技术
[摘 要] 随着烟气脱硫技术在火力发电厂的普及，烟气对烟囱的腐蚀性加强，因此烟囱的防腐已成为发电厂重点关注的防腐设备之一。通过分析脱硫后烟囱的腐蚀环境和运行环境，以及目前采用的防腐材料应用情况，探讨和分析了一系列针对烟囱防腐涂料性能及质量检测评价方法的可行性和必要性。为烟囱涂料防腐工程质量监督和验收的技术手段提供可操作的方法指出了进一步努力单位方向。
引言
火力发电厂烟囱的作用是将煤燃烧后的烟气输送至一定高度的大气中排放，以增加烟气的扩散范围，降低烟气对电厂局部区域的污染。烟囱结构主要包括外筒和内筒。外筒由钢筋混凝土浇筑而成，起受力承重作用。内筒有耐酸耐火砖等砌成的砖内筒和整体钢板焊结的钢内筒两种，起排烟保温，隔离烟气，避免烟气对外筒腐蚀的作用。
由于烟气在未进行脱硫时其含水量低、排烟温度高，内筒基本呈负压，烟气不会扩散至外筒，甚至有的烟囱仅设计一个烟筒而没有内外筒设计。由于这种条件下的烟气腐蚀性弱，对未进行烟气脱硫的烟囱基本没有考虑防腐方面的设计。随着国内环保法规日益严格，目前运行机组基本都配套了以石灰石-石膏法为主的烟气脱硫装置(FGD)。由于脱硫后烟气的湿度增加、温度下降，且脱硫装置对三氧化硫的脱除率较低，因此，烟气易在烟囱内结露形成酸性冷凝液，比未脱硫时烟气更具腐蚀性，因此，必须认真考虑烟囱的腐蚀与防护性能 [1]。
1 烟气脱硫后的腐蚀性
虽然脱硫后烟气中的二氧化硫含量大大降低，但少量三氧化硫的除去效果不是很理想(仅有20%~30%左右)。且经湿法脱硫后的烟气湿度增加，温度降低(通常为45~55℃)，因而烟气更容易在烟囱内壁结露，烟气中残余的三氧化硫溶解此时易形成腐蚀性很强的稀硫酸(pH值为3~4左右)。同时由于温湿度的降低，使得烟囱处于正压运行，从而增加了腐蚀性酸液对筒壁的渗透侵蚀[2]。针对这一问题，火力发电厂的FGD装置中设计加装了烟气加热装置(GGH)，利用GGH将脱硫后的烟气加热至80℃左右，这在很大程度上减轻了烟气在烟囱内表面结露的情况，并且能保护烟囱维持在一定的负压下运行，不但降低了腐蚀产物的生成量和渗透性，同时还能增加烟气的抬升排放高度和扩散范围[3]。但是，由于GGH不仅增加了FGD设备的投资和运行维护费用，而且运行过程中容易出现结垢堵塞而影响FGD系统的正常运行，从而限制了GGH的大量使用，目前多数电厂的FGD系统均采用无GGH的运行方式，增大了烟囱遭受冷凝酸液腐蚀的风险。因此，电厂均对烟气脱硫后的烟囱内表面进行了防腐处理。
2 烟囱防腐需要考虑的问题
烟囱的防腐需要根据其设计使用材料和运行温度两方面加以考虑，以选择经济性和防腐效果良好的防腐材料和施工工艺。
2.1 烟囱设计使用材料
火力发电厂的烟囱分为单筒式和套筒式两种。单筒式烟囱由外层钢筋混凝土浇筑外层和耐酸砖或耐酸浇筑料内层构成。套筒式烟囱主要由钢筋混凝土浇筑受力承重外筒和耐酸耐火砖等砌成的砖内筒或整体钢板焊结的钢内筒构成。选择防腐材料时，需要考虑其在不同结构材料表面的粘结附着力性能，以及与基体材料间由于温度变化产生的形变差异大小。
2.2 烟囱运行温度
烟气经脱硫后的温度为50℃左右，经GGH后的温度为80℃左右。当FGD不能正常投运时的烟气温度为130℃左右，机组事故排烟时可达到200℃左右。所以防腐层在其寿命期内要承受上述不同温度的反复作用。防腐层必须具有耐极限温度老化的性能，以及在热交变产生应力条件下不产生应力裂纹的性能。
2.3 烟囱腐蚀环境
脱硫系统不设置GGH时，烟气水分含量高，湿度大，温度低，重力密度大，烟囱自拔高度低，出口流速下降。进入烟囱的烟气温度约为50℃，会在烟囱内壁表面形成大量冷凝的酸液，并且这些酸液由于受烟气正压运行的影响，会在烟囱表面形成一定的渗透压。所以选择的防腐材料应为抗渗透性能好，且耐酸性介质强度高的防腐材料，尤其是耐烟气冷凝液条件下各种低浓度酸的侵蚀(如硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸等)。
3 烟囱的防腐材料类型
电厂烟囱按设计建设所用材料可分为砖烟囱和钢烟囱，按运行条件可分为干烟囱和湿烟囱。砖烟囱则包括单筒式和套筒式，其与烟气接触侧均为耐火砖砌筑而成;钢烟囱均是套筒式烟囱，即与烟气接触侧的套筒均由钢板焊接而成。干烟囱是未经脱硫或脱硫后设计有烟气再热设备(如GGH)，烟气基本不出现结露或少量结露情况的烟囱;湿烟囱则是脱硫后的烟气直接进入烟囱，烟气结露情况严重的烟囱。针对不同类型的烟囱，需要选择不同的防腐材料和防腐工艺。目前，火力发电厂的烟囱防腐采用的防腐方式按防腐所用材料主要可分为两大类，即无机材料防腐和有机材料防腐。
3.1 无机材料防腐
火力发电厂采用的无机材料防腐及其工艺主要有：钢烟囱表面衬贴耐蚀合金、钢烟囱或砖烟囱表面衬贴发泡玻璃砖和浇筑无机耐酸耐热混凝土或钾水玻璃耐酸砂浆层等。
1)钢烟囱表面衬贴耐蚀合金
目前国内外钢烟囱表面衬贴的耐蚀合金主要有钛和镍基合金两种。由于我国钛资源丰富，钛合金相对镍基合金的价格较为便宜，因而国内以衬贴钛合金板为主。而国外钢烟囱则以衬贴镍基合金板防腐为主。这两种材料在烟气中的各种温度环境下都具有优异的耐腐蚀性能。是目前烟囱防腐方式中适用范围最宽的防腐材料，但其价格也是所有烟囱防腐方式中最高的一种，并且只能适用于钢烟囱的防腐。
由于目前还没有一个针对钛复合钢板烟囱施工时连接缝进行焊接的质量监督和控制验收标准方法或指导性建议，多数采用钛复合钢板烟囱的电厂都出现了焊缝处的腐蚀穿孔情况。因此，采用钛复合钢板烟囱的电厂在施工和运行过程中要重点检查焊缝处的缺陷和腐蚀情况。
2)发泡玻璃砖衬贴
目前，发泡玻璃砖衬贴在国内砖烟囱和钢烟囱防腐中都有应用。主要分为进口的宾高德玻璃砖体系和国产玻璃砖体系两大类。
发泡玻璃砖主要成分是泡沫硼硅玻璃，具有良好的抗酸液渗透性、隔热性、耐高温性(20℃内)，以及热膨胀系数低和重量轻等特点，满足烟囱各种运行工况条件下的防腐，因而在国内外烟囱防腐中被大量采用。由于国内发泡玻璃砖及配套粘结剂的质量与国外同类材料间还存在一定的差异，其在国内电厂烟囱中的防腐效果不是很理想。而采用进口宾高德玻璃砖体系的防腐效果较好，但其费用较高，仅次于合金衬贴防腐的投资。
由于采用发泡玻璃砖进行烟囱防腐以人工实施为主，对施工人员的技术和素质均有较高的要求，一旦在施工过程中出现偷工减料或施工不到位的情况，防腐体系就会受到破坏。
3)耐酸耐热浇筑料
耐酸耐热浇筑料一般有耐酸耐热混凝土、钾水玻璃耐酸砂浆层。由于其防腐层的抗渗性和耐温度变化的性能较差，因而这种防腐衬层在干烟囱的防腐中具有较好的效果。在湿烟囱防腐应用的效果不理想。3.2 有机材料防腐
有机材料防腐是目前国内外各行各业防腐领域中使用最广泛的防腐方式，在火力发电厂烟囱的防腐中，尤其是在湿烟囱的防腐中被大量采用。目前，火力发电厂烟囱防腐所采用的有机材料涉及种类较多，主要有VEGF鳞片胶泥体系、聚脲弹性体系、VP内衬体系、有机和无机的复合纤维内衬体系、树脂玻璃鳞片体系等。这些防腐涂层体系主要是采用不同的有机高分子材料及聚合工艺，并在其中加入不同的填料，从而达到提高防腐层对基体材料的附着力、抗酸性冷凝液的渗透作用、耐烟气冲击作用、耐高温老化性能等综合性能。
3.3 防腐材料现状
由于目前多数采用涂料防腐的烟囱均出现了不同程度的防腐层失效情况，而合金衬贴板和进口玻璃砖的情况则相对良好，但其造价却比涂料防腐昂贵多倍。因此，虽然国内电力行业多倾向于采用合金衬贴板和进口玻璃砖。但由于防腐涂料的施工灵活性和造价较低，在电厂的烟囱防腐中应用仍较广泛，尤其是在脱硫改造后的旧机组烟囱中应用最为广泛。
4 烟囱防腐涂料检测评价分析
目前，国内外防腐涂料相关性能的检测评价方法都有相关标准，如国外的标准主要为ASTM和ISO，国内的标准主要为GB和SY。这些防腐涂料检测方法的标准总计有数十种，提供的检测方法主要都是针对防腐涂料不同使用条件下(如大气、土壤、腐蚀性溶液中)的基本性能检测，没有专门针对烟囱防腐涂料使用条件下的相关性能检测标准。虽然，DL/T 901-2004《火力发电厂烟囱(烟道)内衬防腐材料》中提供了烟囱防腐材料的相关性能指标，但其注重材料的耐温性和密实性，且该标准制定时没考虑到烟气脱硫对烟囱腐蚀环境的影响，缺乏对防腐涂料在目前脱硫前后，烟囱环境中的防腐性能检测评价依据。
由此造成发电企业在进行烟囱涂料防腐工程
