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濕法脫硫煙囪、特別是不設(shè)煙氣加熱系統(tǒng)GGH的煙囪內(nèi)筒防腐設(shè)計(jì)，由于材料選用標(biāo)準(zhǔn)與投資增加的緊密關(guān)系，正日益受到廣大設(shè)計(jì)人員和投資方的密切關(guān)注。結(jié)合對(duì)濕法脫硫煙囪腐蝕性的認(rèn)識(shí)，我將從以下幾個(gè)方面談?wù)効捶?，與大家交流，共同促進(jìn)濕法脫硫煙囪內(nèi)筒的防腐設(shè)計(jì)理想方案。
1 有關(guān)煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明
近年來(lái)，隨著國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高和大眾環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)新建火力發(fā)電廠工程都要求進(jìn)行煙氣脫硫處理。但在我國(guó)，煙氣脫硫處理還屬于起步階段，已建成投運(yùn)、且完全按煙氣脫硫處理運(yùn)行的火力發(fā)電廠工程項(xiàng)目不多，且大多是新建工程，運(yùn)行時(shí)間較短。因此，煙氣脫硫后煙囪腐蝕的調(diào)查和研究資料都較少，經(jīng)驗(yàn)也有限。在國(guó)家和電力行業(yè)煙囪的現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，均未對(duì)進(jìn)行脫硫處理的煙囪防腐設(shè)計(jì)做出具體規(guī)定，只是從煙氣的腐蝕性等級(jí)對(duì)煙囪的防腐設(shè)計(jì)進(jìn)行了要求。鑒于目前收集到的國(guó)內(nèi)脫硫煙囪腐蝕方面的研究和調(diào)查資料太少，難以對(duì)脫硫后煙氣的腐蝕機(jī)理和腐蝕防范措施的效果做出明確的判斷，因此在未成熟的情況下，未將脫硫處理的煙囪防腐設(shè)計(jì)要求列入規(guī)范中。國(guó)內(nèi)各電力設(shè)計(jì)院主要是依據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和參考資料進(jìn)行設(shè)計(jì)。
我院在參編國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50051-2002（煙囪防腐蝕設(shè)計(jì)章節(jié)）和主編電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》DL5022-93（修）的過(guò)程中收集了一些國(guó)外煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料，其中脫硫煙囪方面的設(shè)計(jì)構(gòu)造做法作為我們進(jìn)行工程實(shí)踐和在脫硫煙囪防腐設(shè)計(jì)方面的主要參考標(biāo)準(zhǔn)，這一方面是對(duì)國(guó)內(nèi)脫硫煙囪資料不足的一個(gè)補(bǔ)充，另一方面也為我們今后在修編國(guó)家煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)提供了一個(gè)參考依據(jù)和工程做法。
2 脫硫煙氣的特點(diǎn)和腐蝕性
2.1 脫硫煙氣的特點(diǎn)
通常進(jìn)行濕法脫硫處理且不設(shè)煙氣加熱系統(tǒng)GGH的煙氣，水份含量高，濕度大，溫度低，煙氣處于全結(jié)露現(xiàn)象。對(duì)一臺(tái)600MW機(jī)組來(lái)說(shuō)，煙氣中水氣結(jié)露后形成的具腐蝕性水液理論計(jì)算量約40~50噸/每小時(shí)，它主要依附于煙囪內(nèi)側(cè)壁流下來(lái)至專設(shè)的排液口排到脫硫系統(tǒng)的廢液池中。脫硫處理后的煙氣一般還含有氟化氫和氯化物等強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，是一種腐蝕強(qiáng)度高、滲透性強(qiáng)、且較難防范的低溫高濕稀酸型腐蝕狀況。
根據(jù)與脫硫工藝設(shè)計(jì)人員的了解，濕法脫硫工藝對(duì)煙氣中的SO2脫除效率很高，但對(duì)造成煙氣腐蝕主要成分的SO3脫除效率不高，約20%左右。因此，煙氣脫硫后，對(duì)煙囪的腐蝕隱患并未消除；相反地，脫硫后的煙氣環(huán)境（低溫、高濕等）可能使腐蝕狀況進(jìn)一步加劇了。
由于國(guó)內(nèi)脫硫煙囪歷史較短，專項(xiàng)的腐蝕調(diào)查研究資料很少，經(jīng)驗(yàn)也不多，并且國(guó)內(nèi)煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)脫硫處理的煙囪防腐設(shè)計(jì)尚無(wú)明確說(shuō)明。因此，對(duì)于脫硫后煙氣對(duì)煙囪結(jié)構(gòu)的腐蝕性分析我們主要是借鑒國(guó)外的資料和做法。國(guó)際工業(yè)煙囪協(xié)會(huì)（International Committee On Industrial Chimneys 縮寫CICIND）在其發(fā)布的《鋼煙囪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程 Model Code For Steel Chimneys》（1999年第1版）中對(duì)脫硫后的煙氣腐蝕性能（煙氣腐蝕性能對(duì)其它類型煙囪同樣適用）有這樣的說(shuō)明：（1）煙氣冷凝物中氯化物或氟化物的存在將很大提高腐蝕程度。（2）處于煙氣脫硫系統(tǒng)下游的濃縮或飽和煙氣條件通常被視為高腐蝕等級(jí)（化學(xué)荷載）。（3）確定含有硫磺氧化物的煙氣腐蝕等級(jí)（化學(xué)荷載）是按SO3的含量值為依據(jù)。（4）煙氣中的氯離子遇水蒸氣形成氯酸，它的化合溫度約為60℃，低于氯酸露點(diǎn)溫度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，即使是化合中很少量的氯化物也會(huì)造成嚴(yán)重腐蝕。
2.2 脫硫煙氣的腐蝕性
按照“國(guó)際工業(yè)煙囪協(xié)會(huì)（CICIND）”的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，燃煤電廠脫硫煙囪雖然在脫硫過(guò)程中已除去了大部分的氧化硫，但在脫硫后，煙氣濕度通常較大，溫度很低，且煙氣中單位體積的稀釋硫酸含量相應(yīng)增加。因而，處于脫硫系統(tǒng)下游的煙囪，其煙氣通常被視為“高”化學(xué)腐蝕等級(jí)，即強(qiáng)腐蝕性煙氣等級(jí)，因而煙囪應(yīng)按強(qiáng)腐蝕性煙氣來(lái)考慮煙囪結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)。
2.3 脫硫煙氣的腐蝕性對(duì)煙囪設(shè)計(jì)方案的影響
2.3.1 國(guó)內(nèi)煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于腐蝕性煙氣對(duì)煙囪設(shè)計(jì)方案的說(shuō)明
按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50051-2002第10.2.2條和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》DL5022-93第7.4.4條的要求：當(dāng)排放強(qiáng)腐蝕性煙氣時(shí)，宜采用多管式或套筒式煙囪結(jié)構(gòu)型式，即把承重的鋼筋混凝土外筒和排煙內(nèi)筒分開，使外筒受力結(jié)構(gòu)不與強(qiáng)腐蝕性煙氣相接觸。
電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》DL5022-93第7.1.2條還要求：600MW機(jī)組宜采用一臺(tái)爐配一座煙囪（一根排煙管）方案。
2.3.2 國(guó)外煙囪設(shè)計(jì)資料說(shuō)明
從目前了解的國(guó)外煙囪資料看，火電廠煙囪基本上都是套筒式或多管式煙囪，且以鋼內(nèi)筒多管式煙囪為主，單筒式煙囪很少看到。我們認(rèn)為這可能是套筒式或多管式煙囪具有檢修和維護(hù)空間，一旦需要，可立即對(duì)排煙內(nèi)筒實(shí)施維護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)；而單筒式煙囪（包括改進(jìn)型單筒式煙囪）一旦建成投運(yùn)，便很難再對(duì)它進(jìn)行內(nèi)部的檢修和維護(hù)。
對(duì)套筒式或多管式煙囪，排煙內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)材料選擇一般有兩種：鋼內(nèi)筒型結(jié)構(gòu)和磚砌內(nèi)筒型結(jié)構(gòu)；從材料的抗?jié)B密閉性來(lái)看，鋼內(nèi)筒優(yōu)于磚砌內(nèi)筒，但經(jīng)濟(jì)性差些（限于國(guó)內(nèi)條件）。對(duì)于鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，在煙氣濕法脫硫（無(wú)GGH裝置）的情況下，國(guó)際工業(yè)煙囪協(xié)會(huì)（CICIND）在其發(fā)布的《鋼煙囪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程 Model Code For Steel Chimneys》（1999年第1版）中建議采用普通碳鋼板在其內(nèi)側(cè)（與煙氣接觸側(cè)）增加一層非常薄的合金板或鈦板的方法進(jìn)行處理。對(duì)于磚砌內(nèi)筒結(jié)構(gòu)（加設(shè)GGH裝置），從美國(guó)薩金倫迪（SARGENT & LUNDY）公司設(shè)計(jì)資料和英國(guó)公司為廣東沙角C廠設(shè)計(jì)的240米高煙囪圖紙看，都對(duì)磚和膠泥提出了很高要求，即特殊的耐酸缸磚用硅酸鉀耐酸膠泥砌筑，一般分兩層錯(cuò)縫布置，并設(shè)封閉層。磚的抗?jié)B性能要求高，主要目的是防止煙氣滲透形成冷凝腐蝕和對(duì)排煙筒外包裹的保溫隔熱材料性能帶來(lái)不利影響。
2.3.3 煙氣溫（濕）度和運(yùn)行壓力與腐蝕性的說(shuō)明
2.3.3.1 煙氣溫（濕）度與腐蝕性
脫硫后的煙氣溫度一般在40℃～50℃之間，且濕度很大并處于飽和狀態(tài)。根據(jù)前述的煙氣特點(diǎn)，它是低于煙氣結(jié)露的溫度，煙氣易于冷凝結(jié)露并在潮濕環(huán)境下產(chǎn)生腐蝕性的水液液體。一般的煙氣濕法脫硫處理中是采用加設(shè)煙氣加熱系統(tǒng)（GGH）來(lái)提高脫硫處理后排放的煙氣溫度（約80℃及以上），以減緩煙氣冷凝結(jié)露產(chǎn)生的腐蝕性水液液體。從理論上講，采用煙氣加熱系統(tǒng)（GGH）能有利于減緩煙氣的腐蝕（即提高煙氣溫度，減少結(jié)露），但煙氣濕度、水分這些誘發(fā)腐蝕的因素依然存在，況且GGH的運(yùn)行能否滿足運(yùn)行溫度值的要求，尤其是在發(fā)電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行、機(jī)組開啟和關(guān)停期間及其它不利工況時(shí)能否滿足運(yùn)行溫度值的要求值得關(guān)注和重視。
煙氣溫度低、濕度大，煙囪內(nèi)的煙氣上抽力就降低，它影響著煙氣的流速和煙氣抬升高度及煙氣擴(kuò)散效果，這對(duì)排放的煙氣滿足環(huán)保要求（特別是氮氧化物NOX指標(biāo)）帶來(lái)不利的因素。
2.3.3.2 煙氣運(yùn)行壓力與腐蝕性
煙氣運(yùn)行壓力與煙氣的溫（濕）度和煙囪結(jié)構(gòu)型式密切相關(guān)。煙氣溫度低，其上抽力就小，流速就低，容易產(chǎn)生煙氣聚集并對(duì)排煙筒內(nèi)壁產(chǎn)生壓力。
錐形煙囪結(jié)構(gòu)型式（如單筒式煙囪）中的煙氣基本上是處于正壓運(yùn)行狀況，而等直徑圓柱狀煙囪（如雙管和多管式煙囪中的排煙筒）是負(fù)壓運(yùn)行狀況。煙氣正壓運(yùn)行時(shí)，易對(duì)排煙筒壁產(chǎn)生滲透壓力，加快腐蝕進(jìn)程；負(fù)壓運(yùn)行時(shí)，煙氣滲透和腐蝕速度將大為減緩。
2.3.4 煙囪結(jié)構(gòu)材料選用與腐蝕性的說(shuō)明
從對(duì)煙氣的抗?jié)B防腐考慮，煙囪內(nèi)筒應(yīng)選用閉性好，整體性強(qiáng)，自重輕和無(wú)連接接頭的鋼內(nèi)筒。磚砌內(nèi)筒由于其分段支承處的接縫及形成砌體后的磚縫抗?jié)B密閉性和整體性較差的原故，都不可避免地存在滲透和腐蝕的問(wèn)題，存在檢修和維護(hù)、甚至內(nèi)筒更換的問(wèn)題，而這不但導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的停運(yùn)，而且內(nèi)筒更換的施工也相當(dāng)繁瑣和復(fù)雜。
對(duì)于內(nèi)筒密閉性的要求，我們只要將內(nèi)筒視作一根流淌結(jié)露的腐蝕性水液管道就不難理解了。目前條件下，鋼內(nèi)筒是一種合適的選擇，鋼內(nèi)筒的內(nèi)壁都須進(jìn)行防腐處理；有煙氣加熱系統(tǒng)GGH時(shí)，內(nèi)壁可設(shè)耐酸砂漿防護(hù)層，無(wú)煙氣加熱系統(tǒng)GGH時(shí)，按照國(guó)外的作法其內(nèi)壁考慮耐腐蝕金屬面層或玻璃磚貼面層，也就是我們常說(shuō)的鈦鋼復(fù)合板和泡沫玻璃磚。
關(guān)于經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)幾個(gè)工程的比較和實(shí)踐，取消煙氣加熱系統(tǒng)GGH后采用鈦鋼復(fù)合板或泡沫玻璃磚的煙囪投資均較取消前的煙囪和GGH投資的總和要少幾百萬(wàn)～幾千萬(wàn)。單純進(jìn)行取消GGH前和取消GGH后煙囪的投資比較是不完整的，因?yàn)槿∠?/span>GGH后，煙囪結(jié)露的腐蝕性水液排放量增加和腐蝕性增強(qiáng)，腐蝕對(duì)煙囪的安全運(yùn)行至關(guān)重要。
2.4 濕法脫硫煙囪防腐設(shè)計(jì)的工程實(shí)例和學(xué)術(shù)交流說(shuō)明
2.4.1 采用鈦鋼材濕法脫硫煙囪的工程實(shí)例
我院于2003年年初在江蘇省常熟市為華潤(rùn)電力常熟第二發(fā)電廠設(shè)計(jì)的3×600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫島招標(biāo)中，由于GGH運(yùn)行的溫度要求在發(fā)電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行、機(jī)組開啟和關(guān)停狀況下難以保證，最后業(yè)主舍棄煙氣加熱系統(tǒng)（GGH）方案，而改用三管煙囪的鋼內(nèi)筒采用普通Q235B鋼板與1.2 mm厚鈦板復(fù)合而成的復(fù)合板方案。通過(guò)施工招標(biāo)，整個(gè)一座240米高復(fù)合鋼內(nèi)筒三管煙囪的費(fèi)用與省下的三套GGH設(shè)備費(fèi)用相當(dāng)；而省下的GGH運(yùn)行費(fèi)用、每年的檢修維護(hù)費(fèi)用和爐后場(chǎng)地布置更是可觀，經(jīng)濟(jì)性價(jià)比較好。
臺(tái)塑集團(tuán)在福建省漳州后石電廠投資建設(shè)6臺(tái)600MW級(jí)燃煤發(fā)電機(jī)組，由于建有脫硫裝置，煙囪設(shè)計(jì)咨詢單位—日本三菱公司要求在二座鋼內(nèi)筒多管式煙囪的鋼內(nèi)筒內(nèi)表面，都須掛貼1.6毫米的鈦鈑或鎳鈑用于抗稀酸液腐蝕，由此使單座煙囪總投資達(dá)8000余萬(wàn)元。我國(guó)參加投標(biāo)的單位，曾建議改用價(jià)格較為便宜，但仍含有鎳、鈦成分的美國(guó)A-316L特殊鋼材，未獲三菱公司的同意，只能按掛貼鈦鈑的方案投標(biāo)。
2.4.2 采用泡沫玻璃磚濕法脫硫煙囪的工程實(shí)例
2003年末，我院在山西霍州第二發(fā)電廠一期工程2×300MW燃煤發(fā)電廠210米鋼內(nèi)筒套筒式煙囪設(shè)計(jì)中，應(yīng)業(yè)主的要求在不設(shè)煙氣加熱系統(tǒng)（GGH）條件下，鋼內(nèi)筒內(nèi)側(cè)面加設(shè)了一層美國(guó)賓高得泡沫玻璃磚防腐層（51毫米厚）。
國(guó)際工業(yè)煙囪協(xié)會(huì)（CICIND）的標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有這種防腐設(shè)計(jì)方案的專門說(shuō)明，但國(guó)外有它的工程實(shí)踐。
2.4.3 脫硫煙囪防腐設(shè)計(jì)的學(xué)術(shù)交流
2000年年初，電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院組織部分電力設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)人員與專程從意大利趕來(lái)的哈蒙公司煙囪設(shè)計(jì)專家、國(guó)際工業(yè)煙囪學(xué)會(huì)理事史密斯先生進(jìn)行了煙囪設(shè)計(jì)技術(shù)交流。在那次交流中，史密斯先生也認(rèn)為取消煙氣加熱系統(tǒng)（GGH）后采用鈦材面層的脫硫煙囪煙氣防腐蝕措施在國(guó)際上早有先例，并寫入國(guó)際煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中。
3 結(jié)束語(yǔ)
對(duì)我們來(lái)說(shuō)，不設(shè)煙氣加熱系統(tǒng)GGH的濕法脫硫煙囪防腐設(shè)計(jì)是一個(gè)新課題，在國(guó)內(nèi)沒(méi)有試驗(yàn)和檢測(cè)數(shù)據(jù)支持、并形成一套成熟的設(shè)計(jì)方案之前，參照國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)和工程實(shí)踐進(jìn)行設(shè)計(jì)無(wú)疑是安全的和可靠的。
由于煙囪內(nèi)筒結(jié)構(gòu)的特殊性，煙囪的運(yùn)行應(yīng)考慮長(zhǎng)期和穩(wěn)定，不希望中途由于腐蝕嚴(yán)重而進(jìn)行更換（施工難度大）。因此，從長(zhǎng)期運(yùn)行安全的角度考慮，取消煙氣加熱系統(tǒng)后，煙囪內(nèi)筒采用鈦鋼復(fù)合板這種抗?jié)B防腐和耐久的材料是一種理性的選擇，經(jīng)濟(jì)比較也是合理的。
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