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湿法脱硫烟囱防腐技术及方案研究

湿法脱硫烟囱防腐技术及方案研究

1 湿法脱硫烟囱防腐的必要性
烟气采用湿法脱硫工艺, 可使烟气中 SO2 的含量大大减少(脱除效率≥ 95%),但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3 脱除效率并不高,仅20% 左右。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完全消除,而且对烟囱抗腐蚀性能提出了更高要求。脱硫后的烟气环境变得低温、高湿,使烟气温度低于酸露点温度,烟气的含水量增大,此时烟气在上升过程中,在烟囱内壁会出现结露现象;同时,烟气密度增加,烟囱自拔力减小,烟囱内的烟气压力升高,形成正压,加剧烟气外渗。
而且脱硫后的烟气中单位体积的稀释硫酸含量相应增加。在系统不设置GGH(烟气加热系统)时,脱硫后的烟气温度一于饱和状态,烟气易于冷凝结露并在潮湿环境下产生腐蚀性的水液液体,使烟囱内壁长期处于浸泡状态。综上所述,烟气脱硫后,对混凝土烟囱的腐蚀隐患并未真正消除:烟气湿度大,含有腐蚀性介质的烟气在烟气压力和湿度梯度的双重作用下,烟囱内侧结构致密度差的材料内部很易遭到腐蚀,影响结构耐久性;低浓度酸液比高浓度酸液的腐蚀性更强;酸液温度在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。因此,排放湿法脱硫烟气的烟囱比排放未经湿法脱硫的普通烟气的烟囱对防腐蚀设计的要求要高得多,属于强腐蚀性烟气。因此,烟囱内壁的防腐蚀措施应满足强腐蚀性烟气的需求。
2 玻璃钢烟囱的优点及结构
2.1 玻璃钢烟囱的优点 玻璃钢(FiberglassReinforced Plastic),是由高强度的玻璃纤维和树脂复合而成的新型复合材料,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。玻璃钢集中了玻璃纤维和合成树脂的特性,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1/4 ~ 1/5。由整体缠绕成型工艺生产的玻璃钢排烟筒能够自承重,具备比耐硫酸露点钢更加优异耐酸防腐性能,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。
玻璃钢经过合理的设计, 制造和安装, 用于湿法脱硫系统的结构和整套装置中, 具有明显的技术经济和社会效益,使用寿命长, 运行可靠, 在国外已有广泛的应用, 技术经济分析是可行的。用玻璃钢代替传统的合金钢, 碳钢内衬橡胶和碳钢内涂树脂鳞片树脂等材质制造具有耐腐蚀性强, 寿命长, 强度高, 节能等优点的烟气脱硫装置为脱硫设备国产化降低造价提供了途径。
从工程结构的全寿命来考虑,FRP 烟囱的总造价可能更有竞争力,因为FRP材料耐化学性能十分优秀,后期维护工作量很小。
2.2 玻璃钢烟囱的结构形式 主要用于排放烟气高度为100 ~ 200 米的混凝土烟囱的内筒。在此构造中,充分利用了玻璃钢的耐高温、耐腐蚀的特点,有的是一个混凝土烟囱套1 个玻璃钢内筒,也有的套2 个或3 个玻璃钢内筒,具体根据业主的设计和要求来定。
混凝土套玻璃钢内筒一般采用分段悬璧的结构形式。在混凝土烟囱内设钢架支撑烟囱的运行荷载,在混凝土烟囱壁上予埋钢结构做为导向支撑系统。一般10 ~ 15 米为一段,每段之间采用膨胀节和子母插口两种连接方式。玻璃钢内筒的安装方式一般有两种,一种是底进式:从混凝土烟囱底部的开
孔进入进行安装,这种方式主要应用于100 ~ 200 米以上高度的烟囱。另一种是顶进式:从混凝土烟囱顶部进入进行安装,这种方式适用于高度在100 米以下的烟囱。
3 项目概况
本项目为江苏某公司3×150t/h 高温高压煤粉锅炉三台150t/h 燃煤锅炉烟气脱硫项目混凝土烟囱防腐改造。脱硫项目采用石灰石-石膏湿式脱硫工艺。经脱硫后的净烟气直接进入烟囱排放,由于本脱硫装置不设GGH 系统(烟气加热系统),脱硫后的烟气温度一般在40℃~ 50℃之间,且湿度很大并处于饱和状态,烟气易于冷凝结露并在潮湿环境下产生腐蚀性的水液体,使混凝土烟囱内壁长期处于浸泡状态,因此必须对混凝土烟囱进行可靠、安全、经济的防腐措施。
4 烟囱防腐方案的确定
烟囱作为火力发电厂的重要构筑物,对其结构的耐久性、可靠性和经济性的要求越来越重要。由于湿法脱硫后烟气会对烟囱产生严重的腐蚀,因此,选择适合此运行工况的防腐措施,对于电厂的安全经济运行至关重要。目前国内外已采用的烟筒的防腐处理措施主要有以下几种方案:
4.1 涂刷喷料和贴衬砖类防腐 主要有防腐涂料、玻璃鳞片、聚脲、耐酸砖、玻璃砖、玻璃砖等。据调查,这类防腐方案易出现开裂、脱落和酸液渗漏现象,主要原因为:一是施工质量没有满足相关设计、施工和验收规范要求,特别是对于粘贴防腐块材料类的,由于粘贴量大,且高空作业,加之监理旁站等措施不到位,这是导致脱硫烟囱防腐出现问题的主要原因。二是部分防腐材料本身的质量不能满足脱硫后烟气环境的要求。脱硫后由于烟气湿度大,温度很低,且烟气中单位体积的稀释硫酸含量相应增加,被视为“高”化学腐蚀等级,即强腐蚀性烟气等级,而目前我国应用于脱硫烟囱防腐的产品种类繁多,防腐产品的研发、应用及其成果的评审与鉴定等组织机构宽泛,以致使一些防腐产品质量存在问题。
4.2 金属板类防腐 钛合金复合钢板。钛板由于其特定的化学性能,有非常好的防腐效果,脱硫后的强腐蚀性烟气对钛板的腐蚀性很小,目前国内已有电厂采用钛钢复合板钢套筒的烟囱。钛钢复合板是以低碳钢Q235B 为基材,以钛板为复层的两层金属复合板。钢内筒由10 ~ 16厚钛钢复合板卷成弧形后焊接而成,钛钢复合板是一种成熟的组合材料,有专门的国家标准,但造价较高,施工比较困难。施工周期很长。因为钛合金一种稀有金属,市场上比较紧缺,现在订货周期较长,供货期可能长达一年以上,钛合金复合钢板还有一个不足就是其焊缝腐蚀和不同金属间的电化学腐蚀。
4.3 玻璃钢内筒 玻璃钢是由高强度的玻璃纤维和树脂复合而成的新型复合材料,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。玻璃钢集中了玻璃纤维和合成树脂的特性,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1/4 ~ 1/5。由整体()缠绕成型工艺生产的FRP 内筒能够自承重,具备比耐硫酸露点钢更加优异耐酸防腐性能,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。玻璃钢经过合理的设计,制造和安装,用于湿法脱硫系统的结构和整套装置中,具有明显的技术经济和社会效益,使用寿命长,运行可靠,在国内外已有广泛的应用, 技术经济分析是可行的。用玻璃钢代替传统的合金钢、碳钢内衬橡胶和碳钢内涂树脂鳞片树脂等材质制造具有耐腐蚀性强、寿命长、强度高、重量轻、节能等优点。
湿烟囱防腐方案的选择是一个综合比选的过程,在选择防腐材料及施工方案时通常要考虑以下的因素:改造的资金充裕程度、烟囱已经使用的年限和将要服务的年限、原排烟筒内衬材料等。
5 结束语
综上,结合江苏某公司3X150t/h 锅炉烟气脱硫烟囱防腐改造工程的实际条件,我们推荐采用本次烟囱防腐推荐采用玻璃钢内筒,从工程结构的全寿命来考虑,玻璃钢内筒的安全可靠性和工程总造价更有竞争力,因为玻璃钢材料耐化学性能十分优秀,后期维护工作量很小。施工工程更为简单和易于控制。
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