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煙氣海水脫硫工程煙囪高空防腐脫硫塔防腐技術

發布時間:2009.07.18    新聞來源:江蘇新大高空公司    瀏覽次數:

    海水脫硫與其他煙氣脫硫技術相比,具有脫硫效率高、運行成本低、投資少、系統簡單等特點,利用天然弱堿性海水作為脫硫劑,具有無添加物、無副產品、無固態廢棄物等二次污染的優點。但煙氣海水脫硫工程的高空防腐要求很高,施工難度較大。煙囪高空防腐、脫硫塔防腐、煙囪防腐的質量被喻為煙氣海水脫硫工程的“生命線”,可見高空防腐的重要性。本文以廈門嵩嶼電廠4×300MW燃煤機組煙氣海水脫硫系統的防腐工程為例,探討防止海水與酸性煙氣腐蝕的設備選材與防腐工藝技術。
1 工藝過程
   
嵩嶼電廠4×300MW燃煤機組煙氣海水脫硫的工藝流程主要由吸收塔、煙氣系統和海水系統組成。其簡要流程如圖1所示。
    吸收塔的作用是利用汽輪機凝汽器冷卻后排出的弱堿性海水吸收、中和煙氣中的酸性SO2,吸收塔的底部設有一個預曝氣池,用于對吸收了SO2的海水進行初步的氧化。吸收塔頂部的出口段設置了除霧器,以減少凈煙氣攜帶水霧。
    煙氣系統的作用是將原煙氣經氣-氣換熱器(GGH)降溫后引入吸收塔,凈煙氣再經GGH吸熱后排至煙囪。煙氣溫度越低,SO2吸收率越高,所以煙氣進入吸收塔前必須降溫,一般降至80℃左右。但80℃的煙氣經吸收塔凈化后,溫度進一步降至40℃左右,低于酸性煙氣的露點溫度,容易出現酸性物質結露并造成煙道及煙囪的腐蝕。另外,低溫不利于煙氣的擴散,并且還會造成煙囪大量冒白煙,所以在煙氣排出吸收塔后一般需要經過GGH加熱。
    海水系統的作用是將海水吸收了SO2形成的SO 經過深度曝氣氧化成穩定的SO ,并驅出海水中生成的CO2,從而提高排水的pH值和溶解氧。
2 腐蝕機理分析
   
煙氣海水脫硫系統的設備或構造物,長期處在海水與酸性煙氣的環境中,并受到冷熱溫差、干濕介質的交替影響,同時還受到水流沖刷、強烈曝氣等因素的作用,表2是對海水脫硫系統主要設備和部位的環境條件進行分析,從中可以看出,海水脫硫設備(構造物)所處的環境是相當惡劣的,誘發腐蝕的因素很多,腐蝕的原因也較復雜。下面就其主要原因作一簡要分析。
            

表1  設計工況下煙氣海水脫硫系統各設備(部位)所處的介質環境

系統

設備(部位)

溫度

/℃

SO2

/mg/Nm3

pH值

介質環境描述

原煙氣煙道

≤130

≥1500

-

未結露的酸性煙氣

凈煙氣煙道(GGH前)

≥40

≤150

-

可結露的微酸性環境

凈煙氣煙道(GGH后)

≥70

≤150

-

微酸性環境

旁路煙道(擋板前)

≤130

≥1500

-

未結露的酸性煙氣

旁路煙道(擋板后)

≥70

≤150

-

微酸性環境

GGH裝置

70~130

150~1500

-

處于冷煙氣(微酸)熱煙氣(酸性)交替的環境

吸收塔煙氣入口處

75

1500

-

酸性煙氣與海水飛沫的交匯區

吸收塔除霧區

30~40

≤150

-

攜帶少量液滴及SO2的凈煙氣

吸收塔噴淋區

40~130

150~1500

3~8

酸性煙氣與霧化海水交混區

吸收塔氧化區

30~40

-

3~4

海水、SO 、SO 、H+、O2介質交混區

凝汽器至曝氣池海水管

10~32

-

7.8~8.2

海水

曝氣池至吸收塔海水管

10~32

-

7.8~8.2

海水

吸收塔至曝氣池海水管

30~40

-

3~4

海水、SO 、SO 、H+、O2介質交混區

曝氣池本體

30~40

-

4~6.8

海水、SO 、SO 、H+、O2介質交混區

2.1 硫腐蝕
    原煙氣中SO2的含量一般在1500 mg/Nm3。SO2在水膜中的溶解度比O2大2000倍左右,因此可使金屬表面吸附的水膜pH值大幅度降低,有時可達3~3.5。加之SO2本身又是強極化劑,在陰極上可以進行還原反應,從而使金屬構成腐蝕電池的陽極而加快腐蝕。另外,煙氣中的水分和剩余氧,也會產生SO2的露點腐蝕。經吸收塔后,煙氣中絕大部分SO2轉入海水變成SO 和SO ,這些離子具有很強的化學活性,對鋼鐵的腐蝕主要表現為氧去極化腐蝕。可見,在煙氣海水脫硫整個系統中,硫的化合物都會對設備產生較強的腐蝕作用。
2.2 氯腐蝕
   
在海水脫硫工藝中,由于吸收系統和曝氣池均使用大量的海水,因此對吸收塔、管道、泵以及曝氣池系統的腐蝕,主要表現為氯離子的腐蝕。
    海水腐蝕屬氧去極化腐蝕,海水中含氧量越高,腐蝕速度越快。海水脫硫工藝中所取海水均為含氧量接近飽和(約8 mg/l)的表層海水,這就使得海水對鋼鐵的腐蝕速度加快。另外,氯離子比氧更容易吸附在金屬表面上,并從金屬表面把氧排擠掉,甚至可以取代已被吸附的O2-或OH-,從而使金屬的鈍態遭到局部破壞而發生孔蝕。這種行為尤其在金屬的不均勻表面更為明顯,甚至不銹鋼也難予幸免。因此對海水脫硫來講,設備腐蝕是非常嚴重的問題。
2.3 其他腐蝕
   
高速流動的海水及煙氣,均會在不同程度造成設備的沖刷磨損,施工時的殘余應力、熱應力、施工質量以及設備的形式結構,也是可能造成脫硫設備及構造物腐蝕的因素。
3 防腐技術
   
海水FGD的防腐方法有兩大類,一是選用耐腐的合金鋼復合材料,合金鋼的抗腐蝕性能好、耐磨。另一類是防腐涂料,尤其是鱗片樹脂,它襯在鋼板內壁,主要用于吸收塔和凈煙氣煙道。
3.1 防腐材質的選用
(1) 煙氣擋板
    原煙氣擋板布置在脫硫島的煙氣最上游,作用是隔絕進入脫硫島的煙氣。葉片材質為Q235-A,門軸材質為#35鋼,密封件材質為DIN 2.4605合金鋼,成分為:C≤0.02、Cr15、Ni60、Mo16、Co2.5、W4、Fe3、V<0.35。
    凈煙氣擋板布置在脫硫島的煙氣最下游,作用是隔絕離開脫硫島的煙氣。葉片材質為DIN 1.4529(奧氏體不銹鋼),門軸材質#35鋼包DIN 1.4529合金鋼,密封件材質為DIN 2.4605奧氏體不銹鋼。
    煙氣旁路擋板屬雙葉片型式,靠原煙氣側葉片材質為Q235-A、靠凈煙氣側葉片為DIN 1.4529,門軸材質#35鋼包DIN 1.4529,密封件材質為DIN 2.4605。
(2) 煙道
    脫硫島煙道全部采用內支撐鋼板制作,煙道的膨脹補償器全部采用非金屬補償節,以補償煙道的熱膨脹和吸收轉動機械傳遞的震動波,非金屬補償節的優點是耐腐蝕性能好。
    對于吸收塔進口煙道,既煙氣溫度低又受吸收塔內噴淋海水和煙氣渦流的影響,防腐要求更高,所以采用碳鋼板內襯鎳基合金復合材料。
(3) GGH
    GGH是原煙氣與凈煙氣之間實現熱量交換的設備,熱量交換是通過蓄熱元件來傳遞的,若干蓄熱元件籃筐安裝在轉子倉格內,以確保獲得足夠量的換熱面積。所有蓄熱元件均為搪瓷表面材質。 (4) 吸收塔
    吸收塔高度30.80 m,直徑13 m,殼體為碳鋼制作,內壁采用玻璃鱗片防腐。吸收塔的最上方布置有除霧器,材質為聚丙烯。吸收塔的最下方布置有預曝氣池,將部分亞硫酸氫根離子氧化成硫酸根離子。塔內氧化空氣管采用FRP材料,塔外氧化空氣管采用CS材料。
(5) 海水增壓泵
    三臺海水增壓泵均為單級雙吸離心式水泵,葉輪和軸的材質為316 L ( UNS S31603 )以鉬為基礎的奧氏體不銹鋼,泵殼內壁涂有美國Belzona公司生產的陶瓷-不銹鋼金屬表面防腐涂層。
3.2 防腐涂料的選用
   
與酸性煙氣及海水接觸的煙道、管池和吸收塔的內表面層,主要采用涂料防腐。選用的涂料有環氧煤瀝青和玻璃鱗片樹脂涂料。
3.3 混凝土基體表面防腐
   
環氧煤瀝青耐水性和防腐性好,漆膜堅韌、附著力強、機械強度高、抗微生物侵蝕性能好,是海水工程主要防腐材料。在該工程中主要用于海水管溝、配水井、各類水池及曝氣池混凝土基體表面的防腐(見表2)。
 
表2  混凝土基體表面的防腐

涂料名稱

涂層名稱

層數

顏色

涂料厚度μm

環氧煤瀝青涂料

底漆

1

紅棕色

80

環氧煤瀝青涂料

面漆

1

黑色

80

無堿平紋玻璃布

玻璃布

1

200

環氧煤瀝青

面漆

2

黑色

160

3.4 煙道、吸收塔內壁防腐

    玻璃鱗片樹脂是指將一定片徑(0.4~2.4mm)和一定厚度(6~40μm)的玻璃鱗片與樹脂混合制成的膠泥或涂料,將其用涂抹或噴涂的方法涂敷于金屬表面即成為防腐涂層。這種襯里具有優良的抗滲透性、良好的機械強度和耐高溫性能,可安全使用100000 h以上。在該工程中,玻璃鱗片樹脂主要用于煙道和吸收塔的鋼基體內表面防腐(表3)。

表3  煙道、吸收塔內壁防腐的表面防腐

 

防腐位置

選用襯里材料

厚度㎜

備注

增壓風機至GGH煙道

耐溫噴涂型乙烯基酯玻璃鱗片

1.2

考慮耐酸、耐熱,耐煙氣中灰塵磨損及振動因素。

GGH至吸收塔煙道

耐溫噴涂型乙烯基酯玻璃鱗片

1.2

考慮耐酸、耐熱,耐煙氣中灰塵磨損及振動因素。

吸收塔至GGH煙道

噴涂型乙烯基酯玻璃鱗片

1.2

考慮耐酸、耐熱因素

GGH至凈煙氣擋板煙道

標準噴涂型乙烯基酯玻璃鱗片

1.2

考慮耐酸、耐熱因素

旁路擋板、凈煙氣擋板門后煙道

耐溫噴涂型乙烯基酯玻璃鱗片

1.2

考慮耐酸、耐熱,耐煙氣中灰塵磨損及振動因素。

吸收塔底板、壁板(0~2.0m)

標準型樹脂鱗片2mm+耐磨型樹脂鱗片1.5mm

≥3.5

在氧氣作用下,Cl-的腐蝕作用加劇,海水此時呈酸性,因此必須提高耐腐標準。

原煙氣進吸收塔入口處

耐溫鏝涂型乙烯基酯玻璃鱗片

2.0

考慮耐酸、耐熱,溫度變化及振動因素。

凈煙氣出吸收塔出口處

標準鏝涂型乙烯基酯玻璃鱗片

2.0

主要考慮低溫煙氣濕腐蝕等因素

噴淋層以下壁板

標準鏝涂型乙烯基酯玻璃鱗片

≥1.8

主要考慮海水腐蝕因素

噴淋層壁板

標準型樹脂鱗片2mm+耐磨型樹脂鱗片1.5mm

≥3.5

噴淋水的沖刷磨損較為嚴重,該部位的襯里必須采取耐磨措施

噴淋層以上壁板

標準鏝涂型乙烯基酯玻璃鱗片

≥1.8

主要考慮海水腐蝕因素

噴淋層支撐

標準型樹脂鱗片2mm+耐磨型樹脂鱗片1.5mm

≥3.5

考慮煙氣與海水的共同腐蝕作用

人孔、接管等

標準型樹脂鱗片2mm + FRP增強1.5mm

≥3.5

防腐、防磨損

注:煙道的內部件(支撐管、導流板)、人孔、接口法蘭、角落、拐角部位采用FRP加強。
1 涂料的施工技術
1.1 對基體的要求
    (1) 所有焊縫必須是連續無間斷的,且打磨成R3mm的圓滑過渡。鋼板母材表面的凹坑、孔洞要補焊和打磨平整。
   
(2)襯的鋼基體表面的棱邊、角(包括人孔、接管的內外沿、型鋼的邊沿)打磨成R>3.0mm的圓滑過渡。
    (3) 噴砂表面粗糙度要求RZ≥60μm,噴砂除銹等級Sa≥2.5級。鋼基體表面如果存在可見的銹斑或除銹等級不足時,須進行二次噴砂后方可進行涂裝施工。
    (4) 混凝土至少養護28 d 方可進行表面處理施工,水泥砂漿或混凝土基體必須堅固、密實、平整。
    (5) 鋼筋砼基體的坡度和強度應符合設計要求,不應有起砂、裂縫、蜂窩、麻面等現象。
    (6) 鋼筋砼基體表面必須潔凈、無浮灰、油污及水泥渣,含水率應不大于4 %。
    (7) 鋼筋砼表面采用砂輪或鋼絲輪打磨表面或噴砂處理,以除去水泥砂漿及其松動物、易碎的砼塊,以及結構上的缺陷和其他有分離作用的物質(如油脂等),然后用干凈的軟毛刷、壓縮空氣或吸塵器清理,直至達到施工要求為止。
4.2 噴砂要求
   
(1) 所用磨料必須干燥,有棱角,有足夠的硬度,粒度為0.5~2.5mm,本工程選用石英砂、銅熔渣等礦石作磨料,磨料的含鹽量≤30ppm。
     (2) 壓縮空氣須是無油、無水的潔凈空氣,壓力為0.6~0.8MPa。
4.3 施工要求
4.3.1 刷涂要求
   
(1) 漆刷蘸漆不能太多,以免流掛和滴漏污染環境。
    (2) 漆刷走向應縱橫交錯,呈“十”字交叉,使涂漆均勻。
    (3) 刷涂時先難后易、先邊緣后中間、先支撐拐角后大平面、先上后下。
4.3.2 鏝涂要求
   
(1) 泥盤一次性不能盛太多的膠泥。
    (2) 刮刀用力均勻,順著一個方向刮涂,不要回刮,回刮易拉毛樹脂膠泥表面。
4.3.3 噴涂要求
   
(1) 噴涂設備、高壓軟管、噴槍、噴嘴選型要適宜,否則不能霧化鱗片材料。
    (2) 噴距要適宜,通常500~1000mm。
    (3) 一次性施工濕膜厚度不能超過700μm,否則易流墜。
    (4) 確保噴槍運行方向與工件表面平行。
5 檢查與驗收
5.1 鋼基體噴砂檢查
   
(1) 噴砂清潔度不低于Sa2.5級,粗糙度Rz值不低于60μm。去除所有銹蝕、氧化皮及其它附著物,有爭議時可借助5倍放大鏡觀察。
    (2) 粗糙度進行實測,每5 m2取3處測試,不滿足要求須重新噴砂。
5.2 厚度檢測
   
(1) 濕膜厚度測試應在襯里施工期間進行,每10 m2隨機抽查測量5個點,厚度不足或超厚應及時調整。
    (2) 干膜厚度用磁性測厚儀進行檢測,測試時涂層必需硬干。每5 m2測3個點,每個點的數值由3個6mm2點的平均數構成。
5.3 電火花檢測
   
(1) 用直流電火花儀檢測涂層針孔,測試電壓根據涂層厚度變化而變化,可按4000v/mm厚計算,但最高不得超過16000V,測試區域為100%的涂層。
    (2) 被電火花擊穿的點應用記號筆做好標記,及時修復,并重新測試,直至合格;
5.4 苯乙烯敏感性測試
   
用蘸有苯乙烯的潔凈棉布擦拭涂層一個小的區域(約16~64cm2),約30秒鐘后,用手指擦一下濕潤的部位,如果涂層表面變軟或變粘,則證明涂層對苯乙烯敏感,可直接進行下一道涂層的施工;如涂層表面沒有變化,說明涂層對苯乙烯不敏感,需全面打毛清洗后才能施工下一道涂層。

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