电厂烟囱腐蚀机理研究及玻璃钢烟囱
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作者: 蒋忠明 韩韩
1 概述
烟气对烟囱的液态腐蚀是烟囱遭腐蚀的主要原因。国内电厂普遍采用石灰石洗涤法（俗称湿法）脱硫，采用该脱硫工艺的电厂普遍存在烟囱受腐蚀的情况。本文首先探讨烟囱的腐蚀机理，进而介绍一种性价比高，耐腐蚀性能优良的新型烟囱——玻璃钢烟囱。
2 电厂烟囱腐蚀的机理
2.1 烟囱的运行工况
目前，我国电厂烟囱主要有以下三种运行工况：
1）排放未经脱硫的烟气。进入烟囱的烟气温度在120℃～130℃左右，烟囱内壁处于干燥状态，烟气对烟囱内壁材料仅产生相当轻微的气态腐蚀。目前，随着国家环保新政的出台，该种运行工况已基本不允许。我们称此这种工况的烟气为“干烟气”，排放“干烟气”的烟囱为“干烟囱”。
2）排放经湿法脱硫处理的烟气，烟气经GGH系统加热。进入烟囱的烟气温度在70℃～80℃左右，烟囱内壁有轻微结露。根据排放烟气成分、机组的负荷情况、脱硫系统GGH性能等条件的不同，结露状况将有所变化。我们称此这种工况的烟气为“半湿烟气”，排放“半湿烟气”的烟囱为“半湿烟囱”。
3）排放经湿法脱硫处理的烟气，无GGH系统。进入烟囱的烟气温度在45℃左右，烟囱内壁有严重结露，沿筒壁有结露液流淌。我们称此这种工况的烟气为“湿烟气”，排放“湿烟气”的烟囱为“湿烟囱”。
2.2 烟囱遭受腐蚀的烟气条件
烟气对烟囱的腐蚀可分为气态介质腐蚀和液态介质腐蚀两种情况，我们需特别重视的是液态介质腐蚀。烟囱产生液态介质腐蚀的必要条件是：含有腐蚀性介质的烟气；具备烟气结露条件。
上述第一种工况的干烟气对烟囱的腐蚀以气态腐蚀为主，仅早期的单筒钢筋混凝土烟囱存在一定的液态介质腐蚀情况。早期电厂常采用单筒钢筋混凝土烟囱这种最简单的烟囱型式。由于单筒烟囱混凝土内壁处的温度T2一般低于露点温度，在正压的作用下，有部分烟气通过砖内衬的缝隙到达混凝土内壁处结露，对烟囱产生腐蚀。当采用套筒式烟囱后，已能有效防止干烟气对烟囱的腐蚀。而排放半湿烟气和湿烟气的烟囱则具有产生液态介质腐蚀的可能。
2.3 湿法脱硫工艺对烟气的影响
在燃煤电厂中烟气中的SOx、NOX是主要的空气污染物，湿法脱硫后，烟气中90%以上的SO2被有效除去，但是该脱硫工艺对烟气中SO3脱除效率并不高（仅20%左右）。相关研究表明，经湿法脱硫的烟气中含有SO2，SO3，HCl和H2O等成分。烟气的温度和露点是最重要的结露条件。脱硫后的烟气温度一般为45～50℃，该烟气或直接从烟囱排放，或通过GGH装置加热到80℃左右，再经烟囱排放。脱硫后烟气的露点与其H2SO4和水的含量有关，其中H2SO4对烟气的露点影响很大。在一般情况下脱硫效率90%时酸性烟气的露点为83.5～94.2℃，脱硫效率95%时酸性烟气的露点约为76.5～87.4℃。
从以上数据可以看出，对上述“湿烟囱”运行工况，烟气温度远低于其露点温度，因此湿烟气在烟囱内壁凝结成大量含硫酸的冷凝水顺着内壁向下流动，形成动态腐蚀。这种不断流动的酸液将烟囱内筒表面腐蚀后形成的盐类不断冲走，不会在表面形成屏蔽隔离作用的保护层，因此腐蚀速度不会随时间变化而减缓，这种动态腐蚀造成的危害比同条件下处于静态的酸液要大得多。烟囱的环境特点也决定了烟气结露酸液的强腐蚀性。首先，对烟囱而言，低浓度稀硫酸液比高浓度的酸液腐蚀性更强，其次，酸液的温度在40-80℃时，对结构材料的腐蚀性特别强，以钢材为例，40-80℃时的腐蚀速度比在其它温度时高出约3-8倍。所以该工况下烟囱内壁腐蚀环境非常恶劣。
对于“半湿烟囱”运行工况，烟气温度比露点略低或接近，此时结露较轻，但实验观察到烟囱壁上仍有明显的水膜存在。该水膜在不断的蒸发与吸收中，烟气中的酸成分逐渐累积，造成水膜内酸浓度的升高，因此虽然此时烟气温度较高，但由于酸浓度的增加同样对烟囱内壁造成腐蚀。
3 电厂烟囱内筒型式的选择
对于湿法脱硫且无GGH装置的电厂工程，应特别重视烟囱内筒防腐问题。内筒型式的选择，必须充分考虑内筒的耐腐蚀性能、使用寿命、检修便利等技术指标，也要考虑造价等经济指标。湿烟囱内筒材料其材质必须具有以下必要性能：良好的耐化学腐蚀性；必要的耐热性及机械性能。
目前国内经常采用的内筒方案有：1）钢内筒内侧衬Henkel防腐玻璃砖；2）钢内筒内侧衬防腐玻化砖；3）复合钛板。上述方案均存在不足之处：方案1）效果较好，但是施工难度大，施工质量控制要求很高，且材料主要靠进口，施工周期也较长；方案2）用国产材料代替了进口材料，但从已实施的工程来看，效果并不是很好；方案3）造价高昂，同时内筒体系也存在焊接接头、膨胀节等薄弱部位，成为腐蚀发生的源头。基于此，本文重点介绍整体玻璃钢内筒新型烟囱内筒方案。
4 玻璃钢烟囱内筒
4.1 玻璃钢内筒的特点
玻璃钢（FRP）由有机的耐高温树脂和纤维组成，具有很好的耐腐蚀性。根据《工业建筑防腐蚀设计规范》所列材料防腐蚀性能表，树脂类材料具有较好的耐多种化学介质腐蚀能力。从机械性能看，玻璃钢是各向异性的材料，其环向弹性模量6，900～22，000MPa，轴向弹性强度设计值约6.9MPa。
烟气温度对玻璃钢造价和性能有很大影响，耐高温要求越高，材料成本将会快速上涨。且随着温度的升高，玻璃钢的耐腐蚀性能及使用寿命将会降低。本工程脱硫不设旁路且不上GGH，进入烟囱的烟气温度在45℃左右，属低温烟囱，采用玻璃钢（FRP）作为烟囱内筒材料非常适合。
整体玻璃钢（FRP）烟囱在脱硫烟囱方面应用是一个发展方向。玻璃钢复合材料具有耐化学腐蚀性强、使用寿命长、轻质、热率导低、强度高、可承受高的热应力等优点，已成为燃煤电厂烟气脱硫排烟冷却塔烟道、喷淋管、除雾器、浆液管道等设备的最佳选材。
4.2 国内电厂烟囱采用玻璃钢内筒的可行性
电厂的脱硫湿烟囱采用玻璃钢内筒在国外已有较多实例，但国内由于脱硫项目起步较晚，还没有电厂玻璃钢高烟囱（高度超过200m）投运的实例，也没有玻璃钢烟囱相关的技术标准，据了解，国内有几个小型电厂采用了玻璃钢烟囱方案，而在烟塔合一的电厂工程中，玻璃钢用作排烟道的实例已有好几个。扩展到化工、钢铁等其他领域，玻璃钢（FRP）应用于洗涤塔、烟道、烟囱的时间已超过40年。玻璃钢整体烟囱用做火电厂湿法脱硫后的套筒湿烟囱内筒在技术上是可行性的。
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