烟囱脱硫防腐 简谈：湿法脱硫后烟囱内防腐设计方案

由于选材标准与投资增长的密切关系，湿法脱硫烟囱，尤其是GGH无烟气加热系统烟囱的防腐设计越来越受到设计者和投资者的关注。结合对湿法脱硫烟囱腐蚀性的认识，从以下几个方面谈谈自己的看法，与大家交流，共同推广湿法脱硫烟囱防腐设计的理想方案。

1烟囱设计标准说明

近年来，随着国家环保标准的逐步提高和公众环保意识的增强，我国新建火电厂项目需要烟气脱硫。但在我国，烟气脱硫处理还处于起步阶段，完全按照烟气脱硫处理方式建成投产运行的火电厂项目很少，且多为新建项目，运行时间较短。因此，烟气脱硫后烟囱腐蚀的调查研究数据较少，经验有限。我国和电力行业现行的烟囱设计标准中，对脱硫处理后的烟囱防腐设计没有具体规定，只是从烟气的腐蚀等级要求烟囱防腐设计。鉴于国内对脱硫烟囱腐蚀的研究和调查资料缺乏，很难对脱硫后烟气的腐蚀机理和防腐措施的效果做出明确的判断。因此，在不成熟的情况下，规范中不包括脱硫烟囱的防腐设计要求。国内电力设计院主要根据自己的经验和参考资料进行设计。

江苏昊久高/建筑防腐有限公司设计院在编制国家标准《烟囱设计规范》GB50051-2002和编制电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》过程中，收集了部分国外烟囱设计标准和资料。其中，脱硫烟囱的设计和施工实践是我国脱硫烟囱工程实践和防腐设计的主要参考标准。这一方面是对国内脱硫烟囱数据不足的补充，另一方面也为我们今后修订国家烟囱设计标准和行业设计标准提供了参考依据和工程实践。

2脱硫烟气的特性和腐蚀性

2.1脱硫烟气的特性

通常情况下，未经GGH烟气加热系统湿法脱硫处理的烟气水分含量高、湿度大、温度低，烟气存在充分冷凝现象。对于一台600MW机组，烟气中的水和气体冷凝后形成的腐蚀性水和液体的理论计算量约为40~50吨/小时，主要取决于烟囱的内侧壁，向下流到专用排水口排入脱硫系统的废液池。脱硫处理后的烟气一般含有氟化氢、氯化物等强腐蚀性物质，属于低温高湿稀酸腐蚀条件，腐蚀强度高，渗透性强，难以防止。

根据与脱硫工艺设计人员的了解，湿法脱硫工艺对烟气中SO2的去除率较高，但对造成烟气腐蚀的主要成分SO3的去除率不高，约为20%。因此，烟气脱硫后，对烟囱的腐蚀隐患并未消除；相反，脱硫后的烟气环境可能会进一步加剧腐蚀情况。

由于国内脱硫烟囱历史较短，很少有专门的腐蚀调查数据和经验，国内烟囱设计标准也没有明确规定脱硫烟囱的防腐设计。因此，对于脱硫后烟气对烟囱结构腐蚀性的分析，主要参考国外的数据和实践。国际工业烟囱委员会在其《钢烟囱标准规范》中阐述了脱硫后的烟气腐蚀性能:烟气冷凝液中氯化物或氟化物的存在会大大提高腐蚀程度。烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气通常被视为高腐蚀等级。根据SO3含量确定含硫氧化物烟气的腐蚀等级。烟气中的氯离子遇到水蒸气形成氯酸盐，结合温度约为60℃。当低于氯酸盐的露点温度时，会发生严重的腐蚀，甚至少量氯化物的组合也会造成严重的腐蚀。

2.2脱硫烟气的腐蚀性

根据江苏昊久高空建筑防腐有限公司和“CICIND”的设计标准，虽然燃煤电厂脱硫过程中已脱除了大部分的氧化硫，但脱硫后烟气湿度通常较高，温度很低，烟气中单位体积的稀硫酸含量也相应增加。因此，位于脱硫系统下游的烟囱烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性烟气等级，因此烟囱结构的安全设计应根据强腐蚀性烟气来考虑。

2.3脱硫烟气的腐蚀性对烟囱设计方案的影响

2.3.1国内烟囱设计标准中腐蚀性烟气对烟囱设计方案的描述

根据国家标准《烟囱设计规范》GB50051-2002第10.2.2条和电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规程》DL5022-93第7.4.4条的要求，排放强腐蚀性烟气时，宜采用多管或套筒式烟囱结构型式，即将承重钢筋混凝土外筒与排烟内筒分开，使外筒受力结构。

电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规程》DL5022-93第7.1.2条也要求600MW机组采用一炉一烟囱的方案。

2.3.2国外烟囱设计数据说明

从目前已知的国外烟囱资料来看，火电厂的烟囱基本都是套管式或多管烟囱，以钢质内管多管烟囱为主，单管烟囱很少见到。我们认为这可能是因为伸缩式或多管式烟囱有检修维护室空，一旦需要，排烟内筒可以立即进行维护加固；但单管烟囱一旦建成投产，内部很难修复和维护。

对于套筒式或多管式烟囱，排烟内筒的结构材料一般有两种:钢制内筒结构和砖制内筒结构；从材料的抗渗性和密封性来看，钢内管优于砖内管，但经济性较差。对于钢制内管结构，在湿法烟气脱硫的情况下，国际工业烟囱协会在其“钢制烟囱模型规范”中建议使用普通碳钢板在其内侧添加非常薄的合金板或钛板。对于砖内管结构，是从萨金特&朗迪的设计资料中引进的，英国公司为广东沙角C厂设计的240米高的烟囱图纸都对砖和水泥提出了很高的要求，即采用硅酸钾耐酸水泥建造专用耐酸缸砖，一般分两层布置，接头交错，一层封闭。砖的主要目的是防止烟气渗透引起的冷凝腐蚀，对包裹在烟囱外的保温材料的性能产生不利影响。

2.3.3烟温、工作压力和腐蚀性的描述

2.3.3.1烟的温度和腐蚀性

脱硫后，烟气温度一般在40℃-50℃之间，湿度很高且饱和。根据烟气的上述特性，它低于烟气的冷凝温度，在潮湿环境下，烟气容易冷冷凝，产生腐蚀性的水-液液体。在一般湿法烟气脱硫处理中，增加烟气加热系统，提高脱硫处理后排放的烟气温度，以减缓烟气冷冷凝产生的腐蚀性水-液。从理论上讲，使用GGH有助于减缓烟气的腐蚀，但诱发腐蚀的因素，如烟气的湿度和水分，仍然存在。此外，GGH能否满足运行温度的要求，尤其是在低负荷运行、机组启停等不利工况下，值得关注和重视。

在烟气温度低、湿度大的情况下，烟囱内的抽烟力减小，影响烟气流量、烟气提升高度和烟气扩散效果，给符合环保要求的烟气排放带来不利因素。

2.3.3.2运行压力和烟气腐蚀性

烟气的操作压力与烟气的温度和烟囱结构密切相关。如果烟气温度低，作用在上面的抽吸力小，流速低，容易导致烟气积聚，对排烟管内壁产生压力。

锥形烟囱中的烟气基本处于正压状态，而等直径的圆柱形烟囱处于负压状态。烟气在正压下运行时，容易在烟气排气管壁上产生渗透压，加速腐蚀过程；在负压下运行时，烟气的渗透和腐蚀速度会大大减慢。

2.3.4烟囱结构材料的选择和腐蚀性说明

考虑到烟气的防渗防腐，烟囱内筒应选用封闭性好、整体性强、自重轻、无连接接头的钢制内筒。由于节段支撑处的接缝和砌体成型后的砖缝的抗渗性、密封性和整体性差，砖内筒不可避免地存在渗透和腐蚀的问题，以及检修和维护的问题，甚至更换内筒的问题，这不仅导致发电机组停机，而且更换内筒的施工也相当复杂。

只要我们把内筒看成是一个流动冷凝的腐蚀性的水-液管道，就不难理解内筒的密封性要求。目前钢制内筒是比较合适的选择，钢制内筒内壁必须进行防腐处理；当有烟气加热系统GGH时，内壁可设置耐酸砂浆保护层；当GGH没有烟气加热系统时，根据国外的做法，内壁应视为耐腐蚀的金属面层或玻璃砖面层，通常称为钛钢复合板和泡沫玻璃砖。

经济方面，通过几个项目的比较和实践，取消烟气加热系统GGH后，采用钛钢复合板或泡沫玻璃砖的烟囱投资比取消前烟囱和GGH的投资总和少几百万到几千万。单纯比较取消GGH前后的烟囱投资是不全面的，因为取消GGH后，烟囱排放的腐蚀性水和冷凝液增加，腐蚀性增加，腐蚀对烟囱的安全运行至关重要。

2.4湿法脱硫烟囱防腐设计工程实例及学术交流说明

2.4.1钛钢湿法脱硫烟囱工程实例

江苏昊久高空建筑防腐有限公司于2003年初在江苏省常熟市设计了3×600MW超临界燃煤发电机组脱硫岛。由于GGH运行的温度要求在低负荷运行、机组启停条件下难以保证，业主最终放弃了烟气加热系统的方案，用普通Q235B钢板和1。通过施工招标，一座240米高的复合钢内管三管烟囱的造价相当于省下三套GGH设备的费用；但节省的GGH运行费用、年度维护费用和炉后场地布置都是相当可观的，性价比更好。

台塑集团在福建漳州后石电厂投资建设6台600兆瓦燃煤发电机组。由于脱硫装置的原因，烟囱设计咨询单位日本三菱公司要求在两个带钢制内管的多管式烟囱的钢制内管内表面挂1.6 mm钛板或镍板，以抵抗稀酸溶液的腐蚀，从而使单个烟囱的总投资达到8000多万元。我国参与投标的单位已建议改用美国的A-316L特殊钢，价格较低，但仍含有镍和钛。未经三菱公司同意，他们只能按照挂贴钛板的方案投标。

2.4.2泡沫玻璃砖湿法脱硫烟囱工程实例

2003年底，在山西霍州第二发电厂一期工程2×300MW燃煤电厂210m钢内管套烟囱设计中，应业主要求，在钢内管内侧增加了一层美国宾果泡沫玻璃砖防腐层，无GGH。

这种防腐设计方案在CICIND标准中没有专门的描述，但在国外有其工程实践。

2.4.3脱硫烟囱防腐设计学术交流

2000年初，电力规划设计总院组织电力设计院部分设计人员与哈蒙公司烟囱设计专家、国际工业烟囱学会理事史密斯先生交流烟囱设计技术。在那次交流中，史密斯先生还认为，GGH废除后，钛表面脱硫烟囱的烟气防腐措施在世界上是有先例的，并写入了国际烟囱设计标准。

3结束语

对于江苏昊久高空建筑防腐有限公司来说，GGH无烟气加热系统湿法烟气脱硫烟囱的防腐设计是一个新课题。在国内没有试验和试验数据支持，没有形成成熟的设计方案之前，参考国外标准和工程实践进行设计是安全可靠的。

由于烟囱内管结构的特殊性，应考虑烟囱长期稳定运行，中间腐蚀严重不宜更换。因此，江苏昊久高空建筑防腐有限公司认为取消烟气加热系统后，采用钛钢复合板作为烟囱内管的防渗防腐耐用材料，是一种合理的选择和合理的经济比较。