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烟气脱硫改造后烟囱防腐的探讨

烟气脱硫改造后烟囱防腐的探讨

1  引言
根据新修订的《中华人民共和国大气污染防治法》对高污染燃料使用、高硫煤碳的开采以及对火电厂大气污染物控制提出了新的要求。2003年新修订的《火电厂污染物排放标准》已将SO2排放浓度限制为小于400 mg/m3(新标准执行后所建设的所有机组), 老机组也要分别在2008 年、2010 年达到这一标准, 同时还要满足地区环境总量的控制要求。
随着我国对环保要求的日趋严格, 国内老火电厂脱硫改造工程已陆续开展, 其中采用湿法或半干法烟气脱硫工艺较为广泛, 而老火电厂的烟囱大多为单筒钢筋混凝土结构型式, 烟气脱硫不论是否安装烟气换热器(GG H), 净烟气对烟囱和砖烟道都具有很强的腐蚀性。所以, 对现有电厂的普通钢筋混凝土烟囱而言, 如果需要进行烟气脱硫改造工程, 就必须对老烟囱及烟道采取适当的防腐措施。
2  烟道内壁腐蚀状况
上海市目前有很多经济工业开发区内, 为了节约能源和减少环境污染, 通常开发区内都集中建设有供热电厂, 申能星火热电厂(以下简称星火电厂)就是其中之一。星火电厂承担着整个星火开发区如轻工造纸、纺织、化工等企业的集中供热任务。该电厂现有装机规模为4 炉2 机:即4 ×75 t/h 煤粉炉+12 MW 抽凝机+12 MW 背压机。电厂以热定电, 为区域性热电厂。
为适应全国及上海市不断提高的环保需求, 为开发区创造良好的投资环境, 星火电厂自2005 年起逐步对4 台锅炉进行了除尘器及烟气的脱硫改造, 分别增设了不同的脱硫系统。经过改造, 4 台锅炉燃烧后的烟气经除尘、脱硫后, 净烟气通过一座合用的100 m 高的混凝土烟囱排放。经过一年多的运行, 在机炉大修时, 安排了工作人员进入混凝土烟道及烟囱, 通过敲击烟道、烟囱壁、拍照等方法, 发现烟道内壁防腐层已全部脱落, 腐蚀严重, 尤其是顶部, 钢筋也已经腐蚀, 如图1 所示。
图1  烟道内壁腐蚀状况
3  烟气的腐蚀性分析
锅炉中的燃煤含有一定量的硫, 在燃烧过程中S 与O2 生成SO2 , 并有少量的SO2 在Fe2 O3 、V2O5等催化剂作用下转化成SO3 。通常情况下,锅炉烟气中SO2 , 体积含量为1 ×10-6 ~ 0 .5 ×10-6 , 水蒸气约为10 % 。如果烟气温度在200 ℃以下时, SO2与水蒸气完全结合成H2 SO4 蒸气, 微量的H2SO4 蒸气使烟气的露点温度显著提高。
当尾部烟道或烟囱壁面温度低于烟气露点温度时, H2SO4蒸气就会凝结在壁面上, 形成浓度约为80 %的硫酸溶液, 粘附在烟道或烟囱壁面上, 产生酸腐蚀。
由于4 台锅炉分别采取了不同的烟气脱硫工艺, 所以排烟温度也不尽相同, 例如:1 号炉采用水膜除尘器, 烟气温度为60 ~ 65 ℃;2 号炉采用水膜除尘器, 烟气温度为60 ~ 65 ℃;3 号炉采用电除尘器, 烟气温度为140 ~ 165 ℃;4 号炉采用布袋除尘器加上双碱法组合脱硫, 烟气温度为50 ~55 ℃。
分析认为:由于4 台锅炉脱硫后的烟气经过一段水平烟道后, 共同进入一座高约100 m 的钢筋混凝土烟囱, 烟气混合后温度维持在75 ~ 80 ℃之间, 温度较低, 因此容易出现结露现象。
烟气中的水汽结露后形成的液体具有腐蚀性, 依附于烟囱内侧壁;另外, 脱硫后的烟气中还含有氟化物和氯化物等强腐性物质, 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。
目前, 各种脱硫工艺的SO2脱除率很高, 但对造成烟气腐蚀的主要成分SO3 的脱除率仅为20 %左右。因此, 脱硫后烟气中产生的低浓度酸液比高浓度酸液对烟囱的腐蚀性更强。在40 ~80 ℃时, 烟气极容易在烟囱的内壁结雾形成腐蚀性很强的酸液, 对烟囱结构的腐蚀速度比其他温度时要高出了数倍。由烟道的腐蚀现状可以推断, 这种腐蚀状况也会在烟囱内壁发生, 如不采取措施, 将对整个电厂的安全运行造成威胁。
4  烟道及烟囱防腐措施及方案
鉴于上述对腐蚀状况的分析, 电能星火热电厂对增设脱硫装置后的烟囱(包括现有烟道)防腐工程进行了设计改造。由于电厂还承担着对周边企业连续供热的任务, 不可能采用停机、停炉后再专门进行烟囱的防腐蚀工作, 只能通过采取临时烟囱和临时烟道方案, 以保证电厂的正常运行。
4 .1  防腐改造遵循的原则和措施
(1)对现有混凝土老烟囱和水平混凝土烟道进行防腐改造。
(2)增设临时排烟措施, 以保证4 台锅炉在防腐施工期间能够正常运行。合理利用现有的场地, 不影响现有设施安全运行及改造过程的正常施工, 不影响烟囱、烟道的防腐改造工程正常施工。
(3)改造应体现节能、安全生产、便于维修的原则。
4 .2  临时烟囱及烟道设计
经过现场实地考察, 临时烟囱布置在老烟囱的南侧10 m 处, 如图2 所示。为保证现场施工方便, 临时烟道从脱硫系统后进水平烟道的竖直脱硫烟道上接出至高40 m的临时烟囱。新建临时独立式钢烟囱一座, 烟囱总高度为40 m , 采用二段变截面, 下段直径为4 ~2 .5 m , 高为15 m , 壁厚12 mm ;上段等直径为2 .5 m , 高为25 m , 壁厚10 mm 。
为保证脱硫系统在锅炉启动时也能投用, 在引风机出口旁路烟道和脱硫系统后主烟道间设置临时旁路烟道。烟道接入烟囱, 采用双侧引入。在接入烟囱前约1 m 处, 临时烟道上部采用30°扩口, 减小烟气进入烟囱时的流速, 避免两股烟气
冲撞。
4 .3  原有烟囱和烟道防腐处理
原钢筋混凝土烟囱内壁和烟道内壁重新做防腐蚀处理。上面所述临时烟道和烟囱就位运行后, 原有烟囱和烟道停止运行, 其内壁按照现行的烟囱规范并结合类似工程的经验重新进行防腐蚀处理。
目前, 烟囱防腐材料的性能分析如表1所示。
经过比较认为, 表1 中1 、4 、5 方案均符合星火电厂烟囱改造的基本要求, 综合考虑耐腐蚀特性、经济性、施工的难易程度等因素, 建议选择方案4 , 即玻璃鳞片耐酸胶泥作为烟囱防腐蚀推荐方案。
5  结论及建议
脱硫后造成尾部烟气温度降低, 湿度增加, 烟囱防腐的设计不容忽视。在这方面的工作我国才起步, 还没有较多的实践经验来验证, 在设计时尽量多开展调研工作, 收集相关成功、可行的资料,以保证工程顺利进行。脱硫改造时, 电厂的老烟囱应按“强”腐蚀性烟气等级来考虑烟囱结构设计和进行防腐处理。采用整体面层防腐体系进行老烟囱防腐, 耐腐蚀性较好, 施工简便, 是目前较为理想的方案。

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