脱硫烟囱防腐方案介绍

脱硫烟囱防腐方案简单介绍1、脱硫工艺对烟囱的影响1.1.1脱硫工艺简况我国是一个能源结构以燃煤为主的国家，大气污染属煤烟型污染，粉尘、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）是电厂对大气的主要污染物，其中二氧化硫造成了酸雨等污染情况。因此，对二氧化硫的防治是势在必行。目前，国内外燃煤火电厂中烟气脱硫（FlueGasDesulfurization简称“FGD”），是控制二氧化硫排放的主要措施。其中湿法石灰石、石膏法是当今世界各国应用昀多和昀成熟的工艺，国家电力公司已将湿法石灰石脱硫工艺确定为火电厂脱硫的主导工艺。湿法脱硫工艺主要流程是，锅炉的烟气从引风机出口侧的烟道接口进入烟气脱硫(FGD)系统。在烟气进入脱硫吸收塔之前经增压风机升压，然后通过烟气—烟气加热器(GGH)，将烟气的热量传输给吸收塔出口的烟气，使吸收塔入口烟气温度降低，有利于吸收塔安全运行，同时吸收塔出口的清洁烟气则由GGH加热升温，烟气温度升高，有利于烟气扩散排放。经过GGH加热器加热后烟气温度一般在80℃左右，可使烟囱出口处达到更好的扩散条件和避免烟气形成白雾。GGH之前设的增压风机，用以克服脱硫系统的阻力，加热后的清洁烟气靠增压风机的压送排入烟囱。在锅炉启动过程或脱硫装置因故障而解列时，烟气可不进入脱硫装置，而通过旁路烟道进入烟囱排向大气。1.1.2脱硫对烟囱的影响烟气经过脱硫后，虽然烟气中的二氧化硫的含量大大减少，但是，洗涤的方法对除去烟气中少量的三氧化硫效果并不好。由于经湿法脱硫，烟气湿度增加、温度降低，烟气极易在烟囱的内壁结露，烟气中残余的三氧化硫溶解后，形成腐蚀性很强的稀硫酸液。调查实际的烟囱发现，脱硫烟囱内的烟气有以下特点：1)烟气中水份含量高，烟气湿度很大；2)烟气温度低，脱硫后的烟气温度一般在40～50℃之间，经GGH加温器升温后一般在80℃左右；3)烟气中含有酸性氧化物，使烟气的酸露点温度降低；4)烟气中的酸液的浓度低，渗透性较强，对烟囱结构有很强的腐蚀性。由于脱硫烟囱内烟气的上述特点，对烟囱设计有如下影响：1）烟气湿度大，含有的腐蚀性介质在烟气压力和湿度的双重作用下，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。2）低浓度稀硫酸液比高浓度的酸液腐蚀性更强。3）酸液的温度在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。由此可知，排放脱硫烟气的烟囱比排放普通未脱硫烟气的烟囱对防腐蚀设计要求要高得多，这也许与我们的传统观念有所不同。故在设计脱硫烟囱时，烟囱内壁的防腐蚀措施应进一步加强。此外，由于在烟囱运行时，烟气有可能不进入脱硫装置，而通过旁路烟道进入烟囱。此时，烟气温度较高，一般在130℃左右，故设计烟囱时，还必须考虑在此温度工况下运行对烟囱的影响。1.1.3电厂烟囱运行工况目前，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，进入烟囱的烟气温度在130℃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。2）排放经湿法脱硫后的烟气，且烟气经GGH系统加热，进入烟囱的烟气温度在80℃左右，烟囱内壁有轻微结露，导致排烟内筒内侧积灰。根据排放烟气成分等条件的不同，结露状况将有所变化。3）排放经湿法脱硫后的烟气，且烟气无GGH系统加热，进入烟囱的烟气温度在50℃左右，烟囱内壁有明显结露。此外，烟囱设计时还应考虑在锅炉事故状态排放烟气的温度，一般该温度在180℃左右。电厂烟囱安全运行的必要条件是承重的钢筋混凝土外筒不被烟气腐蚀，排烟内筒在电厂运行期间尽可能的抵抗烟气腐蚀。脱硫后烟囱运行条件如下：脱硫有GGH工况脱硫无GGH工况烟囱内烟气温度℃74~8041~45烟囱入口烟气酸露点温度℃81~8688~94烟囱入口烟气压力Kpa(a)101101由此表可知，在有无GGH系统的情况下，烟囱内壁均存在酸结露状况。2、脱硫后烟囱钢内筒防腐设计2.1脱硫后烟囱钢内筒内衬概况烟囱内化学环境复杂，烟气含酸量很高，在内衬表面形成的凝结物，对于大多数的建筑材料都具有很强的侵蚀性，所以对内衬材料要求具有抗强酸腐蚀能力；烟气温差变化大，湿法脱硫后的烟气温度在40℃~80℃之间，在脱硫系统检修或不运行而机组运行工况下，烟囱内烟气温度在130℃~150℃之间，那么要求内衬具有抗温差变化能力，在温度变化频繁的环境中不开裂并且耐久，满足两方面性能对内衬材料至关重要。烟囱钢内筒选择一个合适的内衬，必须考虑以下几方面的因素，一、技术可行性，满足复杂化学环境下的防腐要求；二、经济合理，较低的建筑成本，一次性投资费用要低；三、施工容易进行速度快，周期短；四、运行维护费用低，并且方便检修。需注意的是，用材的选择不仅应考虑初期成本，还应考虑装置的可靠运行周期（即大修周期）和总使用寿命等相关问题，以便作出经济上的合理决定。欧美等发达国家电厂烟气脱硫开始的时间比较早，根据国内外的经验，目前湿法脱硫后的烟囱钢内筒内衬防腐主要有三类形式，第一类采用耐腐蚀的轻质隔热的制品粘贴，隔绝烟气和钢内筒接触，如发泡耐酸玻璃砖内衬；第二类贴衬薄板，采用耐酸腐蚀的金属合金薄板材作内衬，内衬材料包括钛板（TiCr2）、镍基合金板（C-276、C22）或铁-镍基耐蚀合金板（AL-6XN）；第三类采用耐酸耐热混凝土和玻璃鳞片涂层等防酸腐蚀涂料。电厂烟气脱硫是近些年的事，由于我国这方面起步比较晚，缺乏工程实际经验。对湿法脱硫后的烟气情况有待进一步的认识。可供脱硫后烟囱钢内筒内衬选择的方案有镍基耐蚀合金C-276衬板、C22衬板、TiCr2钛衬板、铁-镍基耐蚀合金AL-6XN衬板、耐蚀鳞片胶泥内衬、钾水玻璃耐酸砂浆层内衬、刷防腐涂料层+耐酸耐热混凝土、耐硫酸露点钢内刷防腐涂料层、内筒为耐硫酸露点钢(钢板厚考虑一定腐蚀余量)等。脱硫后烟气的特点烟气经过脱硫后，虽然烟气中的二氧化硫的含量大大减少，但是，洗涤的方法对除去烟气中少量的三氧化硫效果并不好。由于经湿法脱硫，烟气湿度增加，经GGH加热升温，产生温度达75～85℃的混合气体，混合的结果，处理后的气体中的大部份冷凝物质蒸发了。然而小部分的侵蚀性冷凝物保留了下来，蒸发的结果，使这些冷凝物的硫酸含量非高，75～85℃的温度和高硫酸含量相结合，对于大多数的建筑材料都具有很强的侵蚀性。根据资料，经过脱硫装置的气体中主要物质SO3的露点温度为150℃，这表明，烟气在与烟囱的内壁极易结露，从而形成酸液。2.2.3烟气对烟囱的影响从脱硫烟囱内烟气的上述特点，可以看出：排放脱硫烟气的烟囱比排放普通未脱硫烟气的烟囱对防腐蚀设计要求要高得多，这也许与我们的传统观念有所不同。故在设计脱硫烟囱时，烟囱内壁的防腐蚀措施应进一步加强。新设计的烟囱内衬，必须具备耐750－85℃以及高浓度硫酸的条件。这是脱硫后的烟囱内衬设计所要解决的主要问题。另外，由于在烟囱运行时，烟气有可能不进入脱硫装置，而通过旁路烟道进入烟囱。此时，烟气温度较高，故设计烟囱时，还必须考虑在130～150℃温度工况下运行对烟囱的影响。2.3钢内筒各内衬方案评述2.3.1镍基耐蚀合金板(C-276、C22)内衬1)元素成份及机械物理性能C-276的ISO材料牌号NiMo16Cr15Fe6W4;美国材料试验学会（ASTM）编制的联合编号UNSN10276;德国DIN材料牌号NiMo16Cr15W(W.Nr.2.4819)表2.3.1.1C-276C22元素成份表合金类别商品牌号元素成份wt%CrMoNiWFeSiCSP镍基耐蚀合金C-276典型成份15.516.0余量3.56.00.030.0040.0020.005C-22典型成份20.3913.79余量2.752.790.0570.0060.00020.008表2.3.1.2C-276元素成份机械物理性能表导热系数7.2W/M·C密度8.89G/cm2屈服强度≥283MPa抗拉强度≥690MPa弹性模量209～200KN/mm2(0～200°C)热膨胀系数11.2*10-6/°C延伸率%≥40溶点1325-1370℃2003年以来，国际国内市场镍价持续上涨，国际交易所镍现货价格由7500美元/吨升至14000～15000美元/吨，国内镍现货价格也升至16万元/吨，镍价目前已处于1990年以来14年的昀高水平。日本JSW资料显示C276轧制复合板价格近10万元/吨。国际国内市场镍价上涨，使得C276合金材料初期成本较高这一因素更加制约了C-276耐腐合金在脱硫烟囱中的应用。2)C-276合金耐腐蚀性能C-276合金是一种含钨的镍-铬-钼合金，其硅、碳的含量极低，在氧化和还原状态下，对大多数腐蚀介质具有优异的耐腐蚀性，出色的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀性能。较高的钼、铬含量使合金能够耐氯离子的侵蚀，钨元素也进一步提高了其耐腐蚀性。C-276合金在10％硫酸沸腾试验溶液中的腐蚀速率为0.35mm/y，316L为16.15mm/y，317为7.85mm/y，钛板在99℃的20％H2SO4试验溶液中腐蚀速率61.8mm/y。3)C-276耐腐内衬构造钢内筒由10～16mm厚(支承式)或6～8mm厚(悬挂式)Q235加C-276耐腐内衬。内筒结构设计计算时，不必预留腐蚀富裕度，合金板内侧也不必采取防腐措施。内筒钢板与C-276内衬合金板有工厂轧制复合、爆炸复合和现场挂贴式。据日本JSW资料，工厂轧制复合板的内衬合金板昀小厚度为1.5mm。4)C-276耐腐内衬合金板工程应用美国近十年中，C276合金，C22合金广泛应用于可能形成原始酸冷凝液烟气洗涤脱硫塔及烟囱中。由于C276C22合金材料初期成本较高等原因，国内尚无应用于烟囱钢内筒耐腐内衬的工程实例。2.3.2钛板(TiCr2)内衬1)元素成份及机械物理性能钛位于元素周期表中ⅣB族，原子序数为22，高纯度的钛强度较低，它作为结构材料应用意义不大，故在工程中很少应用。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逐渐增加的，其机械强度和硬度也随之逐级增加，但塑性.韧性相应下降。工业上常用的纯钛是TA2，因其耐蚀性能和综合力学性能适中。对耐腐和强度要求较高时可采用TA3。对要求较好的成型性能时可采用TA1。表2.3.2.1钛TA2机械物理性能表密度4.51G/cm2抗拉屈服强度140MPa抗拉强度220MPa弹性模量10.6*104MPA(116GPa)热膨胀系数9.0*10-6/°C溶点1668°C延伸率%54%2)钛及其合金耐腐蚀性能钛是一种很耐腐蚀的材料，这是由于钛的表面容易生成稳定的钝化膜，钝化膜是由几纳米到几十纳米厚的极薄的氧化钛构成，在许多环境中是很稳定的，并且一旦局部破坏还具有瞬间再修补的特性。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好，甚至可与铂比美。但也必须认识到这层氧化膜被破坏后，若不存在修复的环境介质，这时钛的腐蚀速度比铁还大。钛的耐蚀介质是指那些能使钛的钝化膜处于稳定状态的介质，这些介质属于氧化性，中性，弱还原性。主要有海水，硝酸，铬酸，醋酸，次氯酸，低于3%的盐酸，低于4%的硫酸，乳酸，对苯二甲酸，湿氯气，次氯酸盐，含氯漂白剂，二氧化氯，食盐，氯化铁，氯化铜，尿素，多种有机物等。钛的不耐蚀介质是指使其钝化膜遭到破坏的介质，这些介质是强还原剂和无水强氧化剂。主要有氢氟酸，氟硅酸，含氟化合物溶液，大于3%的盐酸，大于5%的硫酸，草酸，磷酸，干氯气，发烟硝酸等。由于这些溶液溶解钛表面氧化膜，所以钛被腐蚀。如果在这些溶液中加入氧化剂或某些金属离子时，则钛表面氧化膜便会受到保护，此时钛的稳定就会增加。钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。各种元素，按其与钛发生不同反应可分为四类：第一类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物；第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体；第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体；第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、