胡小翔

（廣州市南先化工有限公司，廣東 廣州 510760）

當(dāng)今國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)70%依靠煤炭。隨著工業(yè)化進(jìn)程加快，環(huán)保壓力日漸增大，火電廠排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格。超超臨界百萬(wàn)機(jī)組煙氣排放系統(tǒng)中不設(shè)旁路，取消旁路煙道后，排煙系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定可靠直接影響主機(jī)安全。脫硫、電除塵、熱交換器等要隨主機(jī)同步啟動(dòng)，這對(duì)排煙系統(tǒng)裝備的可靠性和穩(wěn)定性提出了新的更高要求。為此必須采取新措施以提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

近幾年來(lái)排煙系統(tǒng)環(huán)保設(shè)備實(shí)際投運(yùn)情況表明：系統(tǒng)內(nèi)部腐蝕問題是困擾穩(wěn)定運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)之一。為控制腐蝕，需要從設(shè)備設(shè)計(jì)、選材、工藝控制、施工、運(yùn)行管理維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)把關(guān)。浙江寧波超超臨界百萬(wàn)燃煤機(jī)組超低排放環(huán)保示范項(xiàng)目排煙系統(tǒng)在設(shè)備布置選型、材料選用和防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等三個(gè)方面有所創(chuàng)新，對(duì)控制系統(tǒng)腐蝕、保證穩(wěn)定可靠運(yùn)行起到基礎(chǔ)性作用。

1 煙氣排放系統(tǒng)工藝流程

鍋爐燃煤煙氣首先進(jìn)行脫硝處理，經(jīng)煙道進(jìn)換熱器降溫，然后入電除塵器進(jìn)行第一次除塵，再由增壓風(fēng)機(jī)升壓從原煙道進(jìn)入吸收塔脫硫，再?gòu)臐駸煹肋M(jìn)入濕式電除塵器第二次除塵，再進(jìn)換熱器升溫，最后由凈煙道導(dǎo)入煙囪排放。

排煙系統(tǒng)中煙霧成分：Cl－10 000ppm，Mg2＋4.83ppm，Na＋2.86ppm，Ca2＋1.96ppm，4.52ppm，Al－10ppm，F(xiàn)－50ppm，pH值2.5～5.0。

粉塵成分：CaSO4·2H2O 96%，CaCO31.7%，SS 2.1%。

循環(huán)水pH值：2～6。

系統(tǒng)溫度：49.1～80℃。

圖1 煙氣系統(tǒng)環(huán)保工藝流程圖

2 排煙系統(tǒng)腐蝕的原因

2.1 硫酸露點(diǎn)腐蝕

煙氣腐蝕的發(fā)生主要與煙氣露點(diǎn)有關(guān)。煙氣成分有水蒸汽、粉塵、SO2、SO3，以及 HCl、HF 等。水蒸汽的露點(diǎn)一般較低，但由于煙氣中SO2、SO3和粉塵等組分的影響（尤其是SO3極易被煙氣中的水蒸汽吸收而形成露點(diǎn)較高的硫酸蒸汽），使得煙氣露點(diǎn)顯著提高。系統(tǒng)中煙溫在49～80℃之間，低于煙氣露點(diǎn)溫度，因此硫酸蒸汽結(jié)露并逐漸濃縮在金屬壁面上，形成了金屬壁面的低溫腐蝕。

煙氣中水汽分壓不同對(duì)應(yīng)硫酸露點(diǎn)溫度不同，且影響大于含塵量等因素。

圖2 在不同水汽分壓下煙氣含硫酸露點(diǎn)腐蝕溫度

2.2 Cl－離子腐蝕

在濕式石灰石／石膏法煙氣脫硫工藝中一般采用高效噴淋塔。塔內(nèi)的腐蝕原因除硫酸的腐蝕之外，還有Cl－離子的腐蝕和磨損腐蝕。吸收塔內(nèi)部的腐蝕主要是由于石灰石漿液中氯化物的含量過高所引起的麻點(diǎn)腐蝕及煙氣沖刷帶來(lái)的磨損腐蝕。吸收塔內(nèi)部石灰石漿液中的氯化物的存在會(huì)引起電化學(xué)腐蝕。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Cl－離子濃度達(dá)到3%時(shí)，腐蝕速度增至最大。

3 影響排煙系統(tǒng)腐蝕的主要因素

3.1 工況因素

3.1.1 系統(tǒng)煙氣壓力

凈煙氣的溫度為45～52℃左右，并且在煙囪前為正壓（約200Pa）。因此煙氣的腐蝕性和滲透性大為增強(qiáng)。所以，煙氣加熱器的設(shè)置對(duì)煙囪防腐有利，由于熱應(yīng)力減小，對(duì)煙囪的安全運(yùn)行也有利。

3.1.2 系統(tǒng)溫度及溫差波動(dòng)

在系統(tǒng)中不設(shè)GGH（進(jìn)、出口煙氣換熱器）時(shí)，吸收塔原煙道入口處溫度由143℃下降到80℃，熱沖擊較大，對(duì)煙道入口和吸收塔壁產(chǎn)生的腐蝕明顯增強(qiáng)。與此同時(shí)由于排煙溫度低于70℃，煙囪內(nèi)正壓區(qū)域擴(kuò)大，酸液滲透增強(qiáng)，加大了煙囪腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.3 系統(tǒng)煙氣化學(xué)成分及含塵量

含塵量增多，一般容易堵塞GGH，造成系統(tǒng)阻力增加，局部產(chǎn)生結(jié)垢，還會(huì)引發(fā)垢下腐蝕。

3.1.4 工藝控制要點(diǎn)

脫硫吸收塔pH6～6.5，Cl－含量＜15 000ppm。

排煙溫度控制：進(jìn)吸收塔煙氣溫度低于90℃，減少對(duì)吸收塔熱沖擊，煙囪排煙溫提高到80℃以上，正壓排煙區(qū)域減到最少，減低對(duì)煙囪內(nèi)壁的腐蝕。

3.2 設(shè)備因素

較早前使用的GGH設(shè)備換熱片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易造成系統(tǒng)堵塞和腐蝕。因缺乏經(jīng)驗(yàn)在舊煙囪改造中防腐內(nèi)襯材料選用OM、聚脲等不合理導(dǎo)致腐蝕的例子也不少。

設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)防腐蝕重視不夠，選材經(jīng)驗(yàn)缺少，局部應(yīng)力集中，變形較大，引起防腐襯里破壞，這樣例子不少。

3.3 建造和施工因素

排煙系統(tǒng)中的吸收塔、煙道、濕式電除塵器大部分防腐蝕施工在建造現(xiàn)場(chǎng)完成，管理和監(jiān)督不力也常常造成設(shè)備腐蝕風(fēng)險(xiǎn)加大。

4 設(shè)備選型與系統(tǒng)布置

從流程圖上可以看出，增加 MGGH（強(qiáng)制循環(huán)管式煙氣換熱器）之后可以減少系統(tǒng)溫差變化過大對(duì)吸收塔進(jìn)口處玻璃鱗片和襯膠板處熱沖擊，同時(shí)提高凈煙道及煙囪排煙溫度，減小煙囪正壓區(qū)域，減輕露點(diǎn)腐蝕傾向。所以選擇MGGH，從整體上改善了排煙系統(tǒng)溫度平緩過渡。

強(qiáng)制循環(huán)管式換熱器把腐蝕與轉(zhuǎn)動(dòng)分離，避免了早期旋轉(zhuǎn)式GGH的運(yùn)行中腐蝕、堵塞、沖洗、檢修困難、故障率高的困擾。

在吸收塔出口布置了WESP（第二級(jí)濕式電除塵器），進(jìn)一步使煙氣含塵量低于20mg／m3，杜絕石膏雨。這在國(guó)內(nèi)百萬(wàn)機(jī)組上是第一臺(tái)引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)。

在吸收塔之前增設(shè)了事故噴淋裝置和循環(huán)泵故障備用水系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全與穩(wěn)定。也預(yù)防了因設(shè)備故障產(chǎn)生短時(shí)間高溫?zé)煔鈱?duì)吸收塔膠板襯里和煙道鱗片襯里的破壞。

5 材料選擇特點(diǎn)

盡可能多選用性能得到保證的優(yōu)質(zhì)材料，不用出現(xiàn)腐蝕問題的一般材料。減少維修和故障停車損失。

表1 金屬材料在煙氣排放設(shè)備中的使用部位

從表1看煙囪內(nèi)壁襯鈦合金板，性價(jià)比合適。基本滿足25年以上長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行需要。

管式強(qiáng)制循環(huán)換熱器管程采用雙相不銹鋼、殼程采用316L不銹鋼設(shè)計(jì)，解除了腐蝕的后顧之憂。

WESP和原煙道出口段選用316L材料，對(duì)可能出現(xiàn)腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)采取可靠的強(qiáng)化措施。

6 防腐襯里結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前煙道、吸收塔、濕式除塵器外殼以碳鋼加襯里構(gòu)成，目前不大可能全部采用高級(jí)不銹鋼代替，無(wú)論從性價(jià)比和投資角度短期內(nèi)不會(huì)考慮改變。

表2 非金屬防腐材料使用部位

拐角處的強(qiáng)化設(shè)計(jì)，根據(jù)測(cè)定變形度確定在內(nèi)襯防腐材料受到破壞時(shí)，測(cè)量并計(jì)算變形量和變形角度?？梢姽战翘幉捎肍RP（玻璃鋼）加強(qiáng)有利于提高變形允許值，是設(shè)計(jì)強(qiáng)化的重要節(jié)點(diǎn)。

1）局部加強(qiáng)處采用FRP，為分散應(yīng)力角位增加包邊角鋼，焊縫避免位于尖端。

圖3 角位防腐加強(qiáng)

2）增加彈性過渡層，吸收震動(dòng)和應(yīng)力，降低局部承重部位破壞風(fēng)險(xiǎn)。在底層采用彈性變形大的樹脂層；面層采用加貼橡膠層。

圖4 表層彈性墊過渡層

3）局部結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上避免應(yīng)力集中，預(yù)防變形大，降低內(nèi)襯破壞風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 支撐部分分散應(yīng)力設(shè)計(jì)

超超臨界燃煤機(jī)組煙氣超低排放系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上強(qiáng)化了腐蝕控制，再加上在建造、運(yùn)行、維護(hù)中的技術(shù)措施和管理到位，保障了機(jī)組穩(wěn)定安全運(yùn)行。

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