摘 要:对火电工程建设了FGD (烟气脱硫系统)后的烟囱内壁腐蚀问题,特别是不设GGH(烟气加热除雾系统)和GGH不能正常投运时的烟囱内筒腐蚀机理、腐蚀原因进行了分析和探讨,供设计烟囱防腐措施时参考。
0 前 言
近年来,随着国家环保标准的逐步提高和大众环境意识的增强,火力发电工程在环境影响评估报告中都要求同步建设FGD,且FGD大多数为石灰石-石膏-湿法系统,采用湿法FGD时普遍要求同步建设GGH。因此,设计单位在作烟囱防腐设计时一般都按照GGH投运时的烟气温度来选取烟囱防腐
设计等级,但由于国内FGD尚处在起步阶段,已建成投运、且完全按烟气脱硫处理运行的火力发电工程项目并不多,且运行时间较短。因此,建了FGD后烟囱腐
蚀的问题和研究资料都较少,经验十分有限。在国家和电力行业烟囱的现行设计标准中,均未对采用FGD处理的烟囱防腐设计作出具体规定,只是从烟气的腐蚀性等级方面提出了要求,国内各火力发电工程设计单位主要是依据自己的经验和参考环境影响评价报告等有限的资料、结合业主意见进行设计。
1 脱硫烟气的特点和腐蚀机理分析
1.1脱硫烟气的特点
煤燃烧后生成的CO2、水蒸汽及
其它氧化物,在温度降低到一定程度,水蒸汽就会冷凝,这时的温度就是水的露点温度。烟气中的SO2及SO3等酸性气体,与水蒸汽结合形成酸,这时的温度被称为酸露点。烟气中只要有少量的SO3就会使酸露点升高,以致使烟气温度低于酸露点,形成硫酸,附着于烟囱内筒壁上,产生腐蚀。
1.2 钢筋混凝土烟囱内壁受烟气腐蚀的机理分析混凝土是以水泥、砂石及其它胶结材料与水拌和经过水化反应生成的水化产物,主要是水化硅酸
钙凝胶,其次是氢氧化钙、水化硫铝酸钙、水化铝酸钙等。作为燃煤电厂,煤中的硫经燃烧产生SO2及SO3等酸性气体,即便设置FGD和GGH,烟气中的SO3含量也会随脱硫、除雾效果变差而增加,烟囱筒壁及烟气温度低于酸露点温度,从而凝结成酸液,使pH值降低。酸液与水泥石中的Ca (OH)2发生化学反应,严重影响钢筋混凝土中钢筋的钝化保护膜的稳定性。造成混凝土逐层发酥、粉化剥落、钢筋锈蚀乃至整个混凝土结构破坏。
1.3 造成烟气腐蚀烟囱内筒壁混凝土的原因分析在电除尘代替湿式水膜除尘的年代,烟气温度大都在130℃以上,采用普通型或改进型烟囱使排烟
筒部分上下直径相同,在保证烟气流速一定的情况下,整个烟囱处于负压状态,减少了腐蚀的可能。采用了FGD工艺后,虽然>90%的SO2被脱掉,但SO3的脱除率仅为20%左右,而烟气温度则由130℃以上下降到80℃(有GGH)和45~55℃(无GGH)左右,无论是否设有GGH,由于烟气温度均低于酸露
点温度,烟气对烟囱的腐蚀隐患并未消除;相反地,脱硫后的烟气环境(低温、高湿等)使腐蚀状况进一步加剧,SO3与水作用,此时在烟囱内壁出现结露现象,又由于烟气密度增加,烟囱自拔力减少,烟气压力升高,使烟囱筒身产生渗漏、腐蚀的程度大大加剧。
2 设置与取消GGH的比较
2.1 设置GGH与不设GGH对烟囱防腐的影响
FGD装置前后烟气露点温度计算非常复杂,国内外有各种计算公式,得出的酸露点温度结果有较大差别,从定性分析来看:
2.1.1 脱硫前烟气温度为130℃以上,烟囱内壁温度基本上大于露点温度,因此烟气不会结露,而且烟囱内的烟气压力在运行期间处于负压状态不易出现酸腐蚀问题。
2.1.2 烟气脱硫后有GGH和无GGH时,从FGD进入烟囱的烟气温度分别在80~45℃之间,均低于酸露点温度,SO3将全溶于水中,烟气会在尾部烟道和烟囱内壁结露,对1台600 MW机组来说,烟气中水汽结露后形成的具有腐蚀性水液的理论计算量约40~50 t/h,它主要依附于烟囱内侧壁流至专设的排液口排到脱硫系统的废液池中。脱硫处理后的烟气一般还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质,属于腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。尽管烟气中酸性SO2气体减少,但烟气的腐蚀性并未比脱硫前减少,加上烟囱正压区的增大,烟囱会出现腐蚀,烟囱和尾部烟道必须进行防腐处理。因此, GGH的作用仅仅是起到提高一定的烟气温度、减少部分水雾的作用,故GGH又叫除雾装置,设置GGH后并不能减轻烟气对烟囱的腐蚀程度。
2.2 设置GGH与不设GGH的发展趋势
建FGD后是否设置GGH,目前总的情况是亚洲地区采用GGH者较多,如中国、韩国等,而欧美国家倾向于不设GGH,欧洲(如德国)过去设置GGH,是为了满足环境保护法规中排放烟气温度必须大于72℃的规定。这个规定并不是基于防止腐蚀的原因,而是如果不设GGH,由于烟气温度低,烟气抬升力
下降,有效烟源高度下降,烟气扩散范围减少,其范围内的污染物的地面浓度增大。且烟气出烟囱时仍处于饱和状态,看上去是大量白色烟雾冒出,观感差。
2.3 设置GGH的优缺点
设置GGH的目的是为降低吸收塔入口烟温,并以原烟气的热量加热净烟气,提高排烟温度,有利于烟气的扩散排放,降低污染物的地面浓度。设置
GGH时,吸收塔入口烟温在90℃左右,吸收塔入口段可不设冷却系统,吸收塔防腐材料的耐温要求低,可选用低温防腐材料;脱硫后的烟气温度在80℃左右,烟气含水率低,结露少,整个脱硫系统耗水率低。但设置GGH后,脱硫区占地面积增加,连接烟道加长,系统阻力增加,设备投资增大,而且除GGH本体外,还需配置许多辅助设施,如高低压水冲洗系统、压缩空气吹扫系统、密封系统、防泄漏装置等,相应地增加了系统电耗,设备维护工作量增大。
2.4 不设GGH的优缺点
取消GGH时,吸收塔入口烟气温度高,需设置冷却系统,吸收塔防腐材料的耐温要求高,需选用耐高温防腐材料;脱硫后的烟气温度在45~55℃,烟气含水率高,大量的水汽在烟道、烟囱底部需增设排水设施。但取消GGH后,脱硫区占地面积缩小系统阻力小,设备投资、系统电耗及设备维护工作
量都相对减少。
3 烟囱结构设计防腐措施依据及参考
“国际工业烟囱协会(CICIND)”的设计标准指出,燃煤电厂脱硫烟囱虽然在脱硫过程中已经除去了大量的SO2,但在脱硫后,烟气温度大大降底、湿度大大增加,烟气中单位体积的稀硫酸含量相应增加,因而作为排放脱硫烟气的烟囱,视为“高”化学腐蚀等级,应做可靠的防腐处理,不设GGH的烟囱在此基础上再提高1个等级。
4 结 论
通过上述分析,对火电厂烟囱结构选型和防腐提出如下建议:
4.1 建FGD后,不上GGH装置时烟囱的防腐等级应按最高等级选择,应首选Q235钢板+泡沫玻璃—套筒型烟囱。
4.2 建FGD后,上GGH装置时烟囱的防腐等级可降低1个等级,可首选耐酸厚合金钢板—钢内筒套筒型烟囱或改进型钢筋混凝土烟囱。
4.3 国家应尽快制订新形势下的烟囱设计标准和技术规范。
4.4 FGD是按照有GGH设计的,企图省去GGH时,必须按照不设GGH的方案设计烟囱的防腐等级。
4.5 FGD是否设计GGH应依据当地的TSPPM10在叠加背景值恶劣气候条件下不超标来确定,如果建设地远离城市、环境容量大、TSP,PM1在叠加背景值恶劣气候条件下不超标,可以不设GGH。
