关于钛金属在工业烟囱防腐中的应用

关于钛金属在工业烟囱防腐中的应用单位：河南玉和新型节能建材有限公司作者：王红令日期：2015/11/11摘要：在石化、冶金、电力等行业中，烟气污染一直受到广泛关注，这些重污染行业为了减少对大气的危害，通常会对烟气进行脱硝脱硫处理，采用石灰石-石膏湿法进行烟气脱硫。此举虽然能使大气环境得到改善，但脱硫后的烟气环境（低温、高湿等）对烟囱的腐蚀状况却进一步加剧，从而无法保证安全生产，也增加了工业生产成本，降低了生产效率。这时具有优良工业性能的钛金属及其合金脱颖而出，其在工业烟囱防腐中的应用越来越受到大家的关注。关键字：烟囱防腐、钛金属、工业烟气污染Summary：Inpetrochemical,metallurgy,electricpowerandotherindustries,theindustrialfluegaspollutionhasbeenwidelyconcerned,theseheavypollutingindustriesinordertoreducetheharmtotheatmosphere,usuallythefluegasdesulfurizationtreatment,theuseoflimestone-gypsumwetfluegasdesulfurization.Althoughthiscanimprovetheatmosphericenvironment,butthefluegasenvironment(lowtemperature,highhumidity,etc.)tothechimneycorrosionconditionshavebeenfurtherintensified,whichcannotguaranteethesafetyofproduction,butalsoincreasedthecostofindustrialproduction,reducetheproductionefficiency.Titaniummetalanditsalloywhichhasexcellentindustrialperformance,itsapplicationintheindustrialchimneyismoreandmoreattention.Keyword：Chimneyanticorrosion、Titaniummeta、Industrialfluegaspollution目录一、前言...............................................................................................4二、钛金属简介....................................................................................4三、工业烟囱的作用及其防腐现状......................................................4四、钛金属在工业烟囱中的应用..........................................................6五、本公司在该技术方面的工程实例...................................................6六、总结...............................................................................................9一、前言随着全球市场经济飞速发展，人民的经济水平逐步提高，但是伴随而来的是越来越严重的环境污染问题。石化、冶金、电力等重污染行业更是深深影响着全球居民生活环境，而工业烟囱就在此时发挥着至关重要的作用。这些重污染行业为了减少对大气的危害，通常会对烟气进行脱硝脱硫处理，采用石灰石-石膏湿法进行烟气脱硫。此举虽然能使大气环境得到改善，但脱硫后的烟气环境（低温、高湿等）对烟囱的腐蚀状况却进一步加剧，从而无法保证安全生产，也增加了工业生产成本，降低了生产效率。这时具有优良工业性能的钛金属及其合金脱颖而出，其在工业烟囱防腐中的应用越来越受到大家的关注。二、钛金属简介钛，化学符号Ti，外观似钢，具有银灰光译，是一种过渡金属，在地壳中约占总重量的0.42%，是铜、镍、铅、锌的总量的16倍。在金属世界里排行第七，含钛的矿物多达70多种。钛的强度大，密度小，硬度大，熔点高，抗腐蚀性很强；高纯度钛具有良好的可塑性。在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。工业纯钛按其杂质含量的不同，分为TA1、TA2和TA3三个牌号。这三种工业纯钛的间隙杂质元素是逐渐增加的，故其机械强度和硬度也随之逐级增加，但塑性、韧性相应下降。工业上常用的工业纯钛是TA2，因其耐蚀性能和综合力学性能适中。公司在烟囱防腐工程中也用的是该牌号的纯钛。三、工业烟囱的作用及其防腐现状烟囱是最古老、最重要的防污染装置之一。烟囱是一种排除工具，用来排除由火引起的气体或烟尘。是一种把烟气排入高空的高耸结构。能改善燃烧条件，减轻烟气对环境的污染。工业用烟囱多为圆柱体，上细下粗，一般用在工业的大厂房，如大锅炉、冶炼厂、电厂等。工业烟气在排放前通常会进行烟气脱硫处理，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。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40℃～50℃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、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。目前，中国最高的单筒式钢筋混凝土烟囱为210米。最高的多筒式钢筋混凝土烟囱是秦岭电厂212米高的四筒式烟囱。现在世界上已建成的高度超过300米的烟囱达数十座，例如米切尔电站的单筒式钢筋混凝土烟囱高达368米。四、钛金属在工业烟囱中的应用钛材的密度小、强度高、比强度大，耐蚀性能优异，耐热性能好，低温性能好。钛具有良好的抗腐蚀性能：抗海水及氯化物点蚀；良好的抗缝隙腐蚀性能；焊接接头耐蚀性好，不会发生晶间腐蚀；耐腐蚀疲劳强度高；抗应力腐蚀破裂。钛的耐腐蚀，结构钢的强度使钛/钢复合板已广泛适用于耐蚀压力容器、贮槽及真空制盐等多种化工设备制造中，烟囱钢内筒设计使用1.2mm厚钛板和厚度不同的钢板配比是一种非常合适的组合材料，钛钢复合板抗渗密闭性好，整体性强，自重轻是烟囱排烟筒优异的防腐材料，并且能够抵御多种工况下烟气的腐蚀作用，烟气流速稳定，烟气扩散效果好，防腐蚀性能耐热性能方面是完全可以满足钢内筒湿烟囱的长期运行要求的，可以确保烟囱结构的使用寿命。因为钛金属其在工业烟囱防腐中的优越性能，现在越来越多的工业烟囱都逐步改造使用钛钢内筒。五、本公司在该技术方面的工程实例中国铝业股份有限公司兰州分公司自备电厂烟囱纯钛板防腐改造工程。本工程全厂容量3×300MW，#1、#2、#3机组于2008年陆续投产。锅炉为亚临界、中间再热、固态排渣、自然循环汽包炉。汽轮机为亚临界、高中压合缸、中间一次再热、双缸、双排汽、单轴、直接空冷凝汽式。发电机为水氢氢冷却、自并激静态励磁。同期建设石灰石－石膏湿法烟气脱硫设施。2012年开始进行脱硝改造，目前已完成2、3号炉、1号炉的脱硝改造正在进行。机组日利用小时数22h，年利用小时数7200h。本工程原有烟囱为三管式烟囱（即钢筋混凝土外筒，三管钢内筒，内筒耐酸防护层采用特种防腐涂料），钢内筒直径5.1m，高210m。本工程经烟气脱硫改造后，采用石灰石-石膏法进行烟气脱硫，虽然能使大气环境得到改善，但脱硫后的烟气环境（低温、高湿等）对烟囱的腐蚀状况却进一步加剧。因此烟囱的抗腐蚀性能需要提高，这对排烟内筒内壁的防腐要求更高。而原有钢内筒特种防腐涂料不能满足改造后的要求，所以烟囱内筒必须改造。经过研究考察及综合分析，最后本工程烟囱防腐采用纯钛板防腐方案。钢烟囱钛板防腐是指在烟囱内筒上将原防腐层拆除后，用钛复合板制作成龙骨，按照钢对钢、钛对钛的原则，在钢内筒上，沿圆周方向（水平方向）焊接整圈龙骨，两圈龙骨间均匀设置竖向龙骨；在龙骨间填充酚醛耐酸泡沫板材；在龙骨的钛材面采用搭接形式用氩弧焊整体焊接厚度为1.6mm的纯钛板（TA2）防腐层。相邻钛板间采用手工钨极氩弧焊搭接焊接，最终形成一个无缝的整体钛板防腐内衬。施工工艺流程：施工准备→架设大梁→安装操作平台→验收合格→钢内筒原防腐层的拆除、垃圾清运→钢筒内壁喷砂除锈→钢筒内壁焊接钛钢复合板龙骨→龙骨间粘贴酚醛泡沫板→纯钛板挂板定位、焊接→相邻两块钛板间搭接焊接→所有钛板焊接部位着色检测→积会平台、导流板钛钢复合板防腐→烟道与烟囱接口连接部分修复处理和防腐→平台楼梯的除锈、油漆防腐→酸液排水装置→烟囱航标灯缺陷消除→施工结束工程验收→设备拆除烟囱用钛板特点：板幅大，减少烟囱制作焊缝；板形平整、尺寸精度高、便于加工；整体性强、密闭性好、抗渗透性强；设计加工制作，焊接安装都有相应国家标准；本次工程拟选用1.6mm的纯钛板和12+1.2mm复合钛钢；和其他防腐材料相比，性价比较高。以下照片是我公司240米钢内筒烟囱纯钛板施工部分照片筒首竣工图整体竣工图六、总结提高烟囱的使用寿命，关键在于做好烟囱的防腐蚀设计。而烟气的腐蚀,与烟气的成份、温度、湿度、流速,烟囱的高度、受力形式、保温措施、辅助防护措施、运行方式等等诸多因素有关。综合考虑到这些因素，钛金属在工业烟囱防腐中的的优越性就越加凸显，其越来越受到防腐行业的关注。