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半干法烟囱设计标准的完善建议

1 背景

华北地区某厂220t/h锅炉为无锡锅炉生产的高温汽冷分离、高温高压循环流化床锅炉。本项目应按《GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准》中现有机组大气污染物排放限制设计, 考虑到环保形势发展。机组设计按大气污染物特别排放限制考虑, 排放标准分别为SO2≤50mg, NOx≤100mg/Nm, 烟尘≤20mg/Nm。为达到此目标, 锅炉采用炉内低氮燃烧 (预留SNCR) 脱硝, 炉内喷钙+炉后循环流化床半干法两级脱硫配布袋除尘器作为环保措施。运行一年后, 根据环保政策要求, 锅炉增加SNCR脱硝系统, 实现超低排放。 (即SO2≤35mg/Nm, NOx≤50mg/Nm, 烟尘≤10mg/Nm) 。建设初期, 考虑到半干法脱硫后烟气温度在75-80℃, 参考烟囱防腐图集, 按强腐蚀设计。机组运行两年后, 烟囱外筒壁出现液体渗出痕迹, 后经检查确认为烟囱防腐内衬失效。

2 烟囱的结构及运行工况

该烟囱为单筒式钢筋混凝土烟囱, 筒身高度150米, 出口直径3.6米。烟气入口最高温度为160℃, 最低温度60℃, 大气极端温度最高温度为40℃, 大气极端最低温度为零下30℃, 烟筒筒身阴阳面日照温差按20℃考虑。

烟囱的内衬结构见:    

ZGBZ201718075_08600.jpg                               

烟囱内衬防腐形式为:1) 烟囱混凝土筒壁内表面清理平整, 均匀涂刷耐酸防腐涂料, 采用OM耐酸防腐隔离层 (一布两涂) 涂刷层厚度不小于200um, 防腐隔离层总厚度不应小于1.5mm。2) 烟囱防腐内衬采用耐酸砖砌筑。3) 烟囱内衬表面抹40mm厚TNL-耐酸胶结料 (内配丝径2mm, 网孔6cm×8cm铅丝网) , 再涂刷TNL烟囱专用耐高温防腐抗渗处理剂, 涂刮两次, 厚度不小于150um。

锅炉投运后第一年由于炉内脱硫正常情况下可达标运行, 炉后脱硫处于间断运行状态, 烟气温度在140℃左右, 停炉检查内衬无明显问题。锅炉运行一年半后, 由于要执行超低排放标准, 炉内投入SNCR脱硝系统, 炉后半干法脱硫投入连续运行, 烟气温度 (75-80℃) , 半年后发现烟囱筒身有脏污, 一年后经登高检查确认内衬失效。

3 失效观测

3.1 外部观察

内衬失效后含有一定水分的湿烟气进入内衬与外筒之间的空气隔热层, 在与外界热交换后凝结, 然后从外筒施工缝中的不密实处向外渗透。冷凝液混合与混凝土的反应产物以混浊液的形态向外渗出, 在外筒身上形成泪痕状的脏污。

3.2 内部观察

从上筒口开始出现防腐抗渗层失效, 见下图

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开裂, 见下图     

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脱落, 见下图

 ZGBZ201718075_09800.jpg

腐蚀, 向外渗透, 见下图

ZGBZ201718075_10000.jpg

腐蚀最严重部位出现在各层挑头的突出部位, 也即是凝洁液易积存的部位。

4 失效分析

对比广东某厂, 最初锅炉采用循环流化床炉内喷钙脱硫, 后由于环保指标变化, 增加炉后循环流化床半干法脱硫, 烟囱仍沿用原来的传统的内衬耐热砖的干烟囱, 运行5年后检查未发现内衬有问题。

对比与本项目最大的不同在于气候。从渗漏的烟囱外表面看, 冬季主导风向的迎风侧渗漏点较多, 背风侧同时是向阳侧较小, 几乎看不到。分析认为本烟囱在设计上, 烟囱20米以上设计为空气隔热层, 隔热效果差, 导致烟囱上部烟温下降出现凝结并吸附在内衬表面。表面附水后透过抗渗层进内衬与外筒之间的隔层, 进一步富集, 并透过外向施工缝中的不致密处向外渗透。

其次, 本项目的防腐材料虽然在基建时取样化验满足《火力发电厂烟囱 (烟道) 内衬防腐材料》要求, 但通过实践证明不适合本工艺使用。

第三, 由于工程整体质量控制面大, 施工工艺很难保证, 也是一项重要原因。

5 建设及运行建议

5.1 运行建议

加大炉内脱硫比例, 适当提高炉后脱硫塔内温度, 进而提高排烟温度减少烟气在烟囱内的凝结量, 减少内衬腐蚀。

5.2 建设建议

实践证明循环流化床炉内脱硫+炉后半干法脱硫可有效脱除SO2, 可使最终的SO2排放达到超低排放标准。除此之外, 吸收塔内Ca (OH) 2对烟气中SO3、HCl、HF脱除率较高 (SO3在湿法脱硫中是很难脱除的, 是塔后烟道、烟囱腐蚀的主要原因。) , 同时净烟气含湿量较低, 酸露点可降低至55℃左右, 而反应温度一般高出酸露点15℃。因此, 可有效降低塔后设施的腐蚀。实践证明在塔后钢烟道不防腐的条件下, 运行两年后, 钢板厚度无明显变化。由此可见, 此种脱硫方式对烟囱的防腐要求并不高。但从本案例的实践来看, 在北方特别是高寒地区仍需要进行必要的防腐。笔者根据自身经验, 建议:

1) 采用套筒式烟囱, 内筒采用碳钢+耐酸防腐涂层, 内筒外壁作保温隔热, 确保烟囱出口有较高的温度;或钢内筒采用JNS耐酸露点钢板, 用防水抗渗耐酸胶泥将50mm厚的轻质防腐陶瓷砖粘贴在钢套筒内壁, 在钢套筒外侧设100mm厚超细玻璃棉毡保温层;后者造价较高。

2) 在山西某厂, 采用烟囱专用防腐涂料 (芳香族喷涂聚脲弹性体, 筒壁内表面用) , 作为循环流化床炉内脱硫+炉后半干法脱硫炉后烟囱的防腐层, 经运行一年未发现内衬损坏。类型项目可参考借鉴。

3) 对北方寒冷地区, 原有干式烟囱在采用半干法脱硫后应对烟囱防腐进行加强。

建议结合应用实际对GB50051-2013《烟囱设计规范》相关部分做出修改。


 

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