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 。