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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)合對濕法脫硫煙囪腐蝕性的認(rèn)識，我將從以下幾個方面談?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)的說明
近年來，隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高和大眾環(huán)境意識的增強(qiáng)，國內(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，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對煙囪的防腐設(shè)計(jì)進(jìn)行了要求。鑒于目前收集到的國內(nèi)脫硫煙囪腐蝕方面的研究和調(diào)查資料太少，難以對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）的過程中收集了一些國外煙囪設(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)，這一方面是對國內(nèi)脫硫煙囪資料不足的一個補(bǔ)充，另一方面也為我們今后在修編國家煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時提供了一個參考依據(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。對一臺600MW機(jī)組來說，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，它主要依附于煙囪內(nèi)側(cè)壁流下來至專設(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，濕法脫硫工藝對煙氣中的SO2脫除效率很高，但對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，并且國內(nèi)煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對脫硫處理的煙囪防腐設(shè)計(jì)尚無明確說明。因此，對于脫硫后煙氣對煙囪結(jié)構(gòu)的腐蝕性分析我們主要是借鑒國外的資料和做法。國際工業(yè)煙囪協(xié)會（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）中對脫硫后的煙氣腐蝕性能（煙氣腐蝕性能對其它類型煙囪同樣適用）有這樣的說明：（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（化學(xué)荷載）。（3）確定含有硫磺氧化物的煙氣腐蝕等級（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，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，即使是化合中很少量的氯化物也會造成嚴(yán)重腐蝕。
2.2 脫硫煙氣的腐蝕性
按照“國際工業(yè)煙囪協(xié)會（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，即強(qiáng)腐蝕性煙氣等級，因而煙囪應(yīng)按強(qiáng)腐蝕性煙氣來考慮煙囪結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)。
2.3 脫硫煙氣的腐蝕性對煙囪設(shè)計(jì)方案的影響
2.3.1 國內(nèi)煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于腐蝕性煙氣對煙囪設(shè)計(jì)方案的說明
按照國家標(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，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)組宜采用一臺爐配一座煙囪（一根排煙管）方案。
2.3.2 國外煙囪設(shè)計(jì)資料說明
從目前了解的國外煙囪資料看，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)，便很難再對它進(jìn)行內(nèi)部的檢修和維護(hù)。
對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密閉性來看，鋼內(nèi)筒優(yōu)于磚砌內(nèi)筒，但經(jīng)濟(jì)性差些（限于國內(nèi)條件）。對于鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，在煙氣濕法脫硫（無GGH裝置）的情況下，國際工業(yè)煙囪協(xié)會（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。對于磚砌內(nèi)筒結(jié)構(gòu)（加設(shè)GGH裝置），從美國薩金倫迪（SARGENT & LUNDY）公司設(shè)計(jì)資料和英國公司為廣東沙角C廠設(shè)計(jì)的240米高煙囪圖紙看，都對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排煙筒外包裹的保溫隔熱材料性能帶來不利影響。
2.3.3 煙氣溫（濕）度和運(yùn)行壓力與腐蝕性的說明
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，易對排煙筒壁產(chǎn)生滲透壓力，加快腐蝕進(jìn)程；負(fù)壓運(yùn)行時，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明
從對煙氣的抗?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題，存在檢修和維護(hù)、甚至內(nèi)筒更換的問題，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，內(nèi)壁可設(shè)耐酸砂漿防護(hù)層，無煙氣加熱系統(tǒng)GGH時，按照國外的作法其內(nèi)壁考慮耐腐蝕金屬面層或玻璃磚貼面層，也就是我們常說的鈦鋼復(fù)合板和泡沫玻璃磚。
關(guān)于經(jīng)濟(jì)性，通過幾個工程的比較和實(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～幾千萬。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。通過施工招標(biāo)，整個一座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)用和爐后場地布置更是可觀，經(jīng)濟(jì)性價比較好。
臺塑集團(tuán)在福建省漳州后石電廠投資建設(shè)6臺600MW級燃煤發(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余萬元。我國參加投標(biāo)的單位，曾建議改用價格較為便宜，但仍含有鎳、鈦成分的美國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)了一層美國賓高得泡沫玻璃磚防腐層（51毫米厚）。
國際工業(yè)煙囪協(xié)會（CICIND）的標(biāo)準(zhǔn)中沒有這種防腐設(shè)計(jì)方案的專門說明，但國外有它的工程實(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的哈蒙公司煙囪設(shè)計(jì)專家、國際工業(yè)煙囪學(xué)會理事史密斯先生進(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際上早有先例，并寫入國際煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中。
3 結(jié)束語
對我們來說，不設(shè)煙氣加熱系統(tǒng)GGH的濕法脫硫煙囪防腐設(shè)計(jì)是一個新課題，在國內(nèi)沒有試驗(yàn)和檢測數(shù)據(jù)支持、并形成一套成熟的設(shè)計(jì)方案之前，參照國外的標(biāo)準(zhǔn)和工程實(shí)踐進(jìn)行設(shè)計(jì)無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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