火力发电厂低温脱硫后取消GGH的烟囱选材分析

一、前言
近年来，随着国家环保标准的逐步提高，国内新建火力发电厂工程都要求进行烟气脱硫处理。但在国内，烟气脱硫处理还属于起步阶段，已建成投运、且完全按烟气脱硫处理运行的大型火力发电厂工程项目不多，且大多是新建工程，运行时间较短。因此，烟气脱硫后烟囱腐蚀的调查和研究资料都较少，经验也有限。湿法烟气脱硫装置（FGD）后取消烟气烟气加热器（GGH）的烟囱防腐设计方案，国内煙囪设计标准尚无明確説明，但引起了部分业主、国内防腐厂家以及国外防腐厂家的极大关注，最近设计、咨询部门也将探讨这一问题。就我厂低温湿法脱硫不设置GGH的烟囱的论证情况，与大家交流，共同促进湿法脱硫烟囱内筒的防腐设计理想方案。
二、内筒选材
大型火电厂烟囱高度一般在210米至240米，当锅炉尾部加装湿法脱硫装置时，排放烟气为强腐蚀性烟气，根据“大火规”要求烟囱采用多管式或套筒式，排烟内筒采用耐酸材料构成。
湿法脱硫装置后不设GGH的烟气处于全结露现象，烟气中有约50℃、１００％的饱和水分进入烟囱。由于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，是一种腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。因此，必须采用耐腐蚀材质用于套筒式或多管式烟囱。另外考虑到FGD不运行时，约120℃高温烟气进入烟囱，因此，内筒选用的材质也需考虑耐高温。
经过对国内外烟囱的内筒（衬）收资学习、新材料的技术咨询和研究，防腐烟囱的做法归纳如下：
1、采用耐硫酸露点钢
石洞口第二发电厂烟囱选用日本产***41、外高桥电厂烟囱选用上钢三厂生产耐硫酸露点用钢10CrMnCu、扬州第二电厂烟囱选用上钢一厂生产耐硫酸露点用钢NS1-2。这一类电厂建设采用耐硫酸露点钢的烟囱都属于没有脱硫或脱硫后加装GGH的项目。经与上述电厂参加设计的主设人进行探讨，耐硫酸露点钢仅适用于排放弱腐蚀性烟气。
耐硫酸露点钢材质数据表：
钢种 C Mn Si Cr Cu P S Ti Sb
10CrMnCu ≤0.10 0.35/0.70 0.20/0.50 0.80/1.50 0.30/0.45 ≤0.030 ≤0.035 ≤0.15
NS1-2 ≤0.10 0.35/0.70 0.20/0.50 0.80/1.50 0.30/0.45 ≤0.030 ≤0.035 ≤0.15 0.15

2、耐酸缸砖内衬
对于砖砌内筒结构（加设GGH装置），广东沙角C厂（英国设计）240米高烟囱，采用特殊的耐酸缸砖（泡沫玻璃砖）用硅酸钾耐酸胶泥砌筑，对砖和胶泥提出了很高要求。2003年末，西北电力设计院在山西霍州第二发电厂一期工程2×300MW燃煤发电厂210m钢内筒套筒式烟囱设计中，应业主的要求在不设烟气加热系统（GGH）条件下，钢内筒内侧面加设了一层美国宾高得泡沫玻璃砖防腐层（51mm厚）。此种设计，应在从烟囱初步设计时综合考虑烟囱的地基处理承载力，对于后期改造脱硫项目不适用。
3、碳钢加防腐涂层
为了降低脱硫烟囱造价，国内许多业主和防腐厂家进行了积极研究。上海发电设备成套设计研究所从2003年11月，开始进行湿法脱硫（不加GGH）烟囱内衬防腐研究，提出了采用在普通碳钢板上热喷涂金属基涂层（高铬耐蚀合金）+有机涂料（乙烯基脂树脂玻璃鳞片）的复合防护涂层体系（简称MT涂层体系），达到脱硫低温排烟防磨防腐目的。
4、全玻璃钢材料
国外使用玻璃钢（FRP）做为化工厂或脱硫电厂排烟烟囱内筒较多，玻璃钢（FRP）耐热性能在150℃左右，耐腐蚀性能良好，采用FRP烟囱在日本1050MW机组带GGH湿法脱硫项目中和波兰800MW机组不带GGH湿法脱硫项目中均有。IHI脱硫项目在保加利亚项目也有采用FRP烟囱经历。
5、复合钛板及强耐腐蚀钢材料
取消烟气加热系统（GGH）后采用钛材面层的脱硫烟囱烟气防腐蚀措施在国际上早有先例，并写入国际烟囱设计标准中。国内江苏省华润电力常熟第二发电厂3×600MW超临界燃煤发电机组脱硫岛（无GGH），三管烟囱的钢内筒采用普通Q235B钢板与1.2 mm厚钛板复合而成的复合板方案。福建省漳州后石电厂6×600MW燃煤发电机组，二座钢内筒多管式烟囱的钢内筒内表面，都设计挂贴1.6毫米的钛板或镍板。
目前，与钛板的材料性能相近的强耐酸钢有6Mo钢（20Cr-***i-6Mo）和哈氏合金（Hastelloy）C276。
耐腐蚀合金钢材质数据表：
钢种 C Mn Mo Cr Cu P S Si C0 Ni N Fe
6Mo钢 ≦0.020 ≦0.080 5.50-6.50 19.0-21.0 0.5-1.0 ≦0.030 ≦0.015 17.0-19.50 0.16-0.24
C276 ≦0.010 ≦1.00 ≦14.5 - ≦0.04 ≦0.03 ≦0.08 ≦2.5 ≦15.0 4.0-7.0

三、不同方案经济比较（Ø7m×220m烟囱）
1、MT涂层防腐
单根内筒按面积5300m2计算（Ø7m×220m），MT涂层费用636万元(1200元/m2包括施工费)；钢筒基体材料按14mm厚计算，约530t，254.4万元（按4800元/t计），钢筒施工费约90万元（含外壁油漆）。
内筒总造价约：636+254.4+90=980.4(万元)。
2、全玻璃钢
根据IHI提供保加利亚项目采用FRP（日本进口材料）烟囱Ø8.5m×90m,板厚7.5mm—11.5mm（至上而下），价格2100万元，现场制作。计算平均价格0.7838元/m2 ，折算Ø7m×220m烟囱，2100/（8.5×3.14×90）×（7×3.14×220）=4227万元。
3、6Mo钢复合材料
1.6mm厚6Mo钢+10mm碳钢板，目前国际价格10美元/kg。折算Ø7m×220m，（5300×0.0116×7.8）×1000×82. 7=3965.8万元/根，施工费约90万元（含外壁油漆）,总计4055.8万元。
4、C276合金钢
哈氏合金也称Ni基合金钢（日本钢号C276）比6Mo钢价格高50%。
总价：4055.8×50%=8111.6（万元）。
5、复合钛板
爆炸-轧制复合钛板（代号BR2），按12mm+1.2mm（Q235B+钛）、目前市场价格38元/kg，折算Ø7m×220m，（5300×0.0132×7.8）×1000×38=2073.6万元，接缝用钛条和焊条约120万元，施工费约90万元（含外壁油漆）。
总价：2283.6万元。
四、结论
烟囱内套筒材料选择，从施工和长期安全运行方面考虑，采用复合金属材料较为合适。其中，复合钛板因价格适中、业绩广泛而大量采用。
全玻璃钢材料造价较高，根据国外设计经验，要求采用质量过关的进口材料（如进口日本富士化工产品），国内还没有业绩。MT涂层体系具有造价低的特点。相比采用复合钛板钢内筒方案，单根烟囱内筒造价降低一半费用。MT涂层体系是属于新工艺、新设计，厂家承诺10年寿命，目前，暂无实际运行业绩和国内权威部门试验、检测数据支持。
五、結束語
由于我厂已完成烟囱桩基和外筒施工，对于钢内筒加泡沫玻璃砖防腐，由于外筒的承载力设计已定，已否决此方案。对于新建电厂采用此方案，必须对内筒防止烟气渗漏有可靠的措施，泡沫玻璃砖砌缝用硅酸钾耐酸胶泥必须采用进口材料。
对于新建电厂锅炉选型时，如果考虑采用湿法脱硫，設置GGH应考虑锅炉排烟温度，不能低于135℃，否则，换热效率低，GGH换热面积过大，战地面积和初投资较大。
由于烟囱内筒结构的特殊性，烟囱的运行应考虑长期和稳定，不希望中途由于腐蚀严重而进行更换（施工难度大）。因此，取消FGD后GGH的烟囱内筒的选材应从长期运行安全的角度考虑、在经济比较较为合理的基础上选择。