一種單筒結(jié)構(gòu)煙囪在濕法脫硫后強(qiáng)腐蝕煙氣中的防腐應(yīng)用

黎志卿

摘要：根據(jù)近十五年來，濕煙囪防腐的現(xiàn)狀以及賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚防腐系統(tǒng)的應(yīng)用，提出一種基于賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單筒結(jié)構(gòu)煙囪，從施工、成本與防腐壽命等方面論述了此應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和現(xiàn)實(shí)性。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)瓮矡焽?濕法脫硫;強(qiáng)腐蝕性濕煙氣;硼硅酸鹽泡沫玻璃磚防腐系統(tǒng);賓高德

Abstract：according to current anticorrosion status of the wet stacks and the application of the Pennguard borosilicate foam glass block anticorrosion system in the recent 15 years，a single-tube chimney design based on the Pennguard borosilicate foamed glass block lining system is proposed. The advantages and practicality of this application are analyzed in terms of construction，cost and anti-corrosion life.

Key words：single-tube chimney，wet flue gas desulfurization（WFGD），strong corrosive wet flue gas，borosilicate foam glass block anticorrosion system，Pennguard

引言

全球各地的化石燃料發(fā)電站都面臨著越來越大的環(huán)保與經(jīng)濟(jì)壓力，要求它們以最高效率和最低排放運(yùn)行。在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面，2020年建成的電站比2000年、1980年或1960年建成的電站要高效得多。除了這些技術(shù)上的飛躍，現(xiàn)在的煙囪除了內(nèi)部使用不同的結(jié)構(gòu)或防腐材料外，和20年前并沒有本質(zhì)的差異。

許多建于20世紀(jì)電站，都進(jìn)行了再加熱（GGH），以提高了出口煙羽的浮力、使煙囪內(nèi)形成的煙氣冷液量降至最低，以消除白煙現(xiàn)象?！霸偌訜帷笔且豁?xiàng)非常昂貴的技術(shù)，它會(huì)降低發(fā)電站

任何有助減少二氧化碳排放的行為都是值得鼓勵(lì)的，何況二氧化碳的排放直接影響發(fā)電站的效率。

在國(guó)內(nèi)外，根據(jù)多年來積累的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在可以在不運(yùn)行GGH煙氣再加熱的情況下運(yùn)營(yíng)發(fā)電站，同時(shí)避免酸滴的排放。采用濕法脫硫煙囪，而不是在煙氣進(jìn)入煙囪之前對(duì)其進(jìn)行再加熱，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。

不使用再熱設(shè)備（通常是氣體對(duì)氣體加熱器），簡(jiǎn)化了吸收塔周圍的管道系統(tǒng)，電廠的建設(shè)成本得以減少。由于減少了壓力損失、降低了維護(hù)成本，電廠的運(yùn)行成本也得以降低。使用濕式煙囪的重要注意事項(xiàng)是：這些煙囪必須使用可靠的建筑材料與防腐材料、并使用高效的液體收集器以避免煙囪雨。這些材料和系統(tǒng)的額外成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于再熱所節(jié)省的費(fèi)用。

在廣泛采用高效除塵器、煙氣脫硫和脫硝之前，電站排煙屬于干煙氣的工況，發(fā)電站使用高達(dá)210m以上的煙囪以獲得足夠的煙氣擴(kuò)散范圍，用于稀釋污染物。由于干煙氣的腐蝕不被考慮，這種煙囪通常被直接建造成單筒混凝土的形式。脫硫后的濕煙氣，由于其強(qiáng)烈的腐蝕性，排煙內(nèi)筒與結(jié)構(gòu)外筒組合的型式被廣泛休用，在這種型式下，排煙筒的腐蝕對(duì)高聳結(jié)構(gòu)的安全性幾乎不產(chǎn)生影響。

同時(shí)，現(xiàn)代、最先進(jìn)的發(fā)電站的排放非常低，因此，煙道氣流在大片土地上的擴(kuò)散已不再是一個(gè)問題。因此，所需的煙囪高度正在變小。有一些煙囪通常只有150米高，甚至更低。

一、賓高德簡(jiǎn)式煙囪的基本概念

對(duì)于不到200米高的煙囪，使用賓高德簡(jiǎn)式煙囪設(shè)計(jì)：賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)保護(hù)的單筒結(jié)構(gòu)煙囪，單筒結(jié)構(gòu)混凝土單筒、鋼單筒，甚至磚單筒煙備注，可以顯著節(jié)省資金，建造成本比鈦鋼或玻璃鋼排煙內(nèi)筒的煙囪低30%左右。除了降低成本外，施工時(shí)間也減少了5個(gè)月左右。在圖一中，展示了當(dāng)在單筒混凝土煙囪中使用賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)1。

根據(jù)賓高德磚內(nèi)襯防腐、保溫特性設(shè)計(jì)的單筒式煙囪，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1、直接在煙囪內(nèi)表面粘貼賓高德磚內(nèi)襯，

2、不再設(shè)置牛腿與內(nèi)外保溫層;

3、免維護(hù)、防腐壽命30年以上;

4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、施工便捷、占地面積小、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn);

5、磚表面的微觀粗糙結(jié)構(gòu)，能更好的阻滯筒壁冷凝液被煙氣流帶出，有效降低煙囪雨的形成。

二、高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)的性能

賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚采用硼硅酸鹽玻璃經(jīng)粉碎、發(fā)泡、褪火等復(fù)雜工藝生產(chǎn)而成。賓高德?硼硅酸鹽泡沫玻璃磚的每一個(gè)發(fā)泡孔均為密閉的小孔，保證賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚可隔絕酸液、酸氣的滲透，并具有優(yōu)良的隔熱作用。如圖二所示，使用多年后的賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚仍可保持各小孔的密閉性，保持良好的抗?jié)B保溫性能。

賓高德磚優(yōu)異的隔熱性能保護(hù)賓高德膠粘劑層處于低溫狀態(tài)，避免熱沖擊對(duì)膠粘劑層的影響。

賓高德泡沫玻璃磚依靠穩(wěn)定、高彈性的賓高德膠粘劑貼襯在煙囪和煙道內(nèi)表面。賓高德膠粘劑作為系統(tǒng)的隔離層，在基材上形成了完整連續(xù)的高彈性防腐抗?jié)B層，具有耐化學(xué)腐蝕、抗?jié)B透、耐老化、能充分形變等優(yōu)點(diǎn)，從而起到了進(jìn)一步保護(hù)基底的作用。

下表一是漢高公司對(duì)賓高德膠粘劑老化強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果，最后一組數(shù)據(jù)是根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)推算出的結(jié)果。表明賓高德膠粘劑的半衰期壽命為39年。

由于賓高德高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)卓越的防腐性能，能夠有效保護(hù)復(fù)雜工況下的煙囪，使得在單筒煙囪上直接使用賓高德系統(tǒng)成為一種可行的、經(jīng)濟(jì)的方案。

三、賓高德簡(jiǎn)式煙囪的實(shí)際應(yīng)用

1、單筒混凝土煙囪的防腐改造：

燃煤電站濕法脫硫改造后，大量使用澆注料或耐火磚內(nèi)襯的混凝土單筒煙囪面臨防腐改造。在此期間，出現(xiàn)過各種不同的防腐工藝，其中最成功的當(dāng)屬賓高德系統(tǒng)，其成功之處表現(xiàn)為兩點(diǎn)：

其一，經(jīng)賓高德系統(tǒng)改造后的煙囪，至目前未出現(xiàn)因材料與施工導(dǎo)致的防腐失效;

其二，在賓高德系統(tǒng)的案例中，有眾多是其他防腐工藝改造失敗后的再改造，這種再改造的成功取決于優(yōu)良的產(chǎn)品品質(zhì)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，在美國(guó)佛羅里達(dá)州佩里市，一座由混凝土外殼和磚砌內(nèi)筒組成煙囪于1987年進(jìn)行改造，磚內(nèi)筒從煙囪中移除，而賓高德系統(tǒng)則直接粘貼在混凝土煙囪的內(nèi)表面。1994年，對(duì)該應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)在6年的使用過程中，賓高德系統(tǒng)處于良好的狀態(tài)。

在國(guó)內(nèi)，2011年完成防腐改造的太倉某公司單筒凝土煙囪是有著代表性意義的。該煙囪高180米，為兩臺(tái)410t/h煤粉爐與三臺(tái)75t/h垃圾焚燒爐共用。煤粉爐煙氣經(jīng)濕法脫硫，垃垃爐為半干法脫硫。由于垃圾爐經(jīng)常啟停，使得煙氣工況很復(fù)雜，煙氣溫度也常常急劇變化。經(jīng)過10年的運(yùn)行，賓高務(wù)防腐體系遠(yuǎn)好無損，而垃圾爐干煙氣一側(cè)長(zhǎng)200米的煙道，由于采用不同的防腐工藝，腐蝕十分嚴(yán)重，維修過多次，最近有重新建造的計(jì)劃。

2、新建賓高德簡(jiǎn)式煙囪

華能金陵2*1000MW機(jī)組新建的自立式雙鋼筒煙囪，高240米，是目前國(guó)內(nèi)最高的鋼煙囪，使用單筒形式，碳鋼內(nèi)壁加襯賓高德系統(tǒng)。鋼制筒壁最厚處28mm，最薄處14mm。2009年投運(yùn)至今，運(yùn)行良好，示出現(xiàn)防腐失敗現(xiàn)象，沒有任何防腐方面的維修記錄。

240米高的鋼煙囪，防腐系統(tǒng)在濕煙氣條件下需要克服下列問題：

（1）強(qiáng)腐蝕環(huán)境下的防腐抗?jié)B性能：由于鋼鐵的特性，一旦發(fā)生腐蝕滲漏，排煙筒外表面碳鋼層會(huì)被腐蝕，且腐蝕面會(huì)迅速、持續(xù)擴(kuò)大;

（2）基于鋼鐵的延展性能，鋼煙囪會(huì)有一定的擺動(dòng)，對(duì)防腐層將產(chǎn)生不同方向的應(yīng)力。會(huì)引起防腐系統(tǒng)的開裂與脫落;

（3）不同部位的溫度差也會(huì)造成不一樣的體積膨脹，造成對(duì)防腐系統(tǒng)不一樣的壓力，導(dǎo)致防腐系統(tǒng)的開裂、脫落。

賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)由三大主要構(gòu)成：

①賓高德界面劑;

②賓高德聚氨酯瀝青膠;

③賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚。

這三者的相互作用，可以完美解決前面所述的問題：

（1）賓高德界面劑在施工時(shí)對(duì)鋼煙囪內(nèi)表面提供保護(hù)，防止在施工途中，金屬表面生銹;

（2）賓高德聚氨酯瀝青膠在內(nèi)筒表面形成一層連續(xù)的防腐抗?jié)B膜，完全消除酸性冷凝液滲漏的可能。同時(shí)，聚氨酯瀝青膠具有高彈性，磚縫間的膠相當(dāng)于無數(shù)小型伸縮縫，將各種壓力、應(yīng)力消解于無形;

（3）賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚首先是優(yōu)良的防腐抗?jié)B材料，完全耐受濕煙氣條件下的各種化學(xué)腐蝕物質(zhì)。其次，硼硅酸鹽泡沫玻璃磚能承受劇烈的冷熱沖擊，適用于各種工況轉(zhuǎn)換的情況。最后，賓高德?硼硅酸鹽泡沫玻璃磚也是優(yōu)良的保溫材料，作為內(nèi)保溫層，能提供更均一的保溫效果。

下圖中，左邊為巖棉外保溫層的熱成像效果，右邊為賓高德內(nèi)保溫的熱成像效果，賓高德內(nèi)保溫效果更均一、效果更好：

①冷熱不均會(huì)導(dǎo)致材料不同的熱脹冷縮，產(chǎn)生熱應(yīng)力;

②冷熱不均時(shí)，壁冷凝效應(yīng)加大，酸性冷凝液的產(chǎn)生量加大，腐蝕機(jī)率更大。

同時(shí)，在1996年EPRI的《濕煙囪設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中，提及了密歇根中南部的恩迪科特站的鋼煙囪。該煙囪1989年濕法脫硫改造時(shí)使用賓高德系統(tǒng)，1996年《濕煙囪設(shè)計(jì)導(dǎo)則》出版時(shí)，該煙囪運(yùn)行良好。根據(jù)后期的追蹤得知，該煙囪在《濕煙囪設(shè)計(jì)導(dǎo)則》出版不久，經(jīng)歷了一次嚴(yán)重的過火事件，賓高德系統(tǒng)保護(hù)鋼煙囪不受火災(zāi)高溫的傷害，煙囪沒有變形，僅有部分磚體脫落。經(jīng)維修后，真至2016年機(jī)組停運(yùn)，賓高德系統(tǒng)在火災(zāi)后，正常使用了接近20年！

綜上所述，賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)在單筒混凝土與單筒鋼煙囪中均表現(xiàn)出優(yōu)異的防腐性能。特別在鋼煙囪中，經(jīng)受住了更為嚴(yán)柯的考驗(yàn)。

四、賓高德簡(jiǎn)式煙囪的優(yōu)勢(shì)

1、成本優(yōu)勢(shì)

由于單筒煙筒不需要內(nèi)筒，煙囪本身也可以更為細(xì)小，對(duì)比套筒式煙囪而言，成本將大為節(jié)約。同時(shí)，賓高德硼玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)30年免維護(hù)的特性，也將節(jié)約大量的維護(hù)成本，也不會(huì)因?yàn)榉栏Мa(chǎn)生計(jì)劃外停機(jī);

2、施工便捷

筒壁施工完畢可直接粘貼賓高德系統(tǒng)。不需要復(fù)雜的內(nèi)筒結(jié)構(gòu)、支承結(jié)構(gòu)、止晃平臺(tái)等;

3、應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

從目前賓高德單筒煙囪使用案例來看，大至百萬機(jī)組，小至供熱機(jī)組，均可適用。由于賓高德硼玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)30年免維護(hù)的特性，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)組同用一根排煙筒。在賓高德單筒煙囪使用案例中，有多至五臺(tái)機(jī)組共用一根排煙筒的情況，不僅節(jié)約大量成本，也能夠節(jié)約空間，有效利用場(chǎng)地;

五、賓高德簡(jiǎn)式煙囪與煙囪雨

1、煙囪雨與濕煙氣流速的關(guān)系：

根據(jù)EPRI等機(jī)構(gòu)的研究，沉積和冷凝在煙道壁上的液滴被氣流二次帶岀的大直徑液滴，是煙囪雨的主要來源之一。二次帶出的關(guān)鍵因素有二：排煙面材料與煙氣流速。

在假定光滑的表面上，二次帶出與煙氣流速的關(guān)系如下圖所示：

賓高德硼硅酸鹽泡沫玻璃磚因其微觀粗糙的表面，對(duì)冷凝液有更強(qiáng)的吸附作用。故其承受的煙汽流速較光滑表面更高。據(jù)2012年EPRI標(biāo)準(zhǔn)，各種材料的建議煙氣流速如下表：

2、賓高德簡(jiǎn)式煙囪的優(yōu)勢(shì)

依據(jù)上述流速，相同的機(jī)組條件下，賓高德簡(jiǎn)式煙囪可以有更小的排煙出口，這意味著更輕便的設(shè)計(jì)與更節(jié)約的成本、更小的空間;

賓高德簡(jiǎn)式煙囪中，混凝土簡(jiǎn)式煙囪由于是錐形，排煙口以下，由于內(nèi)徑的變大，煙氣流速更小，對(duì)開有成煙囪雨的流速條件而言，完全不存在。

使用賓高德簡(jiǎn)式煙囪，更有利于減速少煙囪雨的形成。

六、綜述

在中國(guó)，目前已有至少數(shù)十座新建的賓高德簡(jiǎn)式煙囪在運(yùn)行中，數(shù)十座經(jīng)賓高德系統(tǒng)防腐改造后的單筒煙囪在運(yùn)行，其中有多座已正常運(yùn)行超過10年以上，說明在選擇合適的防腐系統(tǒng)的情況，煙囪結(jié)構(gòu)并不是決定煙囪防腐效果的決定性因素。

單筒式煙囪選擇合式的防腐方式，如賓高德簡(jiǎn)式煙囪，不論成本、工期、占地、后期維護(hù)均有極大優(yōu)勢(shì)，可同時(shí)運(yùn)行多組機(jī)組，也可適應(yīng)高低溫變化，是一種簡(jiǎn)單實(shí)用、煙囪方式。

上海德昊化工有限公司 201199