钛钢复合板在电厂烟囱中的应用

近年来，随着国家环保标准的逐步提高和大众环境意识的增强，国内新建火力发电厂工程都要求进行烟气脱硫处理以杜绝大气污染。但在我国，烟气脱硫处理还属于起步阶段。因此，在国家电力行业的烟囱现行设计标准中，均未对烟气进行脱硫处理做出具体规定，只是依据烟气的腐蚀性等级对烟囱的防腐设计作出了要求。
对电厂烟囱使用钛钢复合板作防腐蚀设计，以制造试用尚处于初试阶段设计单位还处在不断的摸索和探求之中，以期达到即安全、可靠、耐久，又可行适用、经济的效果，以初见曙光。
一、烟气脱硫的特点和腐蚀性
1、 烟气脱硫的特点（现状）
目前，国内采用的烟气脱硫处理通常是选用石灰石湿法脱硫处理方案；依据各个工程环境条件的不同，有的设置了烟气加热系统GGH，有的不设。
通常进行湿法脱硫处理后的烟气，水气含量都很高，湿度大，温度低，易于出现烟气结露现象。烟气中的水气结露后形成的水滴水雾。同时烟气中还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质，溶解于水雾之中形成腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型烟气，对烟囱腐蚀严重。
湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率很高，但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3脱除效率不高，约20%左右，因此，又增加了硫酸气蚀介质，故烟气脱硫后，对烟囱的腐蚀隐患并未消除；相反，脱硫后的烟气状况（低温、高湿等）可能使腐蚀状况进一步加剧，而对不设烟气加热系统GGH的脱硫系统，烟囱内的腐蚀环境则更加恶劣。
2、 脱硫烟气的腐蚀性
由于国内脱硫烟囱历史较短，专项的腐蚀调查研究资料很少，经验也不多，并且国内烟囱设计标准中对脱硫处理的烟囱防腐设计尚无明确说明。因此，对于脱硫后烟气对烟囱结构的腐蚀性分析我们主要是借鉴国外的资料。
(1)烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在将很大提高腐蚀程度，在20℃和1个标准大气压下，氟化氢（300mg/m3）、氯元素（1300mg/m3）和氯化氢（1300mg/m3）的重量浓度超过0.025%、0.1%和0.1%时，腐蚀等级（化学荷载）为高级。
(2)处于烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气条件通常被视为高腐蚀等级（化学荷载）。
(3)含有硫磺氧化物的烟气腐蚀等级（化学荷载）按SO3的含量值确定；凝结过程中SO3离子与水蒸气结合成为硫酸，对烟囱进行腐蚀。
(4) 亚硫酸的露点温度取决于烟气中SO3浓度，一般约为65℃，稍高于水的露点。燃煤中如含有污染，则在同样的温度下还会有像盐酸、硝酸等其它酸液。
(5)尽管在烟气脱硫效应（FGD）过程中已除去了大部分的氧化硫，但在净化装置下游，随着氧化硫含量的减少，烟气的湿度会增大，且温度会降低，当温度低于80℃时，烟气浓缩成酸液。
(6)烟气中的氯离子遇到水蒸汽便形成氯酸，它的化合温度约为60℃，当低于氯酸露点温度时，就会产生严重的腐蚀，即使是氯化物很少也会造成严重腐蚀。
燃煤电厂排出的烟气虽然在脱硫过程中能除去大部分的氧化硫，但经脱硫后，烟气湿度增大，温度降低，使烟气中单位体积的稀释硫酸含量相应增加，其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性烟气等级，因而烟囱应按强腐蚀性烟气等级来考虑烟囱结构的安全性设计。
二、 脱硫烟囱设计方案考虑的因素
1、国内烟囱设计标准要求
按照国家标准《烟囱设计规范》GB50051-2002第10.2.2条和电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022-93第7.4.4条的要求：当排放强腐蚀性烟气时，宜采用套筒式或多管式烟囱结构型式，且以钢内筒多管式烟囱为主。钢内筒烟囱从材料的抗渗密闭性来看，优于砖砌内筒材料。即把承重的钢筋混凝土外筒和排烟内筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触。湿法脱硫烟囱属强腐蚀性烟气等级，其结构型式宜采用套筒或多管型式。
对于钢内筒结构，在烟气湿法脱硫（无GGH装置）的情况下，国际工业烟囱协会（CICIND）在其发布的《钢烟囱标准规程 Model Code For Steel Chimneys》（1999年第1版）中建议采用普通碳钢板在其内侧（与烟气接触侧）增加一层非常薄的合金板或钛板的方法进行处理。
2、 烟囱设计工程实例
浙江国华宁海电厂新建工程4*600MW国产燃煤机组，无烟气加热系统（GGH）方案，用直径6米钢筋混凝土烟囱，钢内筒采用普通Q235B钢板（10 mm 、12 mm 、15 mm）与1.2 mm厚钛板复合而成的复合板方案。通过施工招标，整个一座210米高复合钢内筒三管烟囱的费用（42127594万）与省下的三套GGH设备费用相当；而节省下来的GGH运行费用、每年的检修维护费用和炉后场地节约费用等，经济效益可观。
台塑集团在福建省漳州后石电厂投资建设的6台660MW级燃煤发电机组，共建有两座240米高三管式烟囱。采用海水脱硫，不设烟气加热系统GGH，烟囱的钢内筒内表面，都挂贴了1.6毫米的钛钣或镍钣用于抗稀酸液腐蚀，单座烟囱投资达8000余万元，运行情况良好。
江苏省常熟市华润电力常熟第二发电厂（西北电力设计院设计）3*600MW超临界燃煤发电机组脱硫岛招标中，由于GGH运行的温度要求在发电机组低负荷运行、机组开启和关停状况下难以保证，最后业主舍弃烟气加热系统（GGH）方案，而改用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。通过施工招标，整个一座240米高复合钢内筒三管烟囱的费用与省下的三套GGH设备费用相当；
同时还有江苏沙洲发电厂一期工程2*600MW燃煤机组；广东国华奥电台山发电有限公司一期工程600MW燃煤机组等。
3、 脱硫烟囱防腐设计的学术交流
2000年年初，电力规划设计总院组织部分电力设计院的设计人员与专程从意大利赶来的哈蒙公司烟囱设计专家、国际工业烟囱学会理事史密斯先生进行了烟囱设计技术交流，史密斯先生也认为湿法烟气脱硫系统取消烟气加热系统（GGH）后采用这种价格较高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。
三、 取消烟气加热系统（GGH）
在满足环保要求的条件下，对不设烟气加热系统装置（GGH）的烟囱排烟筒宜选用抗渗密闭性好，整体性强，自重轻的钛钢复合板材料。
钛钢复合板（1.2毫米厚钛板）是一种较合适的组合材料，也是国际烟囱设计标准推荐的防腐材料。它真正做到了结构强度（钢）、防腐（钛）双重效果。
四、 钛钢复合板在烟囱中的的展望
按照前面的说明，钛钢复合板材料在烟气湿法脱硫处理、且不设烟气加热系统的条件下使用是较为理想的防腐处理方案。
而目前国内大部分火力发电厂工程，由于工程优化和降低成本的原因，都希望在满足环保要求的情况下湿法脱硫系统不设烟气加热系统GGH，这就为钛钢复合板材料在烟囱钢内筒中的应用提供了机会。
另外，下面三种情况也使钛钢复合板材料在烟囱钢内筒中的应用更具有优势。
五、我厂材料、生产、制作和安装标准的配套支持
国内有配套完整的系列钛钢复合板材料生产、制作和安装标准，为其在脱硫烟囱中的使用打下了坚实的基础。
这些标准主要是：
钛制焊接容器 JB/T 4745-2002
钛-钢复合板 GB 8547-87
钛及钛合金复合钢板焊接技术条件GB/T 13149-91
钛及钛合金板材 GB/T 3621-1994
钛及钛合金牌号和化学成分 GB/T 3620.1
钛及钛合金加工产品超声波探伤方法 GB/T 5193
钛及钛合金加工产品的包装、运输和储GB/T 8180
六、 技术经济综合效果好
关于技术经济的优势，我们认为应从以下几个方面综合进行比较：
a．采用钛钢复合板材料后的烟囱造价应与原有的烟囱造价及烟气加热系统GGH的造价之和进行比较，单纯地比较钛钢复合板材料烟囱造价和其它材料的烟囱造价是不能完全反映实践情况的。因为，不设烟气加热系统GGH后，烟囱的腐蚀性更加恶劣，钢质材料不能满足要求。
b．从目前几个火电厂烟囱工程的技术经济比较看：采用钛钢复合板材料后的烟囱综合造价都比原有的烟囱造价及烟气加热系统GGH的造价之和要小，机组数量越多、单机容量越大，则采用钛钢复合板材料后节省的烟囱造价就越大。前述的浙江国华宁海电厂新建工程；台塑集团在福建省漳州后石电厂；江苏省常熟市华润电力常熟第二发电机组工程等，整个烟囱投标价与省下的GGH设备费用相当，而原有的烟囱造价全部节省下来就是一个典型事例。
c．钛钢复合板材料在化工行业应用较多，其制造、安装等不属于特殊工艺，技术是安全和可钛钢复合板在电厂烟囱中的应用