煙囪脫硫是一種新型煙囪技術，即利用旋渦流動的空氣動力學特點，妥善地解決了濕法脫硫後煙囪內壁的腐蝕問題。同時，新型煙囪還具有更好的節能、環保效果。系統地論述了新型煙囪技術的基本內涵、主要技術優勢、設計要點與運行原理，從空氣動力學原理和工程實踐兩方面說明新型煙囪技術的合理性與實踐可行性！
基本介紹
- 中文名：煙囪脫硫
- 技術類型：煙囪技術
- 利用：旋渦流動的空氣動力學
- 特點：節能、環保效果
煙囪脫硫,主要作用,主要措施,煙囪由來,主要分類,施工方法,脫硫中防腐,
煙囪脫硫
主要作用
煙囪的主要作用是拔火拔煙，排走煙氣，改善燃燒條件。高層建築內部一般設定數量不等的樓梯間、排風道、送風道、排煙道、電梯井及管道井等豎向井道，當室內溫度高於室外溫度時，室內熱空氣因密度小，便沿著這些垂直通道自然上升，透過門窗縫隙及各種孔洞從高層部分滲出，室外冷空氣因密度大，由低層滲入補充，這就形成煙囪效應。煙囪效應是由室內外溫差形成的熱壓及室外風壓共同作用的結果，通常以前者為主，而熱壓值與室內外溫差產生的空氣密度差及進排風口的高度差成正比。這說明，室內溫度越是高於室外溫度，建築物越高，煙囪效應也越明顯，同時也說明，民用建築的煙囪效應一般只是發生在冬季。就一棟建築物而言，理論上視建築物的一半高度位置為中和面，認為中和面以下房問從室外滲入空氣，中和面以上房間從室內滲出空氣。
在煙囪效應的作用下，室內有組織的自然通風、排煙排氣得以實現，但其負面影響也是多方面的：首先，風沙通過低層部分各種孔洞、縫隙吹入室內，消耗熱量並污染室內；其次，風通過電梯井由底層廳門入口被抽到頂層的過程中，導致梯門不能正常關閉；第三，當發生火災時，隨著室內空氣溫度的急劇升高，體積迅速增大，煙囪效應更加明顯，此時，各種豎井成為拔火拔煙的垂直通道，是火災垂直蔓延的主要途徑，從而助長火勢擴大災情。有資料顯示，煙氣在豎向管井內的垂直擴散速度為3-4m/s，意味著高度為100m的高層建築，煙火由底層直接竄至頂層只需30s左右。如果燃燒條件具備，整個大樓頃刻問便可能形成一片火海。為有效減弱煙囪效應產生的負面影響，可採取以下一些措施。
主要措施
1．在冬季，空氣主要是通過各種外門從底層流入室內，最直接的方法是將建築通向外界的所有門，儘可能地設定成兩道門、旋轉門、加裝門斗或在外門內側設定空氣幕等，這對於大廳門尤為必要，對於那些次要通道連同地下停車場的外門口等，在冬季也要裝門，至少應增掛厚門帘。在冬季，電梯井頂部的通風孔應適當向小調整或關閉。
2．對於已採暖的建築物，儘量不使低層部分的室內溫度高於高層部分。
3．當火災發生時，不僅在任何季節通過各類豎井產生煙囪效應，而且還可能在小範圍內通過穿越樓板的空調管道，甚至是一些不引人注意的孔隙產生煙囪效應。對此，《高層民用建築設計防火規範》(GB50045-1995)有以下明確規定。
煙囪由來
煙囪是一種排除工具，用來排除由火引起的氣體或煙塵。是一種把煙氣排入高空的高聳結構。能改善燃燒條件，減輕煙氣對環境的污染。
煙囪的由來
煙囪是最古老、最重要的防污染裝置之一。煙囪的發明極早。當原始人發現火時，同時發現了這樣一個道理：哪裡有火，哪裡必有煙。最早的煙囪即是室內的通氣孔。當把“火”帶進室內做飯和取暖時煙也隨之而入。這就迫使人們不得不設法在屋頂和牆壁上開些通氣孔，以此來驅除屋內的煙霧。這種方法作為一種規範的人類實踐活動已保留了幾十萬年。人類曾花了很長的時間來改進大煙囪。過去學術界普遍認為：人類文明的發源地埃及和美索不達米亞氣候溫暖，因而家庭取暖也就沒有成為一個緊迫的問題。最後，一個法國考察隊宣布他們在幼發拉底河上游挖掘龐大的廢墟城市馬里時，發現了一座配備著許多煙囪的約有4000 年歷史的宮殿。從而使上述觀點得到改變。誠然，羅馬人在發展設計新穎的熱氣取暖系統時，也大大地改進了煙囪。但目前流行的觀點仍認為，“煙囪”這一慨念是1200 多年前由敘利亞人、埃及人以及猶太商人從東方引入西歐的。
目前，中國最高的單筒式鋼筋混凝土煙囪為210米。最高的多筒式鋼筋混凝土煙囪是秦嶺電廠 212米高的四筒式煙囪。現在世界上已建成的高度超過 300米的煙囪達數十座，例如米切爾電站的單筒式鋼筋混凝土煙囪高達368米。
主要分類
一般有磚煙囪、鋼筋混凝土煙囪和鋼煙囪三類。
其材質一般分為幾種：鐵質、石棉、陶質，這幾種一般用在小的場所，如家庭、辦公室等。
另外還有用磚頭建造的，多為圓柱替，上細下粗，一般用在工業的大廠房，如大鍋爐、冶煉廠等。
施工方法
在碳鋼基層上使用：
①先將表面除油去污，之後再進行除銹，除銹等級應滿足不低於Sa2.0或St3標準。在銹面清理乾潔後，用VEGF樹脂打底，待乾後施工。
②用手工泥刀刮鏝成1-2mm(每道)厚的VEGF膠泥層，數小時後即硬化，再按設計要求施工至規定厚度。一般在每塗1mm厚度時進行檢測，以確認塗層是否有針孔及其它瑕疵。
③在彎角或形狀突變處適當增加厚度，或同FRP複合使用。
④用VEGF樹脂罩面一至二道。
⑤VEGF鱗片膠泥塗層質量控制。VEGF鱗片膠泥塗層的質量好壞直接影響其耐腐蝕性能和使用壽命，因此應對VEGF鱗片膠泥塗層的質量加以嚴格控制。一般情況下，塗層的最終檢測項目主要有：外觀缺陷、硬度、針孔測試、厚度測試、錘擊檢查等。
表2.3.5.2 膠泥用量表
品 種 規 格用 量 (KG/M2)
底塗(每道)膠泥層 (1mm厚)面塗(每道)
金屬面VEGF-1-M0.20～0.251.4～1.60.25
VEGF-2-M0.15～0.201.3～1.50.20
4)耐蝕鱗片膠泥內襯工程套用
表2.3.5.3 VEGF鱗片膠泥在濕態氣體FGD中的套用
裝 置 名 稱腐 蝕 條 件防 腐 蝕 處 理 規 范
進料管SO2氣體等，150℃或低於150℃VEGF襯裡，FRP
SO2氣體等，150℃-200℃高溫塗料
冷卻塔SO2氣體等，≤150℃VEGF襯裡
快速冷卻塔SO2氣體等，150 - 200℃VEGF -耐火磚
SO2氣體等，200 - 300℃VEGF -耐火磚
SO2氣體等，500 - 700℃VEGF -耐火磚
循環槽H2SO3，H2SO4霧等，60 - 90℃VEGF襯裡，FRP
吸收塔pH = 3 - 12，60 - 80℃VEGF襯裡，橡膠襯裡
pH = 3 - 12，150℃VEGF襯裡
pH = 3 - 12，250℃VEGF襯裡-耐火磚
循環塔pH = 4 - 14，60 - 80℃VEGF襯裡，橡膠襯裡，FRP
酸霧分離器SO2，H2SO4霧，60 - 70℃VEGF襯裡，FRP
濃縮器pH = 3 - 12，60 - 70℃VEGF襯裡，橡膠襯裡，FRP
氧化塔pH = 3 - 12，60 - 80℃VEGF襯裡，VEGF-FRP
管道橡膠襯裡，FRP
輸送管≤100℃VEGF襯裡，FRP
100 - 150℃VEGF襯裡，FRP
化學貯罐室溫- 60℃VEGF襯裡，橡膠襯裡，FRP
江西貴溪冶煉廠的脫硫煙道：代替原來從日本進口的鱗片膠泥材料使用，經多年使用後未能有異常情況出現。山東某工程公司的FGD設備：採用高溫型VEGF鱗片膠泥材料，製作長期使用溫度達170℃的FGD裝置，根據運作情況表明性能良好。
脫硫設備上套用較多，國外電廠煙囪早期有套用，現已較少採用。國內電廠煙囪尚無套用。
2.3.6防腐塗料層+耐酸澆築料
1)防腐塗料層、耐酸澆築料
鋼內筒內表面先塗刷防腐塗料層再加澆耐酸澆築料，耐酸澆築料層內一般配置與鋼內筒相連結的鋼絲網。
防腐塗料層為OM Ⅰ型防腐塗料。
2)防腐塗料層、耐酸澆築料耐腐蝕性能
此方案，防腐襯料的施工條件較差，質量控制較難。而且設計對防腐襯料要求較高，不能產生細微的裂縫，以免煙氣滲入對煙囪鋼內筒產生腐蝕。
多管式鋼內筒煙囪，鋼內筒內澆築防腐襯料方案投資在多管式鋼內筒煙囪方案中最低。
由於煙氣不可避免對防腐襯料產生腐蝕，此類煙囪需定期對鋼內筒進行檢修和維護。根據日本國的經驗，一般十幾年就需對防腐襯料重新修補施工。
3)防腐塗料層、耐酸澆築料內襯構造
鋼內筒由厚度為10～18mm的鋼板捲成弧形後焊接而成。鋼內筒外面沿高度每6m左右間隔設定一個鋼性環（T型鋼或加勁角鋼）。在檢修平台和吊裝平台標高處設有鋼內筒穩定裝置，以保證鋼內筒的橫向整體穩定。鋼內筒採用耐硫酸*腐蝕鋼板，在鋼內筒結構設計計算時，預留2mm厚度的腐蝕富裕度。
4)工程套用
國內北侖港電廠#1、#2 (600MW)機組（未脫硫）採用耐酸耐熱料、韓城第二發電廠新建600MW機組（脫硫）採用鉀水玻璃耐酸砂漿層內貼陶瓷耐酸板。這種耐腐做法的煙囪，日本國在有塔架及無塔架式鋼煙囪上套用較多。
脫硫中防腐
概述
火電廠濕法煙氣脫硫環保技術因其脫硫率高、煤質適用面寬、工藝技術成熟、穩定運轉周期長、負荷變動影響小、煙氣處理能力大等特點，被廣泛地套用於各大、中型火電廠，成為國內外火電廠煙氣脫硫的主導工藝技術。但該工藝同時具有介質腐蝕性強、處理煙氣溫度高、SO2吸收液固體含量大、磨損性強、設備防腐蝕區域大、施工技術質量要求高、防腐蝕失效維修難等特點。因此，該裝置的腐蝕控制一直是影響裝置長周期安全運行的重點問題之一。本文力求通過對火電廠濕法脫硫裝置腐蝕介質及環境的分析，明確濕法煙氣脫硫裝置腐蝕介質及環境的特點，結合我國現有防腐蝕技術水平，總結國內外濕法脫硫裝置防腐蝕實踐經驗，提出實用、經濟、安全的防腐蝕對策。; E! ~! c3 K B' v6 Z" `9 J5 F
濕法煙氣脫硫裝置的腐蝕機理
煙氣脫硫裝置中的腐蝕源主體為煙氣中所含的SO2。當含硫煙氣處於脫硫工況時，在強制氧化環境作用下，煙氣中的SO2首先與水生成H2SO3及H2SO4，再與鹼性吸收劑反應生成硫酸鹽沉澱分離。而此階段，工藝環境溫度正好處於稀硫酸活化腐蝕溫度狀態，其腐蝕速度快，滲透能力強，故其中間產物H2SO3及H2SO4是導致設備腐蝕的主體。此外，煙氣中所含NOX、吸收劑漿液中的水及水中所含的氯離子（海水法氯離子腐蝕影響更大）對金屬基體也具有腐蝕能力。5 s0 w7 P" W# m4 q
稀硫酸屬非氧化性酸，此類酸對金屬材料的腐蝕行為巨觀表現為金屬對氫的置換反應。從腐蝕學理論上可解釋為氫去極化腐蝕過程（亦稱析氫腐蝕）。就常用材料碳鋼及不鏽鋼而言，兩種材料在稀硫酸環境中均處於活化腐蝕狀態，但腐蝕機理又略有不同。碳鋼在稀硫酸或其它非氧化性酸溶液中的腐蝕屬於陽極極化及陰極極化混合控制過程。這是因為鐵的溶解反應活化極化較大，同時氫在鐵表面析出反應的過電位也較大，故兩者同時對腐蝕過程起促進作用, 導致腐蝕速度加快。而不鏽鋼在稀硫酸中的腐蝕屬於陽極極化控制過程，這是因為不鏽鋼在稀硫酸介質中仍能產生一定程度的鈍化，金屬離子必須穿透氧化膜才能進入溶液，因此陽極極化作用大於陰極極化。但在煙氣脫硫中，仍有幾種變化影響：一是在濕法煙氣脫硫中，為保證生成物結晶效果，必須強制氧化。當介質中有富氧存在時，不鏽鋼表面上的鈍化膜缺陷易被修復，因而腐蝕速率降低。但因同時具有固體顆粒磨損作用及介質Clˉ存在，其鈍化膜易被Clˉ或固體顆粒磨損作用破壞，從而使腐蝕速率大大增加。Clˉ的破壞原因可能是由於Clˉ具有的易氧化性質導致的。Clˉ容易在氧化膜表面吸附，形成含氯離子的表面化合物，由於這種化合物晶格缺陷較多，且具有較大的溶解度，故會導致氧化膜的局部破裂。此外，吸附在電極表面的離子具有排斥電子能力，也促使金屬的離子化，但陽極極化仍是主要的。故通常的碳鋼或不鏽鋼在此環境中均不適用。國外經多年對金屬材料的篩選試驗，最後將適用金屬材料定位在鎳基合金上，並建設了若干中、小裝置。但由於鎳基合金價格昂貴，大型煙氣脫硫設備製做成本太高，其用材開發逐漸轉到碳鋼-有機非金屬襯裡複合材料技術路線上來，並獲得了實用性成果。因此，討論有機非金屬襯裡在煙氣脫硫裝置的腐蝕與防護問題非常必要。鑒於化學腐蝕在腐蝕設計選材正確的前提下，是較緩慢的過程，而物理腐蝕破壞則是常見的襯裡失效破壞，故本文主要討論有機非金屬襯裡的物理腐蝕破壞。兼顧動態設備耐蝕材料選擇。( |6 S- n& T5 R$ H
國外公司濕法煙氣脫硫裝置防腐蝕技術
表1 國外公司濕法煙氣脫硫裝置防腐蝕技術套用狀況 s( b; H2 W, j
川崎重工) _# k7 V' x' k) E. {
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巴高克
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霍高文 b' j$ v. P1 V+ _; p
千代田 石灰石漿液 ]- [0 v+ l. [* n
石灰石漿液
石灰石漿液/ g. }% O+ D* r. K" S* ^" w
石灰石漿液
石灰石漿液
石灰石漿液
石灰石漿液
石灰石漿液
石灰石漿液
石灰石漿液 玻璃鱗片襯裡
玻璃鱗片襯裡) X7 M" T# p B; G+ A; J
鱗片或橡膠襯裡5 B) z0 H/ J2 D0 d; I) Q# ?
鱗片或橡膠襯裡
橡膠襯裡
鱗片或橡膠襯裡- T& g' S# p0 _ v E, ]
橡膠襯裡" c' G1 t4 a$ m- _( D, G4 Y. L: J
鱗片或橡膠襯裡9 }$ B, ?$ j, K' R7 d* o$ D
橡膠襯裡
襯膠離心泵
襯膠離心泵
襯膠離心泵7 A6 P, Y1 A7 b1 J& C
合金葉輪 FRP
外鱗片內襯膠5 H3 z( l; q4 z7 X
外鱗片內襯膠
碳鋼內外襯膠" E* O9 I+ A5 ?9 O( b
碳鋼內外襯膠& b6 |1 l1 @ w! w
碳鋼內外襯膠
碳鋼內外襯膠
同徑玻璃鋼管 碳鋼內襯膠! X, N! y( ?% `8 Q P9 c e
碳鋼內襯膠- f; Q( ~! [* t2 C
碳鋼內襯膠! A* e# x9 n& G% }5 a
碳鋼內襯膠
碳鋼內襯膠# j! L: p5 {% Y& z" A
碳鋼內襯膠: l. ?2 I |8 _$ H. f# a4 \
碳鋼內襯膠8 }$ e' F3 l/ T
碳鋼內襯膠! V! C6 Q3 C+ t& z
碳鋼內襯膠; h5 ~" N8 x9 C9 t: I/ T
動態設備有泵、攪拌器、風機等。吸收塔再循環泵、吸收塔排出泵、濾液泵、拋漿泵等泵殼及葉輪等，考慮到介質的腐蝕和固體物料的磨損，國外公司大多採用鑄鐵+橡膠襯裡結構的離心泵，而石灰石漿泵、水系統用泵因腐蝕問題較輕，一般採用鑄鐵離心泵。襯膠泵在使用中也出現橡膠襯裡失效現象，主要原因是：襯裡質量差；漿液中的異物引起的力學損傷；由於空載引起的氣蝕；帶有大顆粒的漿液造成的異常磨損；泵的過載等。攪拌器大部分採用碳鋼+橡膠襯裡結構。氧化風機只鼓入空氣，因無腐蝕介質，碳鋼製造即可。增壓風機、節流板在再熱器之後淨煙道區，雖然煙氣有一定的腐蝕性，但由於其結構大，防腐措施難以實施，故用碳鋼或COR-TEN鋼製造，亦有採用塗料防腐技術的實例, V, k& K" B5 B8 H6 U% B8 `9 }
火電廠濕法煙氣脫硫裝置腐蝕區域
儘管濕法煙氣脫硫技術種類很多，但就其腐蝕環境區域構成而言，主要分為三個部分：一是煙氣輸送及熱交換系統；二是煙氣含SO2的吸收及氧化系統；三是吸收劑（石灰石漿液）傳輸及回收系統。圖1為濕法空塔吸收煙氣脫硫裝置工藝流程示意圖。4 K1 m7 h. } e: n
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圖1 濕法空塔吸收煙氣脫硫裝置工藝流程示意
本文僅以空塔吸收工藝為例，說明濕法煙氣脫硫裝置各腐蝕區域的防腐蝕設備構成。1 C% j) h- j) t3 y; z8 \) A
1、 煙氣輸送及熱交換系統：
2 、SO2吸收及氧化系統：' g; n! x1 v; r
該系統主要包括：吸收塔、氧化池、氧化空氣注入管、塔內支撐架。1 W: r9 k9 n4 I( R
3 、吸收劑（石灰石漿液）傳輸及回收系統：- z6 h. f/ ^, ^* _9 L: i5 b
濕法煙氣脫硫裝置各腐蝕區域的腐蝕分析
1、 煙氣輸送及熱交換系統6 w5 ~1 A( |' E6 Q( ^
（1）該系統主要腐蝕介質及腐蝕環境' z' ]! L- ?1 U+ w" s2 } j
一是經流換熱器原煙氣進口煙道、換熱器降溫段、換熱器原煙氣出口至吸收塔煙道、原煙氣旁路煙道、煙氣擋板的高溫（170-110℃）含塵（3-5%）含SO2（1-4%）原煙氣（冶煉廠進口煙氣溫度僅為70-90℃）；二是經流吸收塔淨煙氣出口至除霧器、除霧器至換熱器淨煙氣進口煙道、煙氣增壓風機、換熱器升溫段的低溫（45-90℃）除塵（0.3-0.5%）脫SO2（3×10-4-4×10-4）淨煙氣。
（2）該系統主要腐蝕特點分析 + V: y" o6 t* ?7 m. ^
① 亞硫酸露點腐蝕：高溫原煙氣在正常運行條件下因無水份存在，對裝置幾乎無腐蝕，但在兩種情形下將導致腐蝕。一是列管式換熱器管程因某種原因穿孔，導致冷卻水泄漏，致使高溫原煙氣所含SO2與水反應生成亞硫酸，形成高溫亞硫酸還原性腐蝕。二是在裝置開、停車時，因環境大氣濕度影響，裝置內殘留的氣態SO2被鋼基體表面凝聚水吸收生成亞硫酸，形成亞硫酸露點腐蝕（雖然煙道外保溫可延遲鋼基體表面凝聚水生成時間，但無法完全防止該類腐蝕的形成）。低溫淨煙氣雖只殘存少量SO2且經除霧器除去大部分水霧，但微量水和SO2的存在及環境大氣濕度在裝置開停車時形成的鋼基體表面凝聚水仍會形成緩慢的亞硫酸還原性露點腐蝕（如重慶珞璜除霧器出口淨煙氣煙道，原設計不防腐，經多年運行可看到明顯腐蝕現象，現已實施鱗片防腐）。4 S% y8 ?. |+ T6 `
② 防腐蝕襯層高溫熱應力失效：鑒於上述腐蝕因素的存在，通常在原煙氣流經區域採用1.2～1.5mm厚耐高溫鱗片塗料防腐，但在實際使用中該區防腐襯層常常發生龜裂、開裂、剝落等腐蝕失效現象，究其原因主要有六：一是在襯裡本體固化時，大分子間因固化反應形成新的化學鍵，使得大分子的聚集態及構象發生變化，分子間距離縮短，樹脂體積收縮。但因襯裡材料構成中有多種不同相材料共存且受鋼基體表面粘附制約，導致襯層內及界面間形成收縮殘餘應力；二是鱗片塗料與鋼基體熱膨脹係數不同，在熱環境下，二者間因粘接相互制約導致塗層內及界面間生成較大的熱應力；三是由於火電廠環保脫硫裝置開停車較頻繁，使生成的熱應力處於間歇性交變狀態中，加速襯層的熱應力腐蝕失效；四是鱗片塗層屬脆性材料，襯層內熱應力的長期存在，特別是在熱應力交變期內易導致塗層龜裂、開裂、剝落等物理腐蝕失效；五是在襯層施工中，不可避免存在氣泡、微裂紋、貼上不良等局部質量缺陷，而此類缺陷正是導致襯層介質滲透、熱應力破壞等物理腐蝕失效的起因。六是襯裡材料選擇不合理，樹酯耐溫能力不足，在高溫熱應力作用下形成熱應力開裂。故裝置正確的防腐蝕設計，應採用厚漿型鱗片塗料加表面氈複合內襯結構，以力學性能好、殘餘應力小的纖維錨固鱗片塗料，以耐蝕性、抗滲性好的鱗片塗料提高襯層耐腐蝕性以提高區域抗介質腐蝕、抗高溫熱應力腐蝕失效能力。且襯層厚度應控制在1.5±0.2mm內，低溫淨煙氣煙道因熱應力較小，此類腐蝕失效可不作重點考慮。
③ 防腐蝕襯層煙塵磨損失效：在配套有電除塵設備的火力發電裝置中，該類腐蝕失效雖有但並不嚴重，若無電除塵設備，由於煙氣中含有大量粉塵，則磨損較嚴重。提高襯層抗磨損性能的措施是加一層耐磨膠漿貼襯的表面氈，以力學性能好的纖維錨固耐磨膠漿，以耐磨性能好的耐磨膠漿提高襯層抗磨損性。低溫淨煙氣煙道因含塵量極小，此類腐蝕失效可不作重點考慮。3 S. I' S0 P6 C9 k3 |5 `1 Q
④ 防腐蝕襯層高溫碳化燒蝕失效：正常情況下從電除塵排出的原煙氣溫度為145～150℃，此溫度不足以使耐高溫鱗片襯裡高溫碳化燒蝕，但當鍋爐的蒸汽預熱器、省煤器、空氣預熱器等設備運行不正常時，電除塵排出的原煙氣溫度將達160℃以上，此溫度將導致大多數耐高溫鱗片襯裡材料由表及里緩慢高溫碳化，此類襯裡材料碳化並不嚴重影響襯裡的完整性及耐蝕性，但襯裡一旦因熱應力作用形成開裂，則裂紋的發展加快，介質沿裂紋滲透速度加快，導致襯裡局部整塊剝離。當溫度超過180℃時，長期高溫作用會導致大多數耐高溫鱗片襯裡由表及里燒蝕煙化，此種情形將導致襯裡嚴重失強減薄，其腐蝕破壞是致命的。8 Z' [( F, u7 T" i
⑤ 液滴衝擊磨蝕：當高速流動的煙氣中夾帶水滴（形成雙相流）時，易對煙道壁襯裡，特別是對迎風面煙道壁襯裡（如導流板及彎煙道壁）產生液滴衝擊磨蝕（即空泡腐蝕），形成力學疲勞破壞。水相來源一是換熱器的清洗水，二是列管式換熱器的泄漏水。因液滴在煙氣中分布的隨機性和液滴的獨立存在特點，使襯層承受著連續點擊交變衝擊作用，導致襯層力學疲勞破壞。/ p# k' w& \1 C
⑥ 襯裡震顫疲勞破壞：襯層在下述條件下易產生震顫疲勞破壞：一是該區煙道結構設計強度、剛性不足，特別是煙道布置受環境所限彎道、過流截面變化較大時，高速流動的煙氣在煙道中過流時會因彎道及過流截面變化的影響，產生較大的壓力變化，形成不穩定流動，導致煙道結構震顫，使本來就高溫失強的襯裡形成疲勞腐蝕開裂，嚴重時形成大面積剝落。二是在煙道結構強度設計時，出於結構補強需要，採用細桿內支承補強，當高速流動的煙氣在煙道中過流時，因煙氣衝擊壓力作用引發支承細桿抖動變形，導致支承桿與煙道壁焊接區襯層開裂。由於煙氣引發的結構震顫是通過襯層傳導給金屬基體的，而襯層與基體是通過界面底漆粘接聯接的，故此類破壞往往發生在界面底漆粘接層，其對襯層的破壞是非常致命的。
2、 SO2吸收及氧化系統：
（1）該系統主要腐蝕介質及腐蝕環境
一是煙氣中所含的SO2。當含硫煙氣處於脫硫工況時，在強制氧化環境作用下，煙氣中的SO2首先與水反應生成H2SO3及H2SO4，再與鹼性吸收劑反應生成亞硫酸鹽，經強制氧化生成硫酸鹽沉澱分離。而此階段，工藝環境溫度正好處於稀（亞）硫酸活化腐蝕溫度狀態。二是煙氣中所含NOX、吸收劑漿液中的水、石灰石、水中所含的氯離子（海水法氯離子腐蝕影響更大）對金屬基體也具有腐蝕能力。三是吸收塔內噴漿區溫度環境急變，吸收劑漿液中固體含量大，其溫差熱應力及固態料對襯層具有較強的腐蝕破壞能力。+ r9 s+ j. L1 @2 U: h7 M
（2）該系統主要腐蝕特點分析
① 防腐蝕襯層稀（亞）硫酸滲透失效：導致介質滲透腐蝕失效原因有三：一是室溫條件下固化成型的有機非金屬樹脂均為非緻密體，固化樹脂基體中存有大量的分子級空穴；二是襯裡材料均為複合材料，不同相材料界面間總存在有界面孔隙；再三是襯裡材料在混配、施工過程中，必然會生成微氣泡、微裂紋等缺陷。這就為介質遷移性滲透提供了通道。可以說，正是襯裡自身具有的這些固有缺陷，導致腐蝕介質滲透的不可避免性。橡膠及鱗片襯裡之所以被選擇為煙氣脫硫裝置的適用防腐蝕襯裡技術，鱗片襯裡是因其具有優異的抗滲透能力，橡膠是因其為壓延成型故膠板緻密性好。
② 防腐蝕襯層熱應力腐蝕失效：導致該區應力腐蝕失效原因除16.3.1節已述原因外，還應特別注意吸收塔內噴漿區環境狀態，該區為高溫原煙氣與低溫吸收劑漿液交匯區（溫度由120～110℃降至45～50℃），對該區防腐襯層而言，溫度急變將導致處於不同溫度區的襯層熱膨脹狀態不一樣，形成不均勻熱應力,其破壞性較恆定熱環境下的熱應力大得多。應力的存在增加了襯層內及界面間微裂紋及界面孔隙等缺陷，且為缺陷發展及介質滲透創造了條件。吸收塔非噴漿區及氧化區，由於環境溫度較低，熱應力小，襯層的應力腐蝕失效較小。
③ 防腐蝕襯層固體物料磨損腐蝕失效：在脫硫介質體系中，固體物料除煙氣所帶粉塵外還有作為吸收劑的石灰石漿液及脫硫生成物硫酸鈣。特別是石灰石漿液經漿液泵從噴漿管帶壓噴出，在與煙氣中SO2反應過程中，同時沖刷襯層表面，對吸收塔漿液自重落體區的襯層有較強的磨損能力。對高溫環境而言，由於樹脂的高溫失強及橡膠的高溫熱老化等特性，磨損更為嚴重。加之大型金屬設備為現場拼焊製作，表面凹凸不平，其凸起部位更易因磨損而破壞。此外吸收塔氧化池底部因工藝機械攪拌及空氣攪拌作用亦產生較強的磨損。# o* q, X/ N7 Y- \" W6 ?, |. N
④ 防腐蝕襯層機械力損傷失效：此種情形主要發生在設備內件吊裝及檢修時，特別應關注吸收塔氧化池底部氧化空氣對底部襯層的吹衝破壞及空氣管檢修時人為機械損傷。4 Z s5 m+ x, o; }) C% Q! h0 N
⑤ 含亞硫酸熱蒸汽腐蝕區：該區指吸收塔原煙氣入口延長段，在該區域，高溫原煙氣與低溫吸收劑漿液交匯，漿液中的含微量氯離子水被汽化並吸收原煙氣中的SO2生成含H2SO3水蒸汽，受汽化擴散能的作用向入口延長段擴散並進一步被高溫原煙氣加熱，經一段時間後達到平衡，在此區形成具有熱衝擊、間歇性交變熱應力作用特徵的含亞硫酸、微量氯離子熱蒸汽腐蝕環境，特別是當該區設有冷卻噴淋水時，該區還同時伴隨著空泡腐蝕作用，其腐蝕環境十分苛刻。橡膠襯裡耐熱性不足易熱老化破壞，一般不鏽鋼因Clˉ及H2SO3的存在不耐腐蝕。採用鱗片襯裡必須充分考慮其熱衝擊、間歇性交變熱應力及空泡腐蝕作用特點，實施有效補強措施。國內許多業主及設計方出於對非金屬襯裡技術的擔心，往往在該區域選擇價格昂貴的高鎳基合金純金屬結構（如C276、59合金等）。1 |7 N3 [/ ?4 B& W# _- W
3 、吸收劑（石灰石漿液）傳輸及回收系統
（1）該系統主要腐蝕介質及腐蝕環境
一是經流石灰儲槽、石灰石漿液儲槽（含石灰石製備廢水儲坑及排水溝）、石灰石料漿泵、輸漿管、吸收塔內料漿集管、料漿噴射管的低溫（30-40℃）、高固體含量（20-30%）的石灰石漿液製備輸送系統；二是經流石膏料漿泵、輸漿管（槽）、漿液循環管及循環泵、水力分離器、真空帶式過濾機、（含過濾水儲槽、排水溝、排水儲槽、氧化池漿液備用儲槽）低溫（45-50℃）、高固體含量（40-50%）的石膏漿液輸送處理系統。7 b$ |/ r0 h3 U h! v+ i
（2）、該系統主要腐蝕特點分析：
②、防腐襯層固體物料磨損腐蝕失效：由於腐蝕環境溫度較低，襯裡本體強度高，儘管固體物料含量大，但磨損腐蝕失效並不十分嚴重，故襯裡磨損餘量適度考慮即可。+ F, O+ p. C+ Y1 J0 H" b
真空帶式過濾機、石膏料漿泵、漿液循環管及循環泵、石灰石料漿泵、輸漿管、吸收塔內料漿集管、料漿噴射管等設備，在製造商供貨時其材料選擇中已考慮腐蝕磨損問題，本文將在材料選擇章節中列出並加以討論，此處不在贅述。' h& G! |8 B: p7 k# j
煙氣脫硫裝置襯裡技術選擇及襯層結構設計
1、濕法煙氣脫硫裝置防腐蝕襯裡技術分析
鱗片襯裡技術及冷襯橡膠襯裡技術作為火電廠煙氣脫硫裝置兩大主流防腐蝕襯裡技術已為國內外相關行業界普遍認同。原因有三：一是電力行業在早期引進的煙氣脫硫環保裝置樣板示範項目中，國外技術承包商均以該兩類技術作為防腐蝕襯裡選擇，其中鱗片襯裡技術在國內實際使用先於橡膠襯裡技術進十年；二是該兩類技術在國內已形成產業化基礎，具有良好的國產化條件，特別是國產鱗片襯裡技術在該領域成功套用也已進八年；三是該兩類技術在煙氣脫硫裝置中使用具有良好的性能/價格比，為保證該裝置的長周期底成本運行提供了可靠的技術保證。+ G" B6 q/ C% `7 j
（1）、抗熱應力破壞性：6 r6 u! ?/ R5 j5 s
熱應力破壞對鱗片襯裡而言是由於襯層材料與鋼基體線膨漲係數不同引起的大分子間的力學能破壞，但對橡膠而言則是由於作用於橡膠大分子的熱能為大分子吸收轉化成化學能引起的大分子本體的深度交聯（表現為膠板熱老化變硬脆化）及大分子本體的斷鏈降階（表現為膠板表面龜裂），二者間具有本質區別。有資料證明，環境溫度超過80℃時，丁基橡膠在一定的使用時間後具有明顯的硬化龜裂現象。/ I( {8 y7 q: C8 B/ W. b* C
（2）、抗介質滲透性試驗：從試驗結果看（見圖2 圖中：1-丁基橡膠、腐蝕；2-富士鱗片6H、無異常；3-鎳基合金C、腐蝕；4-鈦、腐蝕；5-不鏽鋼、腐蝕。試驗條件30%H2SO4、80℃）：丁基橡膠的增重遠大於鱗片襯裡，這說明丁基橡膠對介質的吸收能力遠大於鱗片襯裡， 圖16-2鱗片塗料與耐蝕金屬和橡膠的耐蝕性能比較5 S/ i1 J+ x+ |+ w
也就是說介質在丁基橡膠中的滲透能力遠大於鱗片襯裡。 , D* e, Q& {8 l3 B
（3）、耐磨性：
試驗證明：在無腐蝕環境條件下，鱗片' V. q8 j6 J+ ?6 p5 U6 {
膠的耐磨性急劇下降，而鱗片襯裡的耐磨性- j9 O3 w9 x; J5 Z" ?
卻幾乎無變化（見圖3，圖中1-富士鱗片
6RUoAC；2-富士鱗片6RUoAR；3-氯丁橡膠；
4-丁基橡膠。試驗條件5%H2SO4、80℃）
圖3鱗片塗料與橡膠的耐磨性比較9 I* f$ s P: _. K6 F
（4）、鱗片及冷襯橡膠襯裡的綜合性能比較 表2：鱗片襯裡和冷襯橡膠性能優劣比較表
序號 對比指標 鱗片襯裡 冷襯橡膠, Y. @2 g2 r; G0 ]' p& e. N
1 抗介質滲透性 很好 好 H3 \+ @* P% M& Z: \
2 界面粘接強度 好 良
4 抗熱老化 好 差
5 耐溫性 好（適用於全環境溫度） 低溫（≤80℃）:好、高溫:差
6 抗擴散性底蝕 好 差0 S4 M. P6 b: x
7 本體強度 好 好
8 襯層修補性 好 差( C1 e( C9 G9 M2 s0 V+ M. H
9 施工性 好 差
10 施工成本 適中 較高
11 質檢性 好 良0 x1 P' [& N1 N% c/ a
12 對環境要求 較高 高: _4 ^$ b; ` @
13 施工周期 短 長$ Y; k x! |- I4 j
14 對基體要求 適中 較高# _. J) k6 N9 {0 P+ R- O+ [% E
15 質量控制要點 針孔，厚度（可查） 膠縫,貼上界面（不可查）3 X* C7 c2 g4 K2 ^ `
16 耐磨性 好 低溫（≤60℃）:好 高溫:差
防腐蝕材料性能比較說明：橡膠與鱗片襯裡之間的許多性能間的比較如：耐溫性、施工性、修補性、耐熱老化性、本體強度、抗擴散性底蝕能力、施工周期性等性能鱗片較優是不言而喻的。但其抗介質滲透性、抗熱應力能力及耐磨性優於橡膠是許多人疑惑的，但實踐及試驗均證明了此結論。
2、煙氣脫硫裝置非金屬防腐蝕襯裡材料體系選擇及結構設計
（1）、冷襯橡膠防腐蝕襯裡材料體系及結構設計3 P) [+ r% L5 N7 q4 q3 B# G' J, i
①、冷襯橡膠防腐蝕襯裡的材料體系：由於冷襯丁基橡膠材料的最高使用溫度為90℃（國產材料長期使用溫度控制在80℃為宜），不足以滿足裝置溫度環境的要求，故以橡膠為主導材料的防腐蝕內襯通常在高溫原煙氣煙道配套採用耐高溫鱗片塗料。又由於裝置低溫淨煙氣煙道腐蝕環境較緩和，採用厚襯層防腐性能/價格比不合適。加之煙道鋼基體壁板較薄，剛性不足，膠板貼上滾壓時易因鋼板形變而導致膠板受壓不足，影響界面貼上質量，故該區域防腐蝕內襯通常也配套採用耐低溫厚漿型鱗片塗料。目前在我國引進裝置中，以橡膠作為防腐蝕內襯技術選擇的裝置均採用此防腐材料體系。! E3 [5 S( g; K! H9 Y9 J3 r+ M, Q
②、冷襯橡膠防腐蝕襯裡的襯層結構設計：; D- R% W% c- X4 J: y
圖4襯膠結構設計示意圖% H% W! X9 ?' n* H: A/ K
橡膠襯裡對熱蒸汽的抗滲性較差，易於形成熱蒸汽性擴散滲透鼓泡破壞，因此至少在吸收塔煙氣入口熱蒸汽豐富區應採用雙層膠板襯裡結構防腐。1 k0 O# u' j5 q) [3 k
煙道區鱗片防腐結構在鱗片防腐結構中說明，此處不再贅述。
（2）、鱗片防腐蝕內襯材料體系及結構設計
儘管鱗片襯裡材料在煙氣脫硫裝置中已有近三十年的實際套用，但其單獨作為煙氣脫硫裝置的防腐蝕襯裡技術仍存在著耐磨損及抗熱應力破壞性不足兩大缺陷。我國自二十世紀九十年代引進煙氣脫硫樣板示範裝置以來，此兩大缺陷即成為業主的心病，也成為行業科技人員關注的焦點。經十多年不懈地研究實踐，在充分認識煙氣脫硫裝置腐蝕環境特點的基礎上，提出了依環境溫度及磨損程度劃分裝置防腐蝕區域，依區域腐蝕重度確定複合襯裡結構的腐蝕控制對策。即以鱗片結構層（抗滲層）、纖維鱗片結構層（抗滲、抗熱應力層）、鱗片纖維耐磨膠漿結構層（抗滲、抗磨、抗熱應力層）、鱗片耐磨膠漿結構層（抗滲、抗磨）作為複合襯裡結構的基本結構層，按區域腐蝕重度加以復配選用，實現高性能/價格比條件下的控制腐蝕。試驗與實踐證明，該腐蝕控制對策是有效的。
①、鱗片防腐蝕襯裡材料體系
表3：煙氣脫硫裝置用鱗片襯裡材料性能表：$ S5 |. l4 h3 |* [* V% Z1 |4 V$ W
型號
性能 YZJ-3 YZJ-2 YNM-3 YZD-3 YZM-3 YZD-2 YZM-2, p2 U% J7 f( |( F( E
高溫膠泥 低溫膠泥 耐磨膠漿 高溫底漆 高溫面漆 低溫底漆 低溫面漆
抗拉強度 MPa 36 35 ) b& k1 s4 U! b0 V! k! j& i
彎曲強度 MPa 82 79 69 - L9 D1 j2 m. b
抗壓強度 MPa 13、4 12、8 98 # o& N8 y( \8 ?8 A, h+ _
衝擊強度 J/cm2 0、43 0、52 0、38 # O$ p4 U% F8 E$ v( t
比重 g/cm3 1、47 1、52 1、32 1、1 1、1 1、1 1、14 A' Z8 C W* B4 z+ Q* }
樹酯含量 重量% 49 48 45 90 80 90 80
孔隙率 % 1、41 1、43 1、30
巴氏硬度 54 52 58
線膨脹係數×10-6K-1 1.04× 1.06× 1.07×
固化收縮率 % ≤0.5 ≤0.5 ≤0.5 5 W2 ~) P( S* p0 H
磨損係數 59 57 80 74 68
使用溫度 ℃ 160 90 160 160 160 90 90+ n) r4 W) s5 p4 H! |- z
不可溶份含量 % 88 86 90
粘度 mpa.s(25℃) 膠泥狀 膠泥狀 膠泥狀 ≈5 ≈10 ≈5 ≈10& _! t$ R" a+ h8 ?; n9 V
施工料使用時間hr 40-50 40-50 40-50 40-50 40-50 40-50 40-50! P8 H% M6 o- u5 B4 N
單層施工厚度 mm 1-0.2 1-0.2 0.3-0.5 ≈50μm ≈100μm ≈50μm ≈100μm5 ?/ @4 i1 a ]8 L6 _0 t% r* w! Q. d, `
單層塗敷料量g/m2 2250 2250 1100 ≈180 ≈300 ≈180 ≈300 A" X( G) j! T5 f: z
塗敷間隔時間 hr 4 4 4 4 4 4 4& z/ R4 Y. m/ ~
纖維鱗片結構層指採用厚漿型耐高溫鱗片塗料貼襯的短切粗纖氈，該結構層的性能特點是利用纖維的高強度錨固鱗片塗料防止其熱應力開裂；利用短切氈纖維對應力的兩維鬆弛性防止熱應力傳導疊加形成薄弱環節導致應力集中破壞；利用鱗片塗料的抗滲性防止腐蝕介質的滲透破壞。$ Y6 V' c; S/ j+ G j
鱗片耐磨膠漿結構層建議主要使用在底溫磨損區。
②、鱗片防腐蝕襯裡結構設計
鑒於上述腐蝕環境及防腐蝕襯裡材料特性分析，兼顧防腐蝕設計的實用性、可靠性、科學性及經濟性，根據裝置各區域腐蝕特點，特提出下列襯裡結構設計，以滿足裝置防腐蝕要求。
