火电厂脱硫烟囱改造

摘要：针对近年来，火电厂脱硫改造中单筒烟囱遇到的问题，进行了剖析。首先，对寒冷地区，脱硫烟囱筒首结冰问题和烟囱改造后设计使用年限问题，其次，着重分析了烟囱内衬经常出现问题的原因和处理方法。分别提出了处理方法和设计观点。对老电厂脱硫改造烟囱的设计具有参考意义。

关键词：单筒烟囱，湿法脱硫，防腐改造

中图分类号：TM621文献标识码： A

1．概况

随着我国大中型火力发电厂数量的不断增多，由于火电厂锅炉燃煤在燃烧过程中排放出粉尘、二氧化硫、氮氧化物等大气污染物。燃煤烟气中的二氧化硫是形成酸雨的主要成分，对环境污染日益加重。因此，对二氧化硫排放进行总量控制是国家节能减排的主要控制指标，所有新建火电厂都必须进行脱硫设计。并要求火电厂上脱硫设备减少粉尘、二氧化硫、氮氧化物等大气污染物，限期进行整改。

目前我国各火电厂普遍采用的脱硫方式是石灰石-石膏湿法脱硫工艺，其工艺原理是将高温状态下的烟气与含有化学介质的水混合，使烟气中的SO2、SO3及HF等有害成份与介质发生反应，形成稀硫酸、稀盐酸及其它化合物。其脱硫效率可达95%以上，生成的副产品以石膏为主。

湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率很高，但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3脱除效率仅为20%左右。经湿法脱硫处理后的烟气处于低温高湿状态，湿烟气中的水份接近饱和状态，烟囱入口温度约为50度左右。含有SO3、氟化氢和氯化物等物质的饱和水蒸气遇到温度低的筒壁时将快速冷凝，形成一种腐蚀性很高、渗透性很强的低温高湿稀酸型腐蚀环境，对烟囱内壁的腐蚀性及强。因此，烟气脱硫后，虽然能使大气环境得到改善，但对烟囱的腐蚀隐患并未消除，而且对烟囱抗腐蚀性能提出了更高要求。

针对这种情况，烟囱脱硫需要特殊设计。一般新建火电厂的脱硫烟囱大都采用钢套筒烟囱，既在混凝土外筒内又设计钢内筒烟囱，两筒分离，形成筒中筒结构，使结构承重与防腐内筒完全分离。而火电厂烟囱，由于设计使用年代久远，基本都是单筒烟囱，内衬大部分是粘土砖或耐酸砖。砌筑质量较差，很多内衬的灰缝都已脱落。尽管存在很多问题，但不可能由于要上脱硫工艺，而将烟囱拆掉重建。所以，在上湿法脱硫前应对火电厂烟囱进行改造处理，使之满足脱硫排烟工艺的要求。

2．脱硫改造存在的问题

火电厂脱硫改造的单筒烟囱问题较多，可以说这几年经改造处理的烟囱中，成功的少，问题烟囱多。可归纳以下几种问题：

2.1排酸液问题，由于原来的单筒烟囱都设有集灰平台，改成湿法脱硫后，大量酸液排不出去，造成烟囱零米处湿涝涝的，酸液到处流。烟道与烟囱交接处也是流淌的酸液，使其下的囱壁腐蚀变色。

2.2烟囱内壁防腐处理的问题，防腐做法种类很多，但经的住考验的不多，有些刚处理完，不到两个月就开始渗漏。由于单筒烟囱直接腐蚀筒壁，所以问题非常严重。

2.3 烟囱筒首结冰问题，饱和烟气含水分很大，在寒冷地区，烟气刚出烟囱口遇到冷空气后，筒首结冰严重。

2.4 如何界定改造后烟囱的使用年限问题。

3. 筒壁防腐设计

老式单筒烟囱的内衬防腐做法大都是：在混凝土内壁刷一层防腐涂料（九十年代前的烟囱不刷防腐层），做80厚憎水珍珠岩保温层，耐酸胶泥砌筑240（50米以下）毫米和120（50米以上）毫米厚轻质耐酸砖。沿高度每10米设一道牛腿（个别烟囱也有做到15米）支撑耐酸砖。对于非脱硫烟囱，上述这种做法是没有问题的，非脱硫烟气温度一般为1400C~1800C度。烟气干燥，温度较高，腐蚀性不是很强。从这几年改造的老厂烟囱来看，大都是七十年代到2006年间设计的烟囱。内衬砌筑质量不好，砂浆不饱满，有些地方根本就没有胶泥，越向上走，质量越差。个别烟囱内衬是红砖，砌筑为水泥砂浆。好在非脱硫烟囱的烟温较高，烟气流速快，尽管存在这样那样的缺欠，烟囱运行还算基本正常。

但烟囱一旦经过脱硫烟气，整个环境就发生根本性变化。烟温降低，湿度加大，筒壁结露严重。在冬季，气压比较低，很多烟囱都处于正压运行状况，更加剧了烟囱的腐蚀进度。目前老厂脱硫烟囱改造大体有以下三种做法：

3.1 保留原内衬方案，在原耐酸砖上粘贴泡沫玻璃砖（或其它材料）或喷涂APC杂化聚合材料。这种做法曾一度被看好，非常受到建设单位欢迎。原因是动作小，施工进度快，造价相对较低。将原防腐内衬喷砂处理后，直接粘贴或喷涂。但时间不长问题就出来了，很多烟囱处理后不到几个月，开始渗漏，有的烟囱渗漏的非常严重。由于是单筒烟囱，酸液很快通过筒壁渗到外面，整个烟囱就像长了“癣”，成了“花”烟囱，直接腐蚀烟囱的结构部分。分析原因，应存在以下问题：问题1，原内衬砌筑质量差，再好的防腐材料贴上去，也会脱落，像人们常说的“皮之不存毛将焉附”。问题2，粘贴质量无人监管，监理、质检员等形同虚设，越往高处越无人监督，全靠工人自身觉悟，现在有些公司，安装摄像头、录像。但质量还是很难控制。上万块砖有一块出现问题，就是一个漏点，很快就腐蚀一片。人员素质是一个方面，疲劳施工也会造成质量下降。这种工艺就很难避免不出现质量问题。问题3，节点处的问题，单筒烟囱牛腿处，往往是漏酸的薄弱点。大多数烟囱都是从这开始渗漏，原有烟囱牛腿处是一道变形缝，由于外筒是混凝土结构，内衬是砖结构，变形不一致。在混凝土壁内侧每隔10米设一道牛腿支撑砖内衬，使砖内衬完全依附在混凝土壁上，随混凝土壁变形。改造时，将滴水板凿去，变形缝封死，在其表面做一个软壳后再粘贴或喷涂。由于筒壁在风载作用下变形，牛腿处封闭的防腐材料势必要开裂，造成渗漏。由于上述问题的存在，造成这种工艺屡屡失败。

3.2 拆除原内衬方案，将原有内衬、保温层全部拆除，从新粘贴，将防腐砖直接粘贴在混凝土内壁上。该方案造价高，工期长，一般建设单位不大愿意接受。但从目前改造的几个烟囱来看，效果都很好。关键要掌握以下要点：在混凝土内壁上满涂硅胶，厚度在20毫米左右，然后再粘贴防腐砖。胶起到了防腐隔绝作用，涂胶工艺比粘贴砖质量要好控制的多，粘贴砖主要是起到保温和耐冲刷作用。由于是直接粘贴在混凝土内壁上，不需要留变形缝，也解决了原设计牛腿处变形缝的问题。实际拆除内衬并不很难，210米烟囱，拆除工期在20天左右。从目前已经完工的工程看，效果还可以。

3.3 拆除原内衬，在烟囱内做一个钛钢复合板内衬，钛钢复合板内衬采用自立式，拆除积灰平台，在烟囱零米做钢烟囱基础。采用液压顶升技术，将钢烟囱分节焊接，顶置筒首，在筒身高度范围设置几道止晃层，钢材采用钛钢复合板。该方案使用效果比较好，关键要注意焊缝的施工，从目前已经完工的工程看，目前还没有出现问题。

4．排酸液问题

脱硫烟囱的排酸液问题，一直以来都被火电厂运行高度重视，由于烟气中含水量很大，在吸收塔出口处水蒸汽含量在75mg/m3左右。处理不好，烟囱周边到处是水，而且腐蚀性很强。针对这一问题，目前的解决方法有以下两种：

4.1 保留原积灰平台方案，在单筒烟囱中，一般都设计有挡烟墙，在每侧挡烟墙内，至少设计两个排酸液管（直径>300mm），地面做混凝土找坡，坡向地漏，在找坡层上涂防腐硅胶（至少20毫米厚）粘贴泡沫玻璃砖或喷涂防腐涂料（APC杂化聚合材料）。烟道接口处，做400高挡水沿。排酸管要做保温或伴热，直接将酸液排至脱硫废水池内，经处理后，可以用于灰场和煤场洒水。另一种方式是将排酸液直接送回脱硫吸收塔内。

4.2 拆除积灰平台方案，防腐内衬设计成钛钢复合板内衬，将烟道口与钢烟囱内衬直接连接，将烟囱内的酸液排入烟道内，在烟道上留排酸管。该做法与钢套筒烟囱做法基本相同。酸液的处理同上。

上述两种方案，实际是针对采用不同的防腐内衬所对应的做法。换成钛钢复合板内衬，只能采用第二种方案。粘贴泡沫玻璃砖或喷APC杂化聚合材料就只能用方案一。

5．筒首结冰问题

单筒烟囱脱硫改造后，烟气湿度增大，在寒冷地区，冬季气温较低可达-300C以下，在未设GGH装置的脱硫系统中（目前国内的大部分电厂都不上该系统，主要原因是设备的成本高，每年的运行费用高，维护成本也很高，而且经常出现问题），烟气携带大量水蒸汽，通过烟囱向大气排放，当烟气从烟囱口排出后，由450C左右陡降至-300C左右，潮湿的烟气散落在筒口的周围，迅速形成水珠，伏着在混凝土筒壁上，由于气温较低，迅速结冰，随着烟气水珠不断增加，冰溜越来越厚，有的可达1米多厚，在筒首范围达3~5米，重量可达几十吨。由于烟囱较高，坠落下来的冰溜对来往的行人造成威胁，同时也对邻近的建筑物构成威胁。

目前处理筒首结冰的方法主要有以下三种方式：

5.1 在筒首安装电加热管，加热管外径12毫米，表面为耐酸镍基不锈钢材质。加工成S形，一端钩挂在筒壁上，另一端固定在信号平台上。沿加热管垂直方向布置两道固定卡子。加热管间距100毫米，沿烟囱圆周方向设3 个加热区，每个加热区120度，每个加热区独立供电，独立控制温度。该方案的问题是：温度误差大，易出现电热管超温损坏。电热管数量较多，造成线路接头，极易发生线路故障。

5.2 在筒首安装柔性硅胶电热膜，硅胶膜具有良好的防腐功能。在其内部设置镍合金电热丝，有加热快，加热均匀，热效率高的特点。在安装电热膜前，应对筒首进行防腐处理。在防腐层表面安装硅胶电热膜。一般安装4组，每组6片硅胶电热膜。从已经运行的电厂反馈回的信息看，也存在硅胶电热膜断电问题。由于筒首太高，一但出现问题，维修非常困难。

5.3 个别电厂为解决筒首结冰问题，烟道留旁路，一旦筒首结冰较多时，利用旁路排烟，用高烟温来化冰，显然这种方法是最不可取的。

6．改造烟囱的使用年限问题

改造烟囱的使用年限问题，对烟囱内衬采用哪种方案影响很大。有些发电公司在公司内部导则中明确规定烟囱残余寿命低于10年的，不能选用钛钢复合板内衬方案。烟囱的使用寿命究竟多长？一般设计图纸中明确标注结构设计基准期50年，工艺系统设计寿命30年。从工艺角度看是30年，从土建结构角度看，应该是50年。

根据近几年，处理火电厂烟囱积累的经验来看待这个问题，应该这样理解，即便到了设计基准年限，并不等于结构就不能使用了。这时需要对结构进行全面鉴定，用现行规范的标准来衡量建筑物的残余寿命。从目前处理的烟囱看，有些烟囱已经使用了三十多年，但钢筋基本没有腐蚀，混凝土的碳化不严重，仅有6~8毫米，而配筋有一定的余量。对于这类烟囱，判定残余寿命10年，显然不合理。

在脱硫改造前，应对烟囱进行全面鉴定，根据烟囱钢筋的腐蚀情况、混凝土的碳化深度、筒身的配筋情况，综合推算烟囱的残余使用寿命。不能片面的仅凭使用年限来确定残余寿命。

7．结束

单筒烟囱的脱硫改造工程量很大，对于这类烟囱，不可能全拆除重建。如何进行改造，是关系到火电厂能否正常运行的问题。从这几年的改造经验看，单筒烟囱只要改造方案正确，严把施工质量关，是完全可以在湿法脱硫工况下使用的。同时，对于烟囱这种特殊的构筑物，应该把它当成电厂的一种设备来管理，需要定期检查维护，对发现的问题，及时处理。