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1、各位专家、领导,上午好,2 0 0 9 年,火力发电厂脱硫烟囱防腐技术研究,编写：秦学东,2023/10/2,3,目录,1 研究背景 2 火力发电厂的脱硫工艺及运行工况 2.1 脱硫工艺2.2 脱硫后烟囱运行工况3 湿法脱硫对烟囱的影响4 脱硫烟囱的结构选型及防腐蚀方法4.1 耐酸砖内衬单筒式烟囱4.2 整体耐酸浇注料内衬单筒式烟囱4.3 套筒式烟囱4.4 多管式烟囱5 烟囱的技术经济比较,2023/10/2,4,烟囱是火力发电厂排放废气的主要设施。在过去，由于国内对于环境保护的忽视，火力发电厂仅对锅炉燃烧产生的废气采取除尘措施后，即通过烟囱将废气排放入周围大气，通过废气在高空中的扩散作用，使
2、得电厂周围的环境达标。随着我国国民经济的持续高速增长，各行业燃煤设施的急剧增加，导致我国自然环境条件急剧恶化。据统计，2005年我国二氧化硫排放总量高达2550万吨，居世界第一位，其中火电厂的排放量占总量的60%以上。二氧化硫以及其他酸性物质的排放，已导致我国酸雨区面积约占国土面积的30%以上。近年来，随着人们环境意识的不断增强，减少污染源、净化大气、保护人类生存环境的问题正在被亿万人们所关心和重视，寻求解决这一污染的措施，已成为当代科技研究的重要课题之一。在电厂采取的诸多控制二氧化硫排放的措施当中，建设烟气脱硫装置是目前应用最广且效率最高的方法之一。烟气脱硫后，由于烟气成分的变化，烟气的空气
3、动力特性及对烟囱的腐蚀性能也随之发生了巨大的改变。因此，对电厂的常规烟囱进行必要的改进，寻求能够抵抗脱硫烟气腐蚀的新型防腐材料就变得十分迫切。,2023/10/2,4,1 研究背景,CPECC NEPDI,2023/10/2,5,2 火力发电厂的脱硫工艺及运行工况,2.1 脱硫工艺,按脱硫工艺在生产中所处的环节不同可分：,燃烧前脱硫，如原煤洗选脱硫。燃烧中脱硫，如洁净煤燃烧、循环流化床锅炉和炉内喷钙。燃烧后脱硫，如烟气脱硫。,按脱硫工艺的反应状态大致可分为：,湿法脱硫，石灰石石膏湿法脱硫。干法脱硫，如回流式循环流化床（RCFB干法）烟气脱硫。半干法脱硫，如NID半干法烟气脱硫。,2023/10
4、/2,6,工况一：FGD装置正常运行，系统内设烟气加热器（GGH），烟囱入口处烟气温度为80左右。工况二：FGD装置正常运行，系统内未设GGH，烟囱入口处烟气温度为4050。工况三：在锅炉启动过程或FGD装置由于故障等原因未能运行时，烟气通过旁路烟道绕过FGD系统直接进入烟囱排放，烟气温度为130左右。工况四：锅炉事故状态下，烟气通过旁路烟道绕过FGD系统直接进入烟囱排放，烟气温度最高可达到180左右。,2.2 脱硫后烟囱运行工况,2023/10/2,7,3 湿法脱硫对烟囱的影响,脱硫后，烟气温度低，上抽力小，流速慢，容易产生烟气聚集，使烟囱筒内部出现正压区，这样会对筒壁产生渗透压力，使烟囱内
5、壁致密度差的材料易遭到腐蚀，影响结构的耐久性。烟气凝结夜中酸的含量较低，低浓度酸液比高浓度酸液的腐蚀性更强。烟气冷凝物中除含有硫酸和亚硫酸外还含有氯化物和氟化物，这些物质的存在将大大提高腐蚀性。酸液的温度在4080时，对结构材料的腐蚀性更强。以钢材为例，4080时的腐蚀速度比在其它温度时高出约38倍。由于国内电厂的运行工况较复杂，烟囱内的烟气温度经常在40到130之间变化，烟囱设计时应考虑在锅炉事故状态排放烟气的温度，该温度将达到180左右。烟囱经常处于这种温度骤变的的交变状态，因此烟囱内的防腐材料必须同时具备耐高温、耐腐蚀、抗冷热应力冲击的性能。,2023/10/2,8,4 脱硫烟囱的结构选
6、型及防腐蚀方法,烟囱内烟气的腐蚀性等级；结构的重要性；烟囱运行方式（经常性或间隙性运行方式）；排烟筒内是否有烟气结露现象；施工方法简单，施工质量容易控制；运行维护费用低，且检修方便。,脱硫烟囱的防腐蚀设计，应考虑以下几方面因素：,2023/10/2,9,4.1 传统型耐酸砖内衬单筒式烟囱,优点：投资少，施工方法简单。缺点：内衬和保温层的结构整体性 相对较差，烟气容易从这些砖砌体和保温块的缝隙中渗透到筒壁的内表面。适用范围：非脱硫烟囱。循环流化床锅炉的烟囱。采用干法或半干法脱硫工艺的烟囱。,2023/10/2,10,4.1 传统型耐酸砖内衬单筒式烟囱,烟囱腐蚀情况调查,烟囱筒壁内侧酸液渗漏严重,
7、积灰平台下方有多处渗漏,应用条件：2x330MW机组 湿法脱硫 不设GGH,2023/10/2,11,4.1 传统型耐酸砖内衬单筒式烟囱,烟囱腐蚀情况调查,工人在烟囱内部清理积灰,砖缝很明显,2023/10/2,12,4.2 耐酸整体浇注料内衬单筒式烟囱,浇注料的主要技术指标,优点：轻质、高强、耐酸耐热、整体性好。缺点：锥形烟囱，烟囱内部存 在正压区，对内衬产生 渗透压力，如果内衬出 现裂缝，冷凝酸液会透 过裂缝对混凝土筒壁造 成威胁。运行后不易维 护。,2023/10/2,13,在烟囱顶部设置扩散筒；降低排烟筒内壁的摩擦阻力系数；在脱硫系统内增设GGH，提升烟气温度，减小烟气的含湿量和密度；
8、降低烟气流速；排烟筒内壁应尽量平滑，最好采用暗牛腿作为内衬的支承结构。内衬浇注凝固后，在内衬表面间隔1.52.0m用无齿锯切割出宽约23mm、深约25mm槽，可避免内衬表面产生温度裂缝；在内衬与混凝土筒壁之间设置耐酸、耐热、防水且延伸性能好的隔离层，使得内衬与筒壁可相对滑移，避免由于温度及线膨胀系数不同而产生裂缝；防腐隔离层可采用聚脲、沥青、玻璃钢等防腐材料，作为对腐蚀性烟气的第二道防线，可在内衬出现裂缝后对混凝土外筒加以保护。,4.2 耐酸整体浇注料内衬单筒式烟囱,优化目的：减小正压，避免开裂、提高安全度解决方法：,2023/10/2,14,4.2 耐酸整体浇注料内衬单筒式烟囱,烟囱运行情况
9、调查,2023/10/2,15,4.2 耐酸整体浇注料内衬单筒式烟囱,华能九台电厂烟囱,2023/10/2,16,4.3 套筒式烟囱,砖砌内筒烟囱,钢内筒烟囱,玻化陶瓷砖砌筑,耐酸砖砌筑,泡沫玻璃砖内衬,玻化陶瓷砖内衬,钛钢复合板,2023/10/2,17,4.3 套筒式烟囱,优点：,缺点：,内筒与外筒分开，避免烟气直接腐蚀外筒；排烟筒为等直径，筒内为全程负压或大部分负压，烟气对内衬不产生渗透压力；内外筒之间设钢平台，方便检修。,造价较高；施工难度大，工期较长。,2023/10/2,18,4.3.1 砖砌内筒烟囱,布置原则：,内筒分段支承；砖内筒外侧设封闭层和保温层；在烟道接口处，为了提高整体
10、性和截面刚度，采用混凝土内筒。,适用范围：,湿法脱硫且设置GGH的烟囱。,2023/10/2,19,4.3.1 砖砌内筒烟囱,施工人员对耐酸砖之间灰缝的处理不够密实。脱硫系统旁路运行，导致烟 囱内部的温度频繁变化，也可能是导致砖内筒上出现裂缝的原因之一。,原因分析：,烟囱运行情况调查,2023/10/2,20,4.3.2 钢内筒烟囱,泡沫玻璃砖是一种以硅玻璃结合发泡生产制造工艺，采用窑炉高温烧结、发泡制成的一种内部互不连贯、完全密闭的均匀多孔、轻质、固体无机材料。泡沫玻璃砖具有耐酸腐蚀、耐高温、轻质、隔热等特点。,（泡沫玻璃砖内衬）,2023/10/2,21,4.3.2 钢内筒烟囱,目前市场上
11、有两种泡沫玻璃砖即含硼和不含硼，含硼量是泡沫玻璃砖抗温度骤变的重要指标，含硼的泡沫玻璃砖（含硼量12%以上）能耐高温和温度的急剧变化（韧性）达上千次，根据试验测试不含硼的泡沫玻璃砖只能耐十次左右温度骤变、然后开裂。硼的添加只有在玻璃熔融的状态下才能添加均匀、然后再发泡，而普通的泡沫玻璃砖是在玻璃发泡时添加硼的，达不到预期效果。进口泡沫玻璃砖是采用石英砂来生产发泡玻璃砖，其质量稳定；国内生产的泡沫玻璃砖多采用废弃玻璃来生产，由于废玻璃本身的来源复杂，材质无法控制，砖的质量也就难以保证。,（泡沫玻璃砖内衬）,市场调查,泡沫玻璃砖防腐隔热系统由泡沫玻璃砖和胶粘剂组成。胶粘剂应具有很好的弹性和耐高温、
12、抗疲劳、抗老化的性能。胶粘剂的质量往往对泡沫玻璃砖防腐系统运行的稳定性起到主导作用。根据相关单位对国内部分大型火力发电厂的调查了解，目前国内采用废玻璃泡沫玻璃砖进行的湿烟囱防腐工程，大约80%会在1年内出现渗漏，主要原因在于玻璃砖和胶粘剂质量不能满足技术要求。,2023/10/2,22,泡沫玻璃砖腐蚀情况调查,原因分析：国产泡沫玻璃砖及胶粘剂的质量不合格。施工周期压缩过短，施工质量难以保证。电厂运行工况复杂，烟气温度频繁变化。,利港电厂240/6.35m烟囱,2023/10/2,23,高性能轻质玻化陶瓷砖是专门为火力发电厂湿烟囱用防腐内衬而研制生产的新型轻质陶瓷材料，分砌体和贴面两种材料。制品
13、在高温下能形成均匀密布的闭口气孔，具有轻质、高强、隔热、防水、防潮、抗冻、耐酸碱化学腐蚀等特性。,4.3.2 钢内筒烟囱,（玻化陶瓷砖内衬）,2023/10/2,24,4.3.1 钢内筒烟囱,调查时发现，在机组单侧运行时，烟囱底部的隔烟墙在烟气单吹时发生变形，其表面的防腐砖有少量脱落现象。隔烟墙的刚度不够，钢板在单侧烟气扰动下出现变形和振动，可能造成排烟筒钢筒壁产生附加变形和附加应力，直接影响自立式钢内筒的结构安全。建议取消隔烟墙，在两侧烟道接口处做与水平面成45角的导流板，可以起到隔烟及导流的作用，也避免了烟气对冲。,原因分析：,烟囱运行情况调查,（玻化陶瓷砖内衬）,2023/10/2,25
14、,4.3.2 钢内筒烟囱,几种防腐材料的主要技术指标,注：表中数据来源于产品宣传手册。,2023/10/2,26,钛板（TiCr2）是所有内衬材料中成本最高的。钛钢复合板制作的排烟筒，在安装焊接时需采用爆压法施焊，施工难度大。焊缝部位升温降温速度过快，或者受热区域面积过大，焊缝部位钛板塑性下降。焊接时氩气纯度不够、氧气和杂质含量过高时，将造成焊缝的部分氧化，导致焊缝处出现裂纹、气孔和腋化。同时钛板与钢板之间还极容易发生电偶腐蚀，特别焊缝附近可能性更大。所以采用钛钢复合板制作钢内筒时，对于焊接的要求较为严格。采用钛板内衬的优点是使用寿命长，运行中维护工作量很少。我院设计的华能营口热电厂新建工程，
15、脱硫系统不设GGH，烟囱为210/7.0m钢套筒结构，钢内筒采用钛钢复合板，目前机组尚未投产，据施工现场反映，钢内筒的加工及安装效果良好。,4.3.2 钢内筒烟囱,（钛板内衬）,2023/10/2,27,4.4 多管式烟囱,多管式烟囱与套筒式烟囱类似，套筒式烟囱的内筒为一个，而多管式烟囱的内筒为24个。使用多管式结构可以减少电厂中烟囱的数量。多管式烟囱的一个排烟筒接通一台锅炉，烟气在排烟筒内的流动更稳定，且当其中一个排烟筒产生故障时，不会影响其它锅炉的正常运行。此外，多管式烟囱保证了良好的管理和运行维护条件，用平台和起重电梯就能维修。多管式烟囱的内筒根据不同条件可采用耐酸砖、碳素钢、耐腐蚀合金钢材或耐腐蚀有机材料等。,多管式烟囱的防腐蚀方法与套筒式烟囱相同。,2023/10/2,28,2023/10/2,2023/10/2,28,以2x600MW机组火力发电厂的一座210m高烟囱（两炉配一筒）为例，估算烟囱的直接成本列于下表，供大家设计参考。,5 烟囱的技术经济比较,CPECC NEPDI,2023/10/2,29,演示结束，,谢谢观看！,演示结束，谢谢观看！,
