不设GGH湿法脱硫烟囱防腐改造在嘉华电厂的应用

  嘉华电厂烟气脱硫工程于2007年下半年开工建设,拟采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺(FGD)。为了减轻脱硫后低温高湿烟气对烟囱的腐蚀,本工程决定采用湿烟囱替代GGH方案。但由此带来的湿烟囱腐蚀问题,将直接影响今后的长期安全运行。
1　嘉华电厂烟囱结构
嘉华电厂现有4台600MW燃煤机组,每2台炉共用一座双内筒钢管式烟囱,每台炉配一根排烟管,即把承重的钢筋混凝土外筒和排烟内筒分开,使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触。外筒出口直径16. 16m,顶标高230m,出口标高混凝土筒壁厚300mm;内筒顶标高240m,内筒出口直径6m,采用NSI耐腐蚀钢,钢内筒外敷容重为100 kg/m3、厚度为80mm的玻布岩棉板保温层,承重36. 19 t。机组正常运行时的排烟温度为120℃。
2　湿法脱硫烟气对钢烟囱的腐蚀性分析
2. 1　烟气成分变化对烟囱运行的影响
脱硫烟气具有很强的腐蚀性。烟气中的氯离子遇到水蒸汽形成氯酸,其化合温度约60℃,当低于氯酸露点温度时,会产生严重的腐蚀,对钢板的腐蚀速度是其他温度的3~8倍。
同时,烟气经脱硫后,虽然SO2含量大大减少,但仅能去除50%的SO3。由于经湿法脱硫,烟气湿度增加,温度降低,极易在烟囱内壁结露,烟气中残余的SO3溶解后,形成腐蚀性很强的稀硫酸液。所以,脱硫烟气中SO2含量虽有所降低,但对烟囱具有腐蚀性的物质总量反而增多了。
2. 2　烟气压力变化对烟囱运行的影响
烟气不经过FGD系统时,在烟囱内基本全程负压运行,当烟气经过FGD洗涤后,烟囱的进口烟温由120℃降至47~50℃,导致烟气密度增大,烟囱的自抽吸能力降低,这样会使烟囱内压力分布改变,正压区扩大。烟气正压运行时,易对排烟筒壁产生渗透压力,加快腐蚀进程。
2. 3　烟气温(湿)度变化对烟囱运行的影响
机组在安装FGD装置前,酸露点温度范围为105. 0~111. 6℃,安装FGD后,由于烟气中的SO2和SO3等酸性气体大幅减少,酸露点温度下降至70. 5 ~ 90℃;烟气脱硫前烟囱的排烟温度为120℃,高于其烟气酸露点温度,并且为干烟气,在负压区不会出现酸腐蚀问题。安装FGD装置后,由于不设GGH,烟囱的排烟温度降低至47~50℃,烟囱内壁温度明显降低,远远低于FGD装置安装后的酸露点温度,并且烟气处于湿饱和状态,易冷凝结露,并在潮湿环境下产生腐蚀性的水液,液体沿壁面流下,造成钢烟囱内壁腐蚀。
3　不设GGH烟囱钢内筒防腐要求分析
3. 1　不设GGH脱硫烟囱运行工况分析
FGD系统投入运行后,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。在机组启动或FGD系统故障状态下,全开旁路挡板门,烟气直接进入烟囱排放,此时烟气温度在120℃左右,在此条件下,
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。
(2)排放经湿法脱硫后的烟气。在机组及FGD系统正常运行状态下,烟气经FGD洗涤后进入烟囱排放,这时的烟气温度在50℃左右,烟囱内壁有严重结露,沿筒壁有结露的酸液流淌。
(3)锅炉事故状态下排烟。烟气从旁路直接排至烟囱,这时的温度一般在180℃左右。
3. 2　不设GGH湿法脱硫烟囱钢内筒防腐要求
电厂烟囱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,排烟钢内筒在运行期间尽可能抵抗烟气腐蚀。为了达到有效防腐的目的,必须保证防腐材料在以上3种工况和温度下都能有效抵御烟气的腐蚀。从不设GGH湿法脱硫烟气的腐蚀性特点可以看出:由于脱硫后烟气成分、压力、温(湿)度的变化,嘉华公司4台运行机组脱硫改造时,必须选用合适的防腐内衬系统,对现有钢内筒烟囱内壁采取防腐蚀措施。
根据烟囱的运行工况分析,要求内衬材料具有抗强酸腐蚀能力及抗温差变化能力,在温度变化频繁的环境中不裂缝并且具有长久的寿命。选择合适的烟囱钢内筒内衬还必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。建筑成本低,一次性投资少。
(3)施工容易、周期短。
(4)适合于老烟囱的防腐改造,重量要轻。
(5)使用寿命长。防腐内衬的可靠运行周期即总使用寿命长。
4　嘉华电厂可选烟囱防腐技术方案分析
4. 1　几种可选方案
根据国内外的经验,目前湿法脱硫后的烟囱钢
(1)贴衬合金薄板。采用抗渗密闭性好,整体性强,自重轻,耐酸腐蚀的金属合金薄板材作内衬,如钛板(TiCr2)、镍基合金板(C-276、C22)或铁-镍基耐蚀合金板(AL-6XN)等。贴衬钛钢复合板材料在烟气湿法脱硫,且不设GGH的条件下是较为理想的防腐处理方案。
(2)用耐腐蚀的轻质隔热制品粘贴。如发泡耐酸玻璃砖内衬,以美国宾高得(PENNGUARD)玻璃砖内衬系统为代表,隔绝烟气与钢内筒接触,具有耐腐蚀和保温的双重性能。发泡耐酸玻璃砖由专用的粘合材料直接粘贴于钢烟筒内表面,并且由粘合材料对玻璃砖间的缝隙勾缝,阻断了烟气对烟囱内筒结构的腐蚀。在化学环境与温度大幅变化的情况下均具有防腐能力。在烟气湿法脱硫,且不设GGH的条件下,特别是对已运行电厂进行老烟囱防腐是较为理想的方案。发泡耐酸玻璃砖内衬在国外烟囱中已有大量应用业绩。
(3)采用玻璃鳞片等防腐涂层。在FGD吸收塔、烟道等脱硫设备上应用较多,国外电厂烟囱早期有应用,现已较少采用,国内尚没有成熟经验。
(4)采用有机、无机复合纤维涂层。根据目前掌握的资料,美国萨伟真Systems公司开发的各类纤维涂层作为玻璃鳞片涂层的更新换代产品,将有机涂层、耐高温纤维衬里,无机耐腐蚀、耐酸、耐火材料和胶泥完美结合。Systems作为烟囱防腐处理的专业性公司,其产品在美国有广泛应用,并已有连续使用15年的实例。但由于进入中国市场较晚,目前国内只有湖南石门电厂2×300MW机组混凝土烟囱防腐改造业绩。
4. 2　可选方案比较
方案1的防腐、耐温、耐磨、抗冲刷性能都非常好,且使用寿命长,但价格昂贵,不易施工。目前已使用此方案的脱硫岛都是随工程同步建设,没有对已投运的老电厂进行脱硫改造的案例。因此,嘉华电厂采用此方案并不可行。
方案2为用硼酸砖衬里。国产砖单位质量比较大,施工周期长,衬里砖有可能脱落,应用业绩比较少,但价格便宜;宾高得玻璃砖具有良好的防腐性能,在国外电厂烟囱防腐中已有优良业绩,使用寿命较长,单位质量轻且安装方便,对烟囱结构的附加荷重很小,便于对已建烟囱的防腐改造,但价格偏高,施工周期较长。两种产品均适合嘉华电厂的烟囱防腐改造,但宾高得砖的业绩优势更明显。
方案3采用的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,一般运行5年就需要进行局部修补。因此,从长期安全运行的角度考虑,取消GGH后,采用玻璃鳞片涂层等防酸腐蚀涂料不适合嘉华电厂脱硫技改项目。方案4可以同时满足耐温、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,且价格适中,施工周期较短。该工艺解决了玻璃鳞片涂层存在的抗拉性差、抗弯曲性差、抗高温差,对钢板表面热胀冷缩时与机体的依附性差等缺点,适合于老烟囱钢内筒的防腐改造。
从以上论述中可以得出如下结论:方案2的宾高德内衬系统和方案4的复合纤维涂层均适合嘉华电厂的湿烟囱防腐改造要求,施工方便、使用寿命长且技术上可行。其中宾高德砖内衬系统的一次性投资费用是复合纤维涂层的2倍左右,但比采用合金薄板要省得多,因此经济上两方案均是合理的,但方
案4比方案2更具优势。此两种方案的较长寿命周期,可以减小维修花费和维修期间的停机经济损失。嘉华电厂可运行年限在30年左右,因此,要求选定的烟囱防腐工艺使用寿命在20年。通过分析,我们认为方案4的复合纤维涂层,方案2的宾高德玻璃砖,用于嘉华电厂钢内筒烟囱防腐均可行。