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【摘要】 经过湿法脱硫的烟气，温度低且潮，易产生酸性腐蚀。本文介绍烟气腐蚀的机理，针对目前烟囱的選型及防腐材料的适用条件进行探讨，通过工程实例，对常用的防腐材料进行技术经济分析比较，从而得到较为经济适用的烟囱防腐设计方案
【关键词】湿法脱硫 湿烟囱 强腐蚀 防腐材料
1 引言
为减少烟气排放对大气环境的污染，国家环保总局规定燃煤火力发电厂烟气排放需配套建设脱硫设施，烟气脱硫后的温度，成分，运行工况均与脱硫前有很大区别。这种减排前提下，烟囱的设计选型和防腐处理也将有很大的变化。
脱硫后烟气的腐蚀特点及机理
2.1烟气温度特点
目前国家烟气脱硫工艺有湿法脱硫、干法脱硫、半干湿法脱硫、循环硫化床脱硫等多种脱硫工艺。其中石膏-石灰石湿法脱硫工艺因为技术成熟，脱硫效率高而被广泛采用[1]。火电厂锅炉直接排放到烟囱的高温烟气温度一般为130oC~160oC，称为“干烟囱”，烟气经过湿法脱硫吸收塔洗涤后一般温度为40oC~50oC；而经过烟气加热装置（GGH）增温后，烟气可达70oC~80oC，称为“湿烟囱”[2]。
2.2烟气腐蚀特点及机理
对于“干烟囱”，由于内壁处于干燥状态，烟气对烟囱内壁材料不产生直接腐蚀。
对于“湿烟囱”，脱硫后的烟气通常在50oC~80oC，烟气在烟囱口排放时，易凝结在内壁上，形成酸液，沿内壁下流过，部分又被蒸发，造成内壁凝结液中酸浓度逐渐增大，由于烟气流动，腐蚀环境呈现为动态，腐蚀介质随时更新，对钢，水泥等材料产生极为迅速的腐蚀破坏[1]。以钢材为例，湿烟气在40oC~80oC的温度环境下其腐蚀速度比其它温度下高出3~8倍[3]。
3 烟囱设计选型
3.1烟囱的结构选型
由于传统的单筒式烟囱不能确保内衬和保温层的致密，易产生裂缝和缝隙，脱硫后的烟气在内壁形成酸结露，沿着缝隙向钢筋混凝土筒壁进行渗透，这种腐蚀很难被发现和检测，对烟囱的安全运行是潜在的危险隐患。故脱硫后的烟气，应该按强腐蚀烟气来考虑，“湿烟囱”宜选用多管式或套筒式[3]，即承重外筒与排烟筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触，排烟内筒采用耐酸防腐措施，如图1所示。
3.2内筒防腐材料的选择
烟囱通常设置脱硫旁路系统，存在脱硫系统运行，脱硫系统停运，短时锅炉事故等几种状况，筒内环境在干燥-潮湿-干燥状况下交替变化，这与不设脱硫旁路系统，烟囱单工况运行有很大区别[3]。故烟囱防腐材料的选择除考虑烟囱的主要运行工况外，还须考虑适应其它运行工况，以及工况变化时温度交替变化对防腐材料性能的影响。国内电力行业常采用以下几种防腐材料：
1.内衬金属合金薄板（钛板）
合金薄板的厚度一般为1~1.2mm。采用爆炸复合、爆炸-轧制复合、直接轧制等工艺加工，将耐腐蚀效果极好的钛、镍金属与钢板结合成钛、镍-钢复合板，该材料防腐效果及耐久性好，但焊接技术要求高，工程造价高。目前，国内排放低温脱硫烟气（40oC~50oC）的钢排烟筒采用金属复合钛板的工程实例有，华能玉环电厂4x1000MW烟囱、山西王曲2x600MW烟囱等。
2.VEGE鳞片复合材料（玻璃鳞片）
该复合材料在耐腐蚀性，抗渗透性，耐温（热冲击）性均有良好表现，且耐磨[4]。使用寿命一般在15年左右[5]，适用在烟气温度不大于200 oC的工作环境。多用于脱硫吸收塔，水平烟道，对于垂直排烟筒的工程实例仅限于钢结构排烟筒。
3.发泡玻璃砖
由无机材料硼硅玻璃经发泡后形成，采用专用粘接剂粘贴在钢质排烟筒内侧。该材料具有轻质，耐高温，耐腐蚀，低导热性等特点，形成隔离层密闭性能好，结构安全性高，运行期间维护费用低。Henkel防腐玻璃砖，品质好，造价高[3]，国内也有多个发泡玻璃砖和粘接剂的品种。山西霍州电厂，江苏利港电厂的烟囱均采用了此类防腐措施。
4.玻化陶瓷砖
长期抗酸，耐各种浓缩酸，包括氯化物在内的各种废气冷凝液，对烟气温度变化适应能力强，可适用于200oC~450oC温度，以及干湿交替变化环境[3]。
该防腐材料可作为内衬，粘贴于钢排烟筒内壁，也可直接作为烟囱内套筒-排烟筒的砌筑主材，无需设置钢筒，以降低烟囱造价。北仑电厂三期选用了此项防腐材料的措施。
5.BSJ-Y型整体耐酸浇注料
该浇注料耐酸、耐热、重量轻、强度高，整体浇注可消除形成烟气腐蚀的薄弱环节、有效地提高防腐隔热性能、抑制裂缝及其扩展。但该材料固化过程中存在很大的收缩，应采用合理的施工方案，并设置防开裂的施工切缝及相应的密封措施[2]。
4注意事项
烟囱的防腐材料多种多样，但各有适用范围，应根据烟囱可能存在的运行工况，来选择适用的防腐材料，并采用合理的施工方案。
例如，当介质温度高于100 oC时，不应选用密实型水玻璃类防腐材料，其中耐酸胶泥就属于这一类材料。电厂实际运行中，由于脱硫系统运行的稳定性等原因，会在脱硫和旁路系统两种工况下切换，使得烟囱的使用环境在50oC 饱和稀硫酸环境和超过130 oC 旁路干燥烟气环境之间变换，这就决定了：在目前国内的脱硫装置运行现状下，烟囱并非单工况运行，烟囱内防腐材料不能选用耐酸胶泥类材料[2]。
不仅如此，防腐材料市场鱼龙混杂，以次充好的实例屡见不鲜，除选择适用的产品同时，还需对产品质量严格把关。
例如，美国Henkel防腐玻璃砖，造价高，考虑经济因素，电厂业主通常选用国产玻璃砖产品，但很多国产发泡玻璃砖的材质和粘接剂不过关，贴牌生产情况很多，产品质量难有保证，防腐的隐患不言而喻[2]。
因此，选择防腐材料时，应对产品做综合全面的考察，不应一味追求经济因素而忽视了产品质量问题。
5工程实例
以某电厂2x600MW燃煤机组一座钢内筒直径6m，高240m的套筒式烟囱为例，就筒内衬采用复合钛板，Henkel玻璃砖，玻化陶瓷砖，玻璃鳞片等4种防腐方案分别进行了技术性能和经济性的比较，如表1及图2所示。
通过图2可以看出，在其它构件造价一定的情况下（如混凝土外筒，钢内筒，钢梯平台等），防腐方案的费用直接影响到烟囱的造价。钢筒内衬复合钛板投资较高，其烟囱造价也明显偏高，而筒内衬玻化陶瓷砖费用最低，故烟囱造价也最低。结合表1和图2，从安全可靠，经济适用的角度进行比较分析，可知：内衬防腐采用玻化陶瓷砖的方案值得推荐，采用Henkel玻璃砖或玻璃鳞片，也是不错的选择；至于复合钛板，尽管耐腐蚀效果好，但价格昂贵，投入成本较高。
值得一提的是，玻化陶瓷砖除可做钢排烟筒内衬之外，单独砌筑形成内筒，省去钢排烟筒费用，降低烟囱造价。
6结语
燃煤电厂通过湿法脱硫的方式来减少烟气对大气的污染。由于烟气温度较低，形成“湿烟囱”，烟气腐蚀严重，故烟囱内壁防腐方案设计十分重要。鉴于烟囱的多种运行工况，复合钛板，Henkel玻璃砖，玻化陶瓷砖，玻璃鳞片等防腐材料常应用于电力系统烟囱和烟道中。其中，玻化陶瓷砖因经济适用，性价比高，应用广泛。随着新材料，新工艺，新技术的采用，烟气防腐的研究将会不断发展，烟囱防腐方案也将推陈出新。
注：文章内的图表及公式请到PDF格式下查看
【关键词】湿法脱硫 湿烟囱 强腐蚀 防腐材料
1 引言
为减少烟气排放对大气环境的污染，国家环保总局规定燃煤火力发电厂烟气排放需配套建设脱硫设施，烟气脱硫后的温度，成分，运行工况均与脱硫前有很大区别。这种减排前提下，烟囱的设计选型和防腐处理也将有很大的变化。
脱硫后烟气的腐蚀特点及机理
2.1烟气温度特点
目前国家烟气脱硫工艺有湿法脱硫、干法脱硫、半干湿法脱硫、循环硫化床脱硫等多种脱硫工艺。其中石膏-石灰石湿法脱硫工艺因为技术成熟，脱硫效率高而被广泛采用[1]。火电厂锅炉直接排放到烟囱的高温烟气温度一般为130oC~160oC，称为“干烟囱”，烟气经过湿法脱硫吸收塔洗涤后一般温度为40oC~50oC；而经过烟气加热装置（GGH）增温后，烟气可达70oC~80oC，称为“湿烟囱”[2]。
2.2烟气腐蚀特点及机理
对于“干烟囱”，由于内壁处于干燥状态，烟气对烟囱内壁材料不产生直接腐蚀。
对于“湿烟囱”，脱硫后的烟气通常在50oC~80oC，烟气在烟囱口排放时，易凝结在内壁上，形成酸液，沿内壁下流过，部分又被蒸发，造成内壁凝结液中酸浓度逐渐增大，由于烟气流动，腐蚀环境呈现为动态，腐蚀介质随时更新，对钢，水泥等材料产生极为迅速的腐蚀破坏[1]。以钢材为例，湿烟气在40oC~80oC的温度环境下其腐蚀速度比其它温度下高出3~8倍[3]。
3 烟囱设计选型
3.1烟囱的结构选型
由于传统的单筒式烟囱不能确保内衬和保温层的致密，易产生裂缝和缝隙，脱硫后的烟气在内壁形成酸结露，沿着缝隙向钢筋混凝土筒壁进行渗透，这种腐蚀很难被发现和检测，对烟囱的安全运行是潜在的危险隐患。故脱硫后的烟气，应该按强腐蚀烟气来考虑，“湿烟囱”宜选用多管式或套筒式[3]，即承重外筒与排烟筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触，排烟内筒采用耐酸防腐措施，如图1所示。
3.2内筒防腐材料的选择
烟囱通常设置脱硫旁路系统，存在脱硫系统运行，脱硫系统停运，短时锅炉事故等几种状况，筒内环境在干燥-潮湿-干燥状况下交替变化，这与不设脱硫旁路系统，烟囱单工况运行有很大区别[3]。故烟囱防腐材料的选择除考虑烟囱的主要运行工况外，还须考虑适应其它运行工况，以及工况变化时温度交替变化对防腐材料性能的影响。国内电力行业常采用以下几种防腐材料：
1.内衬金属合金薄板（钛板）
合金薄板的厚度一般为1~1.2mm。采用爆炸复合、爆炸-轧制复合、直接轧制等工艺加工，将耐腐蚀效果极好的钛、镍金属与钢板结合成钛、镍-钢复合板，该材料防腐效果及耐久性好，但焊接技术要求高，工程造价高。目前，国内排放低温脱硫烟气（40oC~50oC）的钢排烟筒采用金属复合钛板的工程实例有，华能玉环电厂4x1000MW烟囱、山西王曲2x600MW烟囱等。
2.VEGE鳞片复合材料（玻璃鳞片）
该复合材料在耐腐蚀性，抗渗透性，耐温（热冲击）性均有良好表现，且耐磨[4]。使用寿命一般在15年左右[5]，适用在烟气温度不大于200 oC的工作环境。多用于脱硫吸收塔，水平烟道，对于垂直排烟筒的工程实例仅限于钢结构排烟筒。
3.发泡玻璃砖
由无机材料硼硅玻璃经发泡后形成，采用专用粘接剂粘贴在钢质排烟筒内侧。该材料具有轻质，耐高温，耐腐蚀，低导热性等特点，形成隔离层密闭性能好，结构安全性高，运行期间维护费用低。Henkel防腐玻璃砖，品质好，造价高[3]，国内也有多个发泡玻璃砖和粘接剂的品种。山西霍州电厂，江苏利港电厂的烟囱均采用了此类防腐措施。
4.玻化陶瓷砖
长期抗酸，耐各种浓缩酸，包括氯化物在内的各种废气冷凝液，对烟气温度变化适应能力强，可适用于200oC~450oC温度，以及干湿交替变化环境[3]。
该防腐材料可作为内衬，粘贴于钢排烟筒内壁，也可直接作为烟囱内套筒-排烟筒的砌筑主材，无需设置钢筒，以降低烟囱造价。北仑电厂三期选用了此项防腐材料的措施。
5.BSJ-Y型整体耐酸浇注料
该浇注料耐酸、耐热、重量轻、强度高，整体浇注可消除形成烟气腐蚀的薄弱环节、有效地提高防腐隔热性能、抑制裂缝及其扩展。但该材料固化过程中存在很大的收缩，应采用合理的施工方案，并设置防开裂的施工切缝及相应的密封措施[2]。
4注意事项
烟囱的防腐材料多种多样，但各有适用范围，应根据烟囱可能存在的运行工况，来选择适用的防腐材料，并采用合理的施工方案。
例如，当介质温度高于100 oC时，不应选用密实型水玻璃类防腐材料，其中耐酸胶泥就属于这一类材料。电厂实际运行中，由于脱硫系统运行的稳定性等原因，会在脱硫和旁路系统两种工况下切换，使得烟囱的使用环境在50oC 饱和稀硫酸环境和超过130 oC 旁路干燥烟气环境之间变换，这就决定了：在目前国内的脱硫装置运行现状下，烟囱并非单工况运行，烟囱内防腐材料不能选用耐酸胶泥类材料[2]。
不仅如此，防腐材料市场鱼龙混杂，以次充好的实例屡见不鲜，除选择适用的产品同时，还需对产品质量严格把关。
例如，美国Henkel防腐玻璃砖，造价高，考虑经济因素，电厂业主通常选用国产玻璃砖产品，但很多国产发泡玻璃砖的材质和粘接剂不过关，贴牌生产情况很多，产品质量难有保证，防腐的隐患不言而喻[2]。
因此，选择防腐材料时，应对产品做综合全面的考察，不应一味追求经济因素而忽视了产品质量问题。
5工程实例
以某电厂2x600MW燃煤机组一座钢内筒直径6m，高240m的套筒式烟囱为例，就筒内衬采用复合钛板，Henkel玻璃砖，玻化陶瓷砖，玻璃鳞片等4种防腐方案分别进行了技术性能和经济性的比较，如表1及图2所示。
通过图2可以看出，在其它构件造价一定的情况下（如混凝土外筒，钢内筒，钢梯平台等），防腐方案的费用直接影响到烟囱的造价。钢筒内衬复合钛板投资较高，其烟囱造价也明显偏高，而筒内衬玻化陶瓷砖费用最低，故烟囱造价也最低。结合表1和图2，从安全可靠，经济适用的角度进行比较分析，可知：内衬防腐采用玻化陶瓷砖的方案值得推荐，采用Henkel玻璃砖或玻璃鳞片，也是不错的选择；至于复合钛板，尽管耐腐蚀效果好，但价格昂贵，投入成本较高。
值得一提的是，玻化陶瓷砖除可做钢排烟筒内衬之外，单独砌筑形成内筒，省去钢排烟筒费用，降低烟囱造价。
6结语
燃煤电厂通过湿法脱硫的方式来减少烟气对大气的污染。由于烟气温度较低，形成“湿烟囱”，烟气腐蚀严重，故烟囱内壁防腐方案设计十分重要。鉴于烟囱的多种运行工况，复合钛板，Henkel玻璃砖，玻化陶瓷砖，玻璃鳞片等防腐材料常应用于电力系统烟囱和烟道中。其中，玻化陶瓷砖因经济适用，性价比高，应用广泛。随着新材料，新工艺，新技术的采用，烟气防腐的研究将会不断发展，烟囱防腐方案也将推陈出新。
注：文章内的图表及公式请到PDF格式下查看