质的腐蚀。目前国内出现的几种国产烟囱防腐材料，如发泡玻璃砖内衬系统（天津电能科技有限公司产品）、复合式泡沫玻璃砖防腐内衬（上海川达环保材料有限公司产品）、高性能轻质玻化陶瓷(江苏
7、艺兴紫砂陶股份有限公司产品 )、玻璃钢整体套筒湿烟囱 (中冶集团建筑研究总院技术),填补了国内湿烟囱防腐材料的空白，但工程应用极少。电力院设计主要都是参照国外的标准和工程实践进行湿烟囱防腐设计，国内一般烟囱防腐采用玻璃鳞片等耐酸胶泥、合金复合板、进口底剂复合泡沫玻璃砖内衬等几种方案。几种防腐材料的性能分析见表一。表一 烟囱防腐材料的性能分析表项目 玻璃鳞片等耐酸胶泥 合金复合湿烟囱 进口底剂复合泡沫玻璃砖内衬制作 方法 将玻璃鳞片胶泥材料刮涂或喷涂在被保护基体上在地面制作出合金复合板片，在现场将合金复合板焊接成型采用防腐性能优良的进口烟囱内衬底剂，将泡沫玻璃砖粘贴底剂上优点 施工工期短，耐腐蚀
8、、磨损 性能好 理论上讲，镍基合金的耐腐蚀性 能极为优异 防腐和保温性能综合效果好 缺点烟气温度过高可能烧蚀破坏其结构，对底漆的粘接特性要求高施工难度极大，不可能达到合金全部焊接要求施工要求高4.2.1 钢内筒内衬耐蚀鳞片胶泥钢内筒由厚度为 1018mm 厚 Q235B 钢板卷成弧形后焊接而成。在钢内筒结构设计计算时，预留了 2mm 厚度的腐蚀富裕度。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 510 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。鳞片胶泥具有抗渗性好、施工难度小、易修
9、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。4.2.2 钢内筒内衬钛板钢内筒由 1016mm 厚(支承式) 或 68mm 厚(悬挂式)Q235B 钢板加钛板耐腐内衬。内筒结构设计计算时，不必预留腐蚀富裕度，合金板内侧也不必采取防腐措施。内筒钢板与钛板内衬有工厂轧制复合、爆炸复合和现场挂贴式。钛板内衬厚度一般为 1.21.6mm ，缺点是施工时不可能达到合金全部焊接要求，造价太高。由于其性能稳定，国内脱硫电厂应用这一方案较多。4.2.3 钢内筒内衬玻璃砖钢内筒由厚度为 1018mm 的钢板卷成弧形后焊接而成。钢内筒采用耐硫酸露点腐蚀钢板，在钢
10、内筒结构设计计算时，预留了 2mm 厚度的腐蚀富裕度。钢内筒内表面衬贴防腐发泡隔热玻璃砖，该砖具有耐腐蚀和保温的双重性能，使原来的烟囱内衬和保温层结构合二为一。4.3 方案技术经济比较脱硫后湿烟囱内衬材料的选择，须考虑以下几方面的因素：1.技术可行性，满足复杂化学环境下的防腐要求；2.经济合理，较低的建筑成本，一次性投资费用要低；3.施工条件好，质量控制方便，施工周期短；4.运行维护费用低，并且方便检修。表二 几种防腐材料的国内单价比较表防腐材料名称 国内造价镍基合金 6500 元 /m 2 7500 元 /m 2 钢泡沫玻璃砖（进口） 2200 元 /m 2 2600 元 /m 2 玻璃鳞片
11、 500 元 /m 2 800 元 /m 2 底剂（进口） - 嵌缝胶（进口）泡沫玻璃砖（国内生产） 1800 元 /m 2 表三 各型套筒烟囱技术经济性比较表（以 2106.5 米单管内筒湿烟囱为例）项 目 耐候钢内衬玻璃砖套 筒烟囱 钢内筒内涂玻璃鳞片外加保温层套筒 烟囱 钢内衬钛板外加保温层套筒烟囱造价 1998 万元 1788 万元 3189 万元结构特点内筒独立支承或悬挂，自重轻，全高等直径布置，利于烟气抬升排出，维修方便，防腐性能好，价格适中内筒独立支承或悬挂，自重轻，全高等直径布置，利于烟气抬升排出，维修方便，防腐性能较好，价格较低。适应温度较低，使用寿命较短，需定期检查、修复内
12、筒独立支承或悬挂，自重轻，全高等直径布置，利于烟气抬升排出，密封性能佳，抗震性能优越；维修方便，外筒壁不直接受腐蚀性烟气作用；内筒防腐性能好，后期维护量小，工程造价高从烟囱防腐材料的性能分析表一及各型套筒烟囱技术经济性比较表三可以看出：1.套筒式钢内筒烟囱的钢内筒采用内衬钛板、钢内筒内衬玻璃砖、钢内筒内涂玻璃鳞片三种方案均能满足防腐要求。2.三种方案，钢内筒采用内衬钛板效果最好，钢内筒内衬玻璃砖次之，钢内筒内涂玻璃鳞片较差(烟气温度过高可能烧蚀破坏其结构 )。3.造价上，三种方案，钢内筒采用内衬钛板造价最高；钢内筒内涂玻璃鳞片方案造价最低，而钢内筒内衬玻璃砖介于两者之间。4.相对来讲，钢内筒采
13、用内衬钛板方案施工难度最大，焊缝质量难以控制，采购周期长，施工速度慢；采用钢内筒内衬玻璃砖方案施工要求较高，耐腐蚀性能好，有一定的保温性能；而采用钢内筒内涂玻璃鳞片方案由于采取喷涂方法，施工工期较短。5.采用钛钢复合板内筒投资大，但维护间隙周期长，一般为 1520 年，国内、外脱硫电厂有较多应用实例；钢内筒内衬玻璃砖，底剂的选择非常重要，国内的底剂普遍都难以达到要求，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。5、钢内筒内衬玻璃砖烟囱的工程实例山西霍州第二发电厂一期工程 2300MW 燃煤发电厂 210 米钢内筒套筒式烟囱设计，不设烟气加热系统（GGH）条件下，钢内筒内侧
14、面加设一层美国宾高得泡沫玻璃砖防腐层（51 毫米厚）；山西兆光发电厂 2300MW 机组 2106.5 米钢内筒烟囱(并网发电一周年)、安徽华润 2600MW 超临界机组 2210*5.8 米钢内筒双管烟囱(一号机已并网发电)、中电国际平圩第二电厂 2108.5 M 钢内筒烟囱（局部）( 施工、验收完毕)均采用国产发泡玻璃砖防腐系统。6、结 论湿法脱硫烟囱具有腐蚀环境苛刻、防腐蚀工程量大、内衬腐蚀维修困难等特点。为保证烟囱结构的安全、有效、长期、稳定运行，涉及到基础构件设计、防腐蚀构造设计，材料选择、现场施工等诸方面。湿烟囱防腐蚀内衬结构设计时，防腐材料的选择应满足以下要求：1.不易脱落，防腐
15、寿命长。由于烟囱的防腐工程费时、费力，维修不方便，因此，要求防腐材料使用寿命要长，免维护周期要长。2.耐高温，耐酸性介质腐蚀性能好，可以长期在酸性环境中可以承受高温烟气的冲击。 3.热震稳定性好，可抵御温度急冷急热变化所带来热疲劳。脱硫设备的故障会导致烟气直排，瞬间温度可达到 250以上，这要求防腐材料有较强的耐温度变化的能力。4.防水抗渗性能优良，要能阻止酸液进一步的渗透，保护混凝土基材不受酸液侵袭。5.耐磨性能优良，强度高，可经受气流中介质的长期冲刷。钢内筒内衬玻璃砖在防腐蚀性能、耐热性能方面，是完全可以满足套筒湿烟囱的长期运行要求的，本工程可采用此方案。电厂脱硫“湿烟囱”的防腐及烟囱脱硫
16、所选用材料对比日期：2010-3-24 10:01:24 编辑：信息中心 点击次数： 167电厂脱硫“湿烟囱 ”的防腐摘 要:本文针对脱硫湿烟气的腐蚀性,介绍脱硫湿烟囱的防腐特点,说明各种可用于湿烟囱内壁防腐材料的性能及防腐蚀结构的形式,并对其防腐方案的技术和经济特点进行比较,并得出目前可行的方案。关键词:烟气脱硫;湿烟囱;防腐0 前言目前国内环保法规的日益严格,已建电厂发电机组正逐渐要求加装烟气脱硫装置。国内 200 MW 及以上的机组基本上都采用石灰石- 石膏湿法烟气脱硫技术,而且有一部分机组由于场地和经济方面的原因不设置烟气换热器(GGH),这就产生了所谓“湿烟囱”如何防腐的问题。以 2
17、300 MW 机组共用一座烟囱为例,烟囱总高约 210 m,内部防腐面积为 8400 m2。一般原烟囱为砼结构,且以往电厂的烟囱大多衬耐酸砖,用耐酸胶泥砌筑。这肯定无法满足脱硫后腐蚀性烟气的防腐要求,因此原有烟囱必须防腐改造。下面就湿烟囱的防腐方案的技术和经济特点进行比较和说明,并得出目前可行的防腐方案。1 脱硫烟气对烟囱的腐蚀性湿法脱硫工艺对烟气中的 SO2 的脱除效率很高,但对酸露点温度有重要影响并形成腐蚀性酸液的主要成分的 SO3 的脱除效率不高,约 20%30%左右。由于经湿法脱硫烟气脱硫后,烟气湿度增加,温度降低,烟气极易在烟囱的内壁结露,烟气中残留的 SO3 溶解后,形成腐蚀性很强
18、度高的稀硫酸液。脱硫后烟囱内的的烟气有以下特点:湿法脱硫后的烟气湿度大,处于饱和状态的湿烟气含有的腐蚀性性介质在烟气压力与湿度的双重作用下,烟囱内侧结构密度差的材料内部很易遭到腐蚀,影响结构的耐久性。低浓度的稀硫酸液比高浓度的稀硫酸液腐蚀性更强。酸液的温度在 4080时,对烟囱的结构材料腐蚀性特别强。以钢材为例,4080时腐蚀速度比其它温度高出约 38 倍。脱硫处理后的烟气中还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质,形成腐蚀强度高、渗透性较强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。2 电厂烟囱的运行工况及影响电厂烟囱主要有以下三种工况下运行:排放未经脱硫的烟气,进入烟囱的烟气温度多在 120以上。在此
19、条件下,烟囱内壁处于干燥状态,烟气对烟囱内壁材料不直接产生腐蚀或腐蚀性很小。排放经湿法脱硫后的烟气,通过加设烟气加热器系统(GGH),进入烟囱的烟气温度在约 80左右,烟囱内壁有轻微结露,导致排烟内筒内侧积灰。根据排放的烟气成分及运行等条件的不同,结露腐蚀将有所变化。排放经湿法脱硫后的烟气,未经过烟气加热器系统(GGH)加热,进入烟囱的烟气温度在 4050,烟囱内壁有严重结露,沿内壁有结露界的酸液流淌。由于在运行时烟气有可能不进入脱硫系统,而通过旁通烟道进入烟囱,此时,烟气温度较高,一般在在 120以上,故设计烟囱防腐时,还必须考虑在此温度下运行对烟囱的影响。烟囱设计时应考虑在锅炉事故状态排放
20、烟气的温度,一般该温度在 200左右,最高时可达 300350。电厂烟囱的安全运行的必要条件是其中的钢筋混凝土外筒不被烟气腐蚀,排烟内筒在电厂运行期间尽可能的抵抗烟气腐蚀。由上所述,在有无 GGH 系统的情况下,烟囱内壁均存在酸结露状况。在实际运行状况下,内壁的酸液由此而不可避免沿其缝隙向烟囱外壁渗透,而在外壁内侧的防护层通常由有机材料组成,无论从材料的使用寿命及施工质量都不能保证在烟囱设计使用期该防护层能有效的阻隔对外壁产生腐蚀。此外,由此对外壁产生的腐蚀在一般条件下很难检测和发现,对烟囱安全运行是一个致命的隐患。3 四种湿烟囱防腐方案及施工工艺3.1 鳞片树脂内衬3.1.1 鳞片树脂材料的
21、主要成分及配比(见表 1) 表 1 鳞片树脂材料成分配比成分 比例 备 注树脂 5565 随环境温度变化调整玻璃鳞片 30无机功能性填料 010 根据衬里结构设计调整其它 5合计 1003.1.2 鳞片树脂(乙烯基树脂)的选择依据烟囱内筒的防腐衬里必须适应烟气脱硫装置全工况运行基旁路运行的要求,烟温变化区为 40160,并能满足事故状态下短期高达 180的工况。鳞片树脂衬里在国外 FGD 装置旁通烟道的应用已经超过 30 年,其耐温性和腐蚀性已得到工程实践的充分证明。鳞片树脂衬里耐温性和腐蚀性主要取决于树脂的性能,所选用的酚醛环氧乙烯基树脂应是耐温性较高的乙烯基树脂,长期运行温度可达 200,
22、并被烟囱内筒鳞片树脂衬里防腐工程中成功应用的业绩验证过。3.1.3 施工工艺。除去混凝土表面原有疏松的防腐层和硫化产物,乙烯基树脂涂打底 12 道,刮涂乙烯基树脂胶泥层 2 道,乙烯基树脂面涂 12 道,养护固化。3.2 硼酸砖内衬3.2.1 硼酸砖内衬的选择依据。影响烟囱的防腐内衬的两大因素就是温度和化学介质的腐蚀,众所周知,玻璃鳞片涂层抗渗透性好,重叠排列的扁平玻璃鳞片形成致密的防渗层结构,形成迷宫效应,腐蚀介质在固化后的胶泥中的渗透须经过较长时间和复杂的路径,从而能有效地抑制腐蚀介质地渗透速度。同时乙烯基鳞片胶泥在固化后,乙烯基树脂的高交联密度可以有效的减弱水蒸气和腐蚀性化学介质的渗透,
23、并由于其独特结构更能达到防渗和减渗的效果。所以以玻璃鳞片为底涂,是对烟囱内筒强有力的保护,选用硼酸砖作为玻璃鳞片树脂的保护层,充分利用了硼酸砖的导热性低的优点。因此,结合鳞片耐腐蚀性和硼酸砖的超保温特性,在烟囱防腐中将具有极好防腐性能的玻璃鳞片作为底涂,将硼酸砖砌筑在外层保温,作为烟囱的防腐衬里,同时解决了化学腐蚀和保温的问题,有效地延长了烟囱地使用寿命。3.2.2 施工工艺。去除混凝土表面原有的疏松防腐层和硫化产物,均匀涂刷一遍玻璃鳞片底涂层,按规定的配合比进行胶泥配制,砖板衬砌。在平面上砌筑硼酸砖时,砖板排列一般为横向连续缝,纵向错缝。砖板砌筑时,每铺砌一块,应在待铺的另一行用砖板顶住以防
24、止滑动,待胶泥稍干后,进行下一行的铺砌。在底部衬砌完成,胶泥初凝结后,可开始衬砌立面。衬砌立面时,应由下向上进行,衬砌上层砖板时会对下层砖板产生压力,使下层砌好但胶泥未固化的砖板层错位或移动。因此,立面衬砌时不能连续衬砌多层,一般在连续衬砌 23 层后稍停片刻,待下层胶泥初凝后再继续衬砌;养护固化。3.3 烟囱内壁喷涂聚3.3.1 聚脲材料的介绍。烟囱内壁防腐可以采用聚脲弹性材料。该材料是由一种双组合、无溶剂聚脲喷涂涂料,经专用喷涂设备进行喷涂或浇注聚脲弹性体。该材料是继高固体酚涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低(无) 污染技术之后,为适应环保需求而研制、开发的一种新型工艺无溶剂、无污
25、染的绿色施工技术。3.3.2 聚脲产品的特点。聚脲弹性体涂层具有优异的防水、耐腐蚀特性,同时具有优良的机械性能。该材料采用专用设备进行喷涂或浇注聚脲弹性体。该工艺不含溶剂、固化速度快。工艺简单,可很方便在立面、曲面上喷涂十几毫米厚的涂层而不流挂。在国际上已被广泛用于防水、防腐、建筑等领域。3.3.3 聚脲产品的优点及施工工艺。1.喷涂聚脲弹性体技术具有以下优点:对湿气、温度不敏感,施工时不受环境温度、湿度的影响。双组分,100%固含量,不含任何挥发性有机物(VOC),对环境不产生危害。一次施工的厚度可从数百微米到数厘米,克服了以往多次施工的弊病。优异的理化性能,如抗张强度、伸长率、柔韧性、耐磨
26、性、耐老化、防腐蚀等。具有良好的热稳定性,可在 150下长期使用,可承受 350的短期热冲击。配方体系任意可调,手感从软橡皮到硬弹性体。原型再现性好,涂层连续。致密,无接缝、无针孔,美观实用。2.施工工艺使用成套设备,施工方便,效率高;一次施工即可达到设计厚度的要求,克服以往多层施工的弊病。设备配有多种切换模式,即可喷涂又可浇注。属整体面层防腐,施工简单。3.4 合金复合湿烟囱3.4.1 合金复合湿烟囱的介绍。镍基合金以其出色的防腐蚀性能在脱硫装置中得到广泛应用。镍基合金是在金属合金材料中增加铬,镍,钼和氮等元素,它们可有效防止烟气脱硫系统中的腐蚀,且使用寿命远远超过非金属涂层。铬元素有助于钝
27、化保护存在的表面膜,钼和氮元素能改进材料耐点蚀和耐缝隙腐蚀的能力,镍元素有助于被损坏保护膜的恢复,同时具有良好的加工和机械性能。而且合金防腐材料寿命长,维修时不会引起橡胶衬里(或其他化学物)的二次污染。近年来欧美、日本、韩国等都基本采用合金防腐材料用于烟气脱硫系统设备中。国外烟气脱硫工程的应用经验表明:C-926、C-31、C-625,C-276,C-9 合金是烟气脱硫系统应用最广泛的镍基合金。在烟气脱硫系统中,以上 5 种合金均应用在烟囱的内衬材料中,C-31、C-276、C-59 应用较多。3.4.2 施工工艺。在地面制作出合金复合板片,在现场将合金复合板焊接成型。一般不适合老烟囱改造。4
28、 烟囱防腐方案比较4.1 4 种烟囱防腐体系性能比较见表 2。4.2 4 种烟囱防腐材料的经济性比较见表 3表 3 4 种烟囱防腐材料的国内造价比较鳞片树脂内衬 500600 元/m2硼酸砖内衬 1600 元/m2烟囱内壁喷涂聚脲 400500 元/m2合金复合湿烟囱 6000600 元/m2由表 2、表 3 可以看出,方案 1 采用鳞片树脂衬里,有较好的防腐性能,但适应温度比较低,使用寿命较短;由于采用进口乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥,使得防腐工程投资偏高,施工周期较长。方案 2 采用硼酸砖衬里,具有良好的防腐性能,在国外电厂烟囱防腐中有着优良的业绩,使用寿命较长。但是,由于采防腐工程投资高,施
29、工周期长。另外,此方案采用了防腐砖,荷载较大,需要采用圈梁支撑,对于老烟囱的改造难以实现。同时,由于防腐层较厚,烟囱出口内径缩小较多,增加烟气流动阻力,使得烟囱正压运行区域增加。方案 3 烟囱内壁喷涂聚脲材料,可以同时满足耐温和防腐要求,用它来做防腐整体面层,其整体性好,强度高,使用寿命长,适合于老烟囱的防腐改造。施工中可采用自上而下的程序,在烟囱顶部设辘轳、卷扬机、外部设升降平台和罗茨风机即可进行施工,简便可行。方案 4 采用衬镍基合金,防腐、耐温、耐磨抗冲刷性能都非常好,而且使用寿命长,但是价格昂贵,不易施工,因此不推荐该方案。5.方案建议综上所述,已建机组加装烟气脱硫装置,不设 GGH,
30、电厂的老烟囱应按“强” 腐蚀性湿烟囱来考虑烟囱结构设计和进行防腐处理。采用鳞片树脂衬里和烟囱内壁喷涂聚脲材料进行老烟囱防腐,耐腐蚀性较好,施工简便,是目前较为理想的方案。一种适用电厂湿烟囱的长效防腐蚀涂料介绍转自： 时间：2008 年 01 月 10 日 08:46摘要：介绍一种适用脱硫后的烟囱防腐蚀的长效特种涂料，该涂料具备高度耐腐蚀，高耐温度冲击性，高韧性，高耐磨性等诸多优点，并结合电厂烟囱脱硫后的实际情况，讨论了 784 涂料作为一种长效防腐蚀涂料的可行性，为新建脱硫烟囱采用的防腐蚀措施提供了一个新的选择，同时也为国内电厂旧烟囱的改造带来实际的参考价值。关键词：湿烟囱 防腐蚀 涂料 78
31、4 脱硫1、 前言我国是一个能源结构以燃煤为主的国家，由于我国这样能源结构的特点，导致了酸雨的环境污染和较多的腐蚀情况，因此对于燃煤发电厂中产生大量的二氧化硫或氮氧化物的防治是势在必行。目前国内外较为有效的手段是烟气脱硫（Flue Gas Desulfurization 简称“FGD”）。而采用湿法石灰石洗涤法是当今世界各国烟气脱硫技术中应用最多也是最成熟的工艺。而同时随着国内对于环境保护的有关法规和法令的执行，一是加快了新建电厂的 FGD 工程的进行；二是加快了旧电厂的改造，要求老电厂进行脱硫的改造，这样就造成了脱硫后，对电厂的烟囱应该进行防腐蚀处理。 虽然脱硫后烟气中含有的腐蚀性介质含量较
32、少，但由于脱硫后烟气的温度一般都在硫酸的露点以下，因此对于不同结构形式的烟囱内壁，均有不同程度的腐蚀发生。而我们国内针对脱硫烟囱的防腐蚀措施，无论在烟囱的设计、施工等标准规范方面，还是在工程实际应用上面，都存在着空白或没有足够的经验积累。目前国内新、老湿烟囱的内衬材质在钛材、耐酸块材、耐酸水玻璃轻质混凝土、鳞片涂料等中选择，每种材质在价格、施工、使用寿命等方面均有其局限性。本文介绍一种适用脱硫后的烟囱防腐蚀的长效特种涂料，这不仅为新建脱硫烟囱采用的防腐蚀措施提供了一个新的选择，同时也为国内电厂旧烟囱的改造带来实际的参考价值。2、784 的简介784 是美国先进聚合物涂料公司( Advanced
33、 Polymer Coating LLC，简称 APC 公司 )开发的拥有专利技术的一种重耐腐蚀涂料，该涂料既具有高度的耐腐蚀特性和耐磨蚀特性，又具有突出的耐温特性，是一种新型的无机-有机新型涂料。该涂料源于一种为适应军工和航天工业需要而开发的无机-有机聚合物（Siloxirane 美国专利技术），最早获得美国军方和NASA 的认可，应用于工况极其恶劣的战术导弹、飞机外露部件、宇航、电子等设施上（包括 Gattling 炮筒、155 Howitzer 炮管、导弹的复合材料主体、爱国者导弹飞翼等）。80 年代后期转为民用，商标为 Siloxirane，在美国电力、化工、运输、食品，军工等各行业得
34、以应用，后经过多年的不断改进，1998 年在 Siloxirane 的聚合技术基础上开发出性能更为卓越的 784 涂料，在全球市场推广，广泛应用于 FGD 设备、化学工业、远洋运输、槽车等耐强腐蚀衬里，在电厂行业中，定义为 PowerLine 商标进入市场应用。 3、784 的性能特点在既有高度耐腐蚀性能，又具有良好耐温性能的重防腐蚀涂料中，其主要成膜物多以热固性树脂为主，酚醛树脂、环氧树脂和乙烯基树脂是其不同发展阶段的三个代表。它们先后解决了许多重大工程的腐蚀问题，但还存在着相对的不足：一是柔韧性较差，我们知道树脂的交联密度越高，其耐热性和耐蚀性就越好，但脆性也就增大；二是耐蚀性还不能达到理
35、想状态，这些树脂结构中存在的羟基和酯基很容易受到化学介质的侵蚀而导致大分子的断裂等，因此其耐蚀性均有很大的局限。而正如上文所述，784 涂料是由改性环氧基聚合物组成的一种极高交联密度的防腐蚀材料，是将具有高度耐蚀和耐温的无机物结构二氧化硅（ SiO2）与有机的环烷苯基醚相连接形成的无机-有机结构化合物（环硅的缩水甘油醚），该结构中不含有羟基和酯基，而代之以（COC）最强的化学键，而形成三维空间的交联立体结构，其分子结构中具有 28 个可交联官能团，在固化过程中通过芳香型交联剂作用，可结合转变成 784（28*28）个交联点，故命名为 784 涂料。与通常的热固性树脂固化后形成的立体结构不同，在
36、 784 涂料的立体结构中存在着环结构（见图 3-1），因此具有优良的柔韧性，从而把高度的交联结构和良好的柔韧性统一起来。图 3-1 784 涂料中的环状结构众所周知，在高分子材料类的耐腐蚀特性中，溶解是其中的一种重要腐蚀形态，溶胀是材料溶解的先前步骤，溶胀能使交联键伸直而难以使其断裂，所以在交联物中不能溶解而只能溶胀。交联密度越高，溶胀度越低，从而导致溶解度越低，更导致接触化学介质的界面越少，从而使易受化学介质作用的键或者是基团得以很好的保护而不受破坏，从而耐腐蚀特性越好。在常规的酚类环氧树脂成膜物中（结构如图 3-2），含有 2 个官能团，形成 4（2*2）个交联点，与 784 成膜结构（
37、图 3-3）有较大的差别。也正由于特殊的化学成膜结构，赋予了 784 涂料优异的耐腐蚀特性，可以通过形象的对比图 3-4 可以看出；同时，致密的交联结构使材料的耐磨特性大为提高。784 涂料的综合物理特性见表 3-1环氧树脂的 3-维结构环氧基团酚类环氧2 个官能度形成 4 个交联点固化剂 图 3-2 环氧结构图图 3-3 784 涂料结构图环氧的开放式界面结构784 涂料 封闭式界面结构侵蚀性化学分子渗透和穿过聚合物基团，侵蚀到聚合物结构的内部和基体表面侵蚀性化学分子不能渗透高交联密度的表面，聚合物内部结构基体表面免受化学分子的侵蚀图 3-4 784 涂料与环氧材料的对照图表 3-1 784
38、 涂料的物理特性项目 结果 标准弯曲试验 270 ASTM D522-88冲击试验 150 cm.kg ASTM D2794拉开法剥离强度 19.3-21.3 Mpa ASTM D4541巴氏硬度 7880 ASTM D2583泰伯磨损量 3.92mg ASTM D4060-90吸水率 0.89% ASTM D5704、784 涂料在湿烟囱中的防腐蚀应用性烟气经过脱硫后，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
39、蚀性很强的稀硫酸液。脱硫烟囱内的烟气有以下特点：1) 烟气中水份含量高，烟气湿度很大；2) 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左右；3) 烟气中含有酸性氧化物，使烟气的酸露点温度降低； 4) 烟气中的酸液的浓度低，渗透性较强。5) 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
40、差的材料将产生腐蚀，影响结构耐久性。2) 酸液的温度在 40-80时，对结构材料的腐蚀性特别强。以钢材为例，40-80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。目前，电厂烟囱主要在以下三种工况下运行：1） 排放未经脱硫的烟气，进入烟囱的烟气温度在 1300C 以上。在此条件下，烟囱内壁处于干燥状态，烟气对烟囱内壁材料属气态均匀腐蚀，腐蚀情况相当轻微。2） 排放经湿法脱硫后的烟气，并且烟气经 GGH 系统加热，进入烟囱的烟气温度在 800C左右，烟囱内壁有轻微结露，导致排烟内筒内侧积
41、灰。根据排放烟气成分及运行等条件的不同，结露腐蚀状况将有所变化。3） 排放经湿法脱硫后的烟气，进入烟囱的烟气温度在 4050 0C，烟囱内壁有严重结露，沿筒壁有结露的酸液流淌。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。因此结合以上的实际运行工况条件，我们对784 涂料在脱硫后烟囱的应用特性进行详细的逐一讨论：41 784 涂料的耐腐蚀特性耐腐蚀特性是对于烟囱适合材料的最重要一点，而 784 涂料是具有高度的耐化学特性。APC 公司通过对 784 涂料多达
42、5,000 种化学试剂测试，实验结论证明 784 涂料具有优异的耐腐蚀性能（可提供详细的耐腐蚀表）。而结合脱硫后的湿烟囱的工况，我们重点应考虑 784 涂料耐硫酸等腐蚀要求。煤的燃烧会产生各种不同含量的 SO2、 SO3、 氯化物、氟化物等腐蚀介质，这些腐蚀介质在各自的露点下凝结成液体，表 4-1 中列出了不同介质对于烟气露点的影响。表 4-1 不同介质对于烟气露点的影响燃烧产物 凝结产物 露点温度（）硫 SO3 SO2硫 酸亚硫酸124-17738-55氯化物 HCL 蒸汽 盐酸 38-60氟化物 HF 蒸汽 氢氟酸 38-55结合烟囱的实际情况，其主要是耐硫酸特性，表 4-2 是 784
43、涂料的部分耐硫酸特性。从表中可以很清楚的得出：不论是FGD 装置中是否安装 GGH 装置，酸雾以及酸露的硫酸浓度一般情况下不会超过 85%，这样 784 涂料均有各种情况下的耐硫酸特性，也即 784 可以达到耐各种工况下的烟气长期腐蚀，而根据国内外资料，聚脲材料（SPUA 材料）在 50%硫酸、常温条件下的腐蚀效果就相对有限了。而根据国外资料及文件的设计说明，如果烟气没有通过 GGH 装置，腐蚀相对较轻，国内的的经验表明，酸雾或酸露的下落量至少增加 50%以上，但同时也会带来酸液收集等问题，可能会导致集液装置中的硫酸浓度会越来越高，所以，784 材料在没有 GGH 装置的烟囱中，也具有很好的耐
44、腐蚀特性。表 4-2 784 涂料的耐硫酸特性表浓度 温度 说明98% 50 相当于没有 GGH 的烟气温度96% 100 略高于有 GGH 的烟气温度85% 150 相当于直排烟气温度同时，在烟囱的排放过程中，钢结构表面温度与烟囱中间烟气的温度有 3-64%落差，如果烟气流速越大，则落差越小。一般情况下，在钢筒外则没有保温条件下，温差率为 19-64%，否则为 2-3%。（？）所以，即使烟囱中的钢筒没有外保温装置，784 涂料也具有很好的耐腐蚀特性。4.2 784 涂料的耐温度和温度冲击性能如上文所述，烟囱可能在各种工况条件下运行，包括在停机或正常运行的交替，或者是故障时的高温时段（如锅炉事
45、故状态排放烟气的温度，一般该温度在 300350左右），对于烟囱的内防腐蚀材料的耐温度和温度冲击特性也有较高的要求。图 4-1 是 784 涂层的热重分析，从图中可以清晰的看出，该涂层在长期 260条件下，材料没有发生任何改变，而乙烯基材料的最高使用温度为 203。所以 784 涂料具有长期的耐 260的特性，即使在烟气长期直排条件下，高温烟气（150 ）不会对涂层造成任何破坏。图 4-1 涂料 784 的热失重分析与比较同时，784 涂料的热膨胀系数（按 ASTMD696）从-50到 150为（11.9-19）*10 -6/,与碳钢相近，同时，由于涂层与钢基础有较强的粘着力（17.219.3
46、Mpa）和延伸率（11.3%），所以在较高的烟气温度冲击下，784 涂层完全可以承受。试验表明：784 涂层在 204和 0之间循环 1000 次，无任何开裂、分层、脱落等现象！也有实际应用案例中，涂层每天承受-40到149的蒸气一次，3 年后，无任何开裂、分层、脱落等现象。4.3 784 涂料耐磨性由于 784 涂料具有的特殊的化学结构，赋予了涂层的表面的高硬特性。巴氏硬度（ASTM D2583）为 78-80，一般涂料或树脂的巴氏硬度不超过 50。表 4-3 中列出了几种材料的耐磨损试验。在模拟极端恶劣的磨损条件下，784 明显优于聚脲、不锈钢、环氧树脂、橡胶等绝大多数耐蚀材料，说明 78
47、4 涂层具有良好的耐磨特性（TABOR 磨耗性 CS 轮，1000 克/1000 转，3.8mg），从国外的烟囱运行案例回访中，在运行 20 年的涂层表面没有发现明显的磨损现象。表 4-3 几种常用的耐蚀材料的磨损试验结果磨损介质条件 耐蚀材料 失效时间碳钢 3 周橡胶 4 周环氧树脂 2 个月304 不锈钢 6 个月聚脲等 6 个月784 两年内磨耗 1.6%温度：82 C压力：0.69Mpa速度：5.5-6.1 米/秒60%烟灰和烟尘陶瓷 两年内无磨耗4.4 784 涂料的抗弯曲和冲击特性由于地球自身的运动和安装等要求，要求钢结构内衬材料具有良好的抗弯曲和冲击特性，而 784 涂料在保持各
48、种优异性能的同时，又具有良好的抗弯曲和冲击特性（150 cm.kg， ASTM D2794）。在尺寸 100mm150mm，厚 0.8mm 钢板上涂装0.0254mm 厚的 784 涂料，将钢板沿 19mm 直径圆柱轴弯曲 270不开裂。所以在烟囱安装过程中（如采用顶升法等），784 涂层本身的抗弯曲和冲击特性可以确保涂层的完整性，不致于在外力（如碰撞、运输等）作用下而发生涂层的脱落等情况。这是发泡砖、无机喷浆材料等不可能具备的一重要特性。4.5 784 的工艺性784 涂料是在一种常温下固化的双组份涂料，在室温下的一般固化时间为 2-8 小时，况且是采用无气喷涂方式，施工效率极高，在电厂烟囱
49、的防腐蚀施工过程中，在良好的表面处理基础上（不论是常规碳钢或者是不锈钢均可适用），理论上只要喷涂 1 层即可（可达到 400um 以上）。根据经验，8M 直径的钢内筒（一般为 6M 高左右），在采用顶升法安装时，安装效率可达到3 筒/2 天，所以 784 涂层的施工速度远高于安装速度。同时，为保证 784 涂层的能够达到完全的耐腐蚀特性，784 涂层可以利用原烟气的高温对材料进行后固化处理以提高材料的耐腐蚀特性，固化条件是：120C 烟气至少 12 小时。这样就极大的简化了后固化要求，也可利用 FGD 装置在投入运行之前，利用原烟气进行后固化工艺处理。所以，784 材料具有广泛的适用性，不论是新旧电厂的烟囱，尤其是工期比较紧的工程。另外，由于比较薄的涂层（比重约 1.3），施工完毕后涂层基本上不会给钢筒增加额外的载荷，这样既可以减轻设计厚度等要求，又可保证在现场安装中的安全性（尤其在接近起重设计载荷限度时）。另外在防腐蚀施工中，可能会存在一些不可偶然情形，如在焊缝处等，也由于烟囱的本身特点，所以也要
