关于嘉兴电厂二期烟囱防腐蚀改造及烟雨治理项目的几点建议和看法

关于嘉兴电厂二期烟囱防腐蚀改造及烟雨治理项目
的几点建议和看法
一、简介
浙江浙能嘉兴发电有限公司（以下简称嘉兴电厂）二期工程为4×600MW 燃煤机组，烟囱结构为高度240m、内经6.0m钢内筒。

在加装湿法烟气脱硫装置时，采用内贴玻化砖的防腐蚀体系，防腐蚀层理论厚度53mm（玻化砖50.0mm，粘接剂3.0mm），分别在2008年9月22日至2009年3月16日之间投入使用。

该项目烟气脱硫工程投产时间不到一年，钢内筒即出现局部腐蚀、渗漏现象，经过承包商修复处理，效果并不明显并且腐蚀逐步加重。

同时，还伴随较为明显的烟囱雨现象，烟囱周围一定范围内，经常有烟囱雨和脱硫石膏等软固体状物质飘洒，既对周围其他构筑物带来严重腐蚀，也影响到厂区一定范围内地面和构筑物的表面观瞻。

为了彻底解决上述问题，电厂决定对烟囱进行防腐蚀维修，并加装烟气加热装置（GGH），力求彻底解决烟囱腐蚀问题和石膏雨问题。

下面内容，是根据我们收集到的嘉兴电厂二期工程的不完整资料，依据我们对烟囱防腐、烟气脱硫、电厂运行等方面的技术知识所提出的几点建议和看法，供有关领导参考。

如果业主方认为这些建议有利于解决嘉兴电厂所面临的棘手问题，可提供详细资料，我们将依据详细资料，编制出详细的建议方案，彻底解决嘉兴电厂的烟囱腐蚀、石膏雨问题，同时为嘉兴电厂提供切实可行的烟气余热利用问题。

二、关于嘉兴电厂二期烟囱问题的简要分析及建议
2.1 烟囱腐蚀问题及解决建议
2.1.1 烟囱防腐蚀问题简要分析
嘉兴电厂二期钢烟囱防腐蚀方案为“国产硅橡胶粘接剂粘贴国产玻化砖”。

类似的防腐蚀方案已在众多电厂钢内筒防腐蚀项目上出现严重问题（大唐南京电厂只使用了2个月即重新进行防腐施工、上海外三和漕泾电厂使用了1年多后进行局部维修、宁波北仑电厂也使用了不到2年即进行局部重修、大唐长春三热使用了不到2年已出现多处腐蚀穿孔，正在安排维修，等等。

）。

该防腐蚀方案的主要问题如下：
1）、国产硅橡胶粘接剂的耐腐蚀性能很差，不能承受脱硫湿烟气环境下的湿烟气和脱硫冷凝水的腐蚀，使用寿命很短；
2）、玻化砖防腐蚀方案需要防腐蚀工人采用手工作业，用配制好的粘接剂将玻化砖一块一块地粘贴到烟囱内壁上。

由于国内防腐蚀施工单位责任性较差，对工程质量管理不严，导致相当多的玻化砖背面、砖缝处未能填满粘接剂，为
脱硫湿烟气和脱硫冷凝水提供了渗透通道；
3）、该烟囱的防腐蚀方案存在严重缺陷，对粘接剂的用量设计过低（2008年～2010年间，相当多的发泡块材防腐蚀体系，粘接剂的用量只有6.5kg/m2～7.0kg/m2），不能达到在玻化砖背面和砖缝之间形成不低于3.0mm粘接剂防腐蚀层的材料用量要求；
4）、该项目烟囱内径设计过小，导致烟气流速过高，对钢烟囱内防腐蚀层的冲刷作用过强，导致本来就防腐蚀性能不足的防腐蚀体系，加速破坏。

2.1.2 烟囱防腐蚀改造建议
对于600MW燃煤机组，一般国内同等规模的燃煤机组烟囱，根据煤种、所处环境条件的不同，其内经一般在7.0m～7.3m之间。

要解决钢内筒的防腐蚀问题，必须从耐腐蚀性能、对烟气流速的适应性能等方面进行综合考虑：
1）、如果条件允许，建议适当扩大钢内筒的内经，降低烟囱流速，为烟囱防腐蚀提供较好的烟气流速条件；
2）、如果实际条件不允许，则建议铲除现有的玻化砖，对已腐蚀穿孔、过度减薄的钢内筒部位进行修补之后，采用性能优异的涂料类防腐蚀材料进行内防腐。

这样可增加钢内筒内部的过流截面积（此方法可扩大钢内筒直径约100mm～105mm），可在一定程度上降低烟囱内部的烟气流速。

2.2 关于烟囱雨、石膏雨
2.2.1 烟囱雨、石膏雨成因的简要分析
这一问题的形成原因比较复杂，一般而言可能有如下几个方面的因素：1）、钢内筒内径过小。

烟囱内径过小，导致烟气流速过大，使得本来能够在烟囱积灰平台等部位沉积下来的烟气冷凝水、石膏等，被高速烟气夹带之烟囱上口之外，飘落到烟囱周围。

美国电力研究院在对美国60多座电厂的脱硫机组和烟囱运行情况进行多年跟踪调研之后，提出了不同防腐蚀材料的建议烟气流速。

其中发泡砖防腐蚀方案中烟气流速最佳值为15～18m/s，并且经过试验研究发现，如果在发泡砖表面的烟气流速超过23m/s，就会出现脱硫烟气冷凝水的二次夹带现象，形成烟囱雨。

据我们调查，该项目4根钢烟囱的出口烟气流速超过32.0m/s，是美国电力研究院建议值的近1倍，也远远超过了产生烟气冷凝水二次夹带的临界烟气速度，产生烟囱雨、石膏雨就成为必然。

2）、脱硫塔除雾器除雾效果差。

除雾器的功能在于将已脱硫烟气中夹带的较大水滴、石膏滴等从脱硫湿烟气中清除。

嘉兴电厂二期脱硫除雾器肯定存在除雾效果差的问题，导致很多本应该被清除的较大水滴、石膏滴继续存在于除雾器之后的脱硫湿烟气中，并被高速流动的湿烟气，一路夹带之烟囱上口之外。

3）、脱硫塔内径过小。

由于在进行脱硫项目招标时，投标单位为了降低报价，一般均尽量降低脱硫塔的内径，将塔内烟气流速设计在上限流速范围附近，一旦由于煤种变化或者煤炭燃烧值下降而导致煤炭消耗量增加，就会出现塔内烟气流速超限，连带地导致除雾器效能下降、净烟道和烟囱内部烟气流速上升。

4）、原烟气入塔温度过高。

原烟气入塔温度过高，一方面会导致脱硫塔内部烟气体积膨胀，另一方面还会导致塔内脱硫石膏水中部分水分的汽化、起泡，这2种因素均会导致塔内烟气流速过高，除雾器效能下降，同时也会增加脱硫湿烟气中的水分含量，其结果是必将导致净烟道和烟囱内的烟气流速加快。

2.2.2 解决问题的途径（计划加装GGH）
由于还没有电厂提供的第一手在资料，仅仅就我们调查得知，嘉兴电厂计划在净烟道上加装GGH，通过提高烟气温度来解决烟囱雨、石膏雨的问题。

从我们的角度来看，此法不可取。

主要有如下几点：
1）、GGH并不能解决钢烟囱的腐蚀问题；
2）、GGH虽然能够提高烟气温度、解决烟囱雨问题，但是，从气体体积与温度的相对关系可以看出，在烟气质量不变的前提下，烟气温度升高必将导致烟气的体积膨胀，这就会进一步加快钢烟囱内的烟气流速，对钢内筒的防腐蚀层非常不利；
3）、如果没有其他技术措施配套，加装GGH后不但不能解决石膏雨的问题，反而会由于烟气流速的加快而导致石膏雨更为严重，只是可能将软膏状石膏雨变为石膏块的形式落地；
4）、加装GGH会带来沉重的财务负担。

国内10多年湿法烟气脱硫的大量案例表明，传统的GGH使用寿命非常有限而运行费用巨大。

国内在脱硫初期加装的GGH，均在较短的时间内出现严重堵塞、腐蚀等问题，导致GGH在较短时间内报废。

例如，到目前为止，进口GGH的最终使用寿命一般在8～10年左右，免维护寿命一般只有4年左右，即需要频繁地维护施工，因此最早安装GGH的珞璜电厂二期机组，在2009年进行FGD大修时，就拆除了原来的进口GGH 改为湿烟气排放；而国产GGH的性能更差，免维护使用寿命一般还不到1年即需要频繁的维修施工，同样是国内某知名脱硫公司建造的GGH用于珞璜电厂三期机组，仅仅使用了4500小时，即进入频繁维修期，平均每3天就会穿孔1次！
基于上述2种来源GGH的使用情况均较差，国内燃煤电厂几乎不再加装GGH（除非是城区电厂由于烟气扩散的需要）。

2.2.3 其他途径
国华台山电厂、国华太仓电厂等认为加装GGH后，不仅设备投资太大，而且运行维护费用太高、腐蚀严重，因此另辟蹊径，通过在净烟道混合区引入
大约15%的空预器二次风来提高经烟气温度至70℃左右的办法，解决烟囱雨、石膏雨问题，该办法将导致锅炉效率下降大约0.67%。

也有几位国内脱硫专家认为，脱硫系统净烟道不应加装GGH，请参见附件：《石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺不宜安装烟气换热器200511》。

三、我们的建议方案–回收烟气余热、彻底根治烟囱雨
通过对燃煤烟气的能量特点、石灰石–石膏法烟气脱硫工艺理论、脱硫后湿烟气的腐蚀性及防腐蚀材料性能等的深入研究，我们发现，嘉兴电厂二期机组烟囱目前存在的烟囱雨、石膏雨问题，可以通过从改变烟气的入塔温度、改造除雾器、加装耐腐蚀性能优异的新型GGH、采用合理的钢内筒防腐蚀方案等途径，彻底地解决嘉兴电厂二期机组的烟囱雨、石膏雨问题，同时还会在一定程度上降低这些机组的单位电量能耗，一举两得！
我们的基本设计方案是：采用耐腐蚀性、导热性能优异的材料制造GGH，用于加热净烟气至80℃左右，然后采用同类材料制造烟气余热利用装置，将原烟气的剩余热量加热锅炉回水加以利用，从而将原烟气的入塔温度降低至50℃～60℃。

该材料以进口可焊接聚四氟乙烯为基础材料，通过特种导热材料的改性处理，使得其导热性达到铜材的水平，同时还保留了聚四氟乙烯的优异耐腐蚀性能、很好的耐热性能、优异的不粘附性能，彻底解决了传统式GGH所用导热材料在使用过程中由于表面积灰而带来的导热性能下降和表面结露而带来的严重腐蚀问题，其使用寿命预计将是进口传统式GGH的2倍以上！
该方案的基本原理早已众所周知，但是该导热材料则是我们在国际首创！
3.1 烟气余热回收与新型GGH
目前国内电厂湿法脱硫时原烟气的入塔温度一般在100℃～130℃，即使是加装了传统式GGH的机组，其入塔温度也是在此范围内。

由于此时原烟气已处于SO3的结露温度区，导致传统式GGH、烟道等出现严重腐蚀。

因为传统式GGH一般采用耐腐蚀型不锈钢、ND钢、钢材表面搪瓷等材料作为GGH的传热结构材料。

已有大量的工程实践和试验表明，这些材料根本不能彻底解决SO3的腐蚀问题，这就是传统式GGH使用寿命短的根本原因。

国内已有实际脱硫工程的测试表明，这一原烟气入塔温度并不能使得脱硫效率达到最佳值，因为湿法脱硫中的SO2气体吸收过程属于放热过程，对于烟气温度，理论上进入吸收塔的烟气温度越低，越利于S02气体溶于浆液，形成HS03—，因此吸收温度相对越低越有利于吸收。

但是，如果将原烟气的入塔温度降到脱硫反应的最佳温度，例如50℃～60℃，就会达到如下效果：
1）、回收大量的随高温原烟气排放的能源：如果没有GGH的消耗，可使得600MW级机组节省煤耗达4～5g/kw.h；
2）、明显提高脱硫效率：由于原烟气温度大幅度降低，可明显减少单位时
间内进入脱硫塔的烟气体积，降低塔内烟气流速，使得原烟气在塔内停留时间延长、流速降低，脱硫剂与原烟气的接触时间延长，预计可使得脱硫效率提高2%以上；
3）、改善脱硫后的烟气质量：由于原烟气入塔温度显著降低，在相应减小单位时间内入塔原烟气的体积的同时，由于原烟气温度的降低还导致脱硫剂中水分蒸发量降低、脱硫剂起泡程度降低，使得进入喷淋管与除雾器之间空间的已脱硫烟气流速降低、水分和石膏成分相应降低；
4）、明显改善除雾器的除雾效率：由于进入除雾器的已脱硫烟气质量的提高、流速降低，在不改变除雾器现状的条件下，可明显改善除雾效果，在一定程度上降低净烟气中较大水滴、石膏滴的含量；
5）、显著降低钢内筒内部的烟气流速：由于前述原因导致的烟气量降低，在钢内筒横截面积不变的条件下，钢内筒内的烟气流速必将随之降低，有利于减少被烟气夹带的水滴和石膏滴的量，明显改善烟囱周围的环境条件；
3.2 改造除雾器
目前国内脱硫塔内的除雾器一般为PVC材质、屋脊式除雾器，除雾效果较差。

为了彻底解决烟囱雨、石膏雨问题，需要对除雾器进行改造。

3.3 钢内筒防腐蚀改造
如前所述，国内已有大量采用玻化砖防腐蚀体系的钢烟囱在较短时间内出现了严重腐蚀，该项目4根钢内筒必须进行防腐蚀维修。

基于该项目钢内筒内径严重偏小的现实，如果不能重建内径较大的钢内筒，则建议拆除现有玻化砖防腐蚀层，改用耐腐蚀性能优异的涂料作为防腐蚀材料，这一改变又可以为钢内筒提供一定量的过流横截面积，相应会在一定程度上降低烟气流速。

3.4 小结
1）、上述方案，从燃煤电厂烟气运行特点和烟气脱硫工艺的基本理论着手，逐步解决各阶段影响湿烟气带水、带石膏浆问题的关键点，从而确保整体技改工程的最终成功。

2）、据我们调查，国内大量电厂之所以在同类问题上屡屡不能解决问题，其关键问题是未能抓住问题的实质，头痛医头、脚痛医脚的结果。

四、总结
依照我们的相关工程经验，如果同时采取如上三个方面的技术改造方案，可以达到如下效果：
1、彻底解决嘉兴电厂二期机组目前存在的钢内筒严重腐蚀、烟囱周围飘烟囱雨、石膏雨问题；
2、给嘉兴电厂节约大量的能源，每年可节约煤耗近8万吨标煤（按照机组利用时数6000小时、不设GGH计算，每台机组可节煤1.8万吨以上），按照同类试点工程投资计算，投资回报期不超过2年！
3、上述技改方案，既解决了嘉兴电厂厂区内的局部环保问题，还使得嘉兴电厂在节能环保方面走到国内同行的最前列！
参考资料
前面提到了我们建议方案采用烟气余热利用技术，采用国际先进的可焊接聚四氟乙烯材料制作换热器，一方面用来加热净烟气，使其达到80℃左右的温度，从而在采取其他措施来降低烟囱雨、石膏雨含量之后，再次通过提高烟气温度，彻底根除烟囱雨、石膏雨的技术方案。

实际上，我们的建议方案中，包含2个方面先进技术的综合利用：烟气余热利用技术、导热性能优异的可焊接四氟乙烯材料导热技术。

其中我们的关键技术在于：使得可焊接聚四氟乙烯在确保耐腐蚀性能、耐温性能、不粘附性能的条件下，使得其导热系数达到接近铜材的导热水平，即400W/(m.k)，而普通聚四氟乙烯为导热性很差的材料，导热系数只有0.18～0.21 W/(m.k)。

这2种技术在国内均有公开出版物上发表的科技论文、有关案例做支持，请参阅相关附件：
1、关于烟气余热利用技术：请参阅我们提供的附件资料包：《烟气余热利用技术——参考资料》；
2、关于可焊接聚四氟乙烯换热技术：请参阅我们提供的附件资料包：《聚四氟乙烯换热器- 参考资料》。

3、华电百年电力股份有限公司（龙口电厂）烟气余热利用项目案例简介
这三个燃煤机组的烟气余热利用案例，为避免低温烟气时SO3的结露腐蚀，采用分体式换热器，并且烟气温度均在90℃以上。

＊山东百年电力二期4＃炉220MW低温省煤器改造工程简介该工程是对百年电力4#炉进行低压省煤器加装改造的工程。

该工程竣工后，经过实际运行测试，低压省煤器出口烟温在92～95℃时机组热效率提高最大，热效率相对提高可达1.6045％。

按修后试验220MW工况发电煤耗率310.01g/kw.h计算可降低煤耗率为4.9741g/kw.h。

本工程项目投运后，年节煤6000多吨,节水15.3万吨，同时减少二氧化碳排放近1.3万吨，项目的全部投资仅需约一年半即可收回，具有可观的经济效益和社会效益。

该工程于2009年4月投入运行，是国内首套投入商业运行的锅炉烟气余热回收及脱硫岛深度节能系统。

主要技术指标：
机组功率MW 220
烟气流动阻力Pa 570
进口烟气温度℃145
出口烟气温度℃90
传热量KJ/Kg 609.1
热效率相对提高% 1.6045
煤耗率降低g/kwh 4.9741
年节约标煤吨6565.8
年节约水量万吨15.3
投资回收年限年 1.6
＊山东百年电力三期5＃炉220MW低温省煤器改造工程该工程是对百年电力三期5#炉进行低压省煤器加装改造的工程。

该工程竣工后，热效率相对提高1.6726％，可降低煤耗率5.19g/kwh。

本工程项目投运后，年节煤6000多吨，节水15.8万吨，同时减少二氧化碳排放1.51万吨，项目的全部投资仅需约一年半即可收回，具有可观的经济效益和社会效益。

该工程于2010年6月竣工。

主要技术指标：
机组功率MW 220
烟气流动阻力Pa 560
进口烟气温度℃151
出口烟气温度℃99
传热量KJ/Kg 700.5
热效率相对提高% 1.6726
煤耗率降低g/kwh 5.19
年节约标煤吨6844
年节约水量万吨15.8
投资回收年限年 1.5
＊山东百年电力三期6＃炉220MW低温省煤器改造工程该工程是对百年电力三期6#炉进行低压省煤器加装改造的工程。

该工程竣工后，热效率相对提高1.2893％, 可降低煤耗率4.01g/kwh。

本工程项目投运后，年节煤5000多吨，节水14.2万吨,同时减少二氧化碳排放1.16万吨，项目的全部投资仅需约一年半即可收回，具有可观的经济效益和社会效益。

该工程于2010年6月竣工。

主要技术指标：
机组功率MW 220
烟气流动阻力Pa 530
进口烟气温度℃145
出口烟气温度℃96
传热量KJ/Kg 634.2
热效率相对提高% 1.2893
煤耗率降低g/kwh 4.01
年节约标煤吨5293
年节约水量万吨14.2
投资回收年限年 1.5。