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前言：隨著我國對大氣環(huán)境質量的改善和電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的重視，國家對火力發(fā)電廠煙氣排放標準要求越來越嚴格，煙氣脫硫技術逐漸被使用，目前國內絕大多數(shù)采用濕法脫硫技術(WFGD)，脫硫后的煙氣對煙囪的腐蝕加劇，尤其是無煙氣換熱器(Gas Gas Heater，GGH)的脫硫裝置，對煙囪防腐提出了更高的要求。但在實際煙囪的改造和設計初期，國內缺乏對標準的理解，缺乏對煙囪實際工況的系統(tǒng)分析，同時缺乏在防腐蝕（詞條“防腐蝕”由行業(yè)大百科提供）材料方面的專業(yè)人才和技術等相關知識，因而導致大量的煙囪防腐蝕項目出現(xiàn)質量問題，尤其是近幾年火力發(fā)電廠發(fā)生煙囪腐蝕泄漏的問題較多，給發(fā)電廠的安全運行造成嚴重的安全隱患，因此需加深對實際濕法脫硫后煙氣的特點和煙囪運行工況的研究，重視對防腐蝕材料品種和生產廠商的選擇。
1. 國家管控標準提高
我國的能源結構目前以燃煤火力發(fā)電為主，燃燒過程中不可避免地排放出各類大氣污染物，如SO2、SO3、NOx、鹵化物、粉塵等。如果火電廠排放的大氣污染物得不到有效控制，將直接影響我國大氣環(huán)境質量的改善和電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，甚至影響未來我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1]。為了加大環(huán)保工作力度，國家不斷出臺相應政策，規(guī)定燃煤火電廠污染物排放值，并逐漸加大了監(jiān)管力度：
1.1 2007年，國家發(fā)展改革委和國家環(huán)保總局印發(fā)《燃煤發(fā)電機組脫硫電價及脫硫設施運行管理辦法》(試運)(發(fā)改價格(2007)1176號)，規(guī)定新(擴)建燃煤機組和現(xiàn)有燃煤機組必須進行脫硫脫硝改造，安裝脫硫脫硝裝置，但在脫硫設施發(fā)生故障時，煙氣可以經(jīng)過旁路通道通往煙囪向大氣排放[2]，標志著我國燃煤煙囪脫硫改造工程項目大規(guī)模開始;
1.2 2010年，環(huán)境保護辦公廳印發(fā)《關于火電企業(yè)脫硫設施旁路煙道擋板實施鉛封的通知》(環(huán)辦(2010)91號)規(guī)定，2014年后，火電企業(yè)必須拆除已建脫硫設施的旁路煙道;對暫時保留旁路煙道的，所有旁路擋板必須實行鉛封;所有新建燃煤機組不得設置脫硫旁路煙道[3];
1.3 2011年至今，國家不斷提高管控要求，相繼頒布了《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223-2011)[4]、《關于2013年開展整治違法排污企業(yè)保障群眾健康環(huán)保專項行動的通知》(環(huán)發(fā)〔2013〕55號)) [5]、《大氣污染防治行動計劃》(國發(fā)〔2013〕37號)[6]、《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2014)[7]等一系列法規(guī)標準，進一步將加嚴了大氣污染物排放濃度限制，如重點區(qū)域要求SO2排放量不得高于50mg/m3等。
隨著標準的不斷更新，可以看出，國家在一步一步有計劃的推行著煙囪脫硫脫硝改造工程，逐漸限制大氣污染物的排放值，最終達到改善大氣環(huán)境質量的目的。而正確分析煙囪改造過程中和改造后煙氣的特點，才能選用正確的防腐材料和方案避免煙囪腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。
2. 脫硫后煙氣特點
目前，國內較常采用石膏-石灰石濕法脫硫工藝(WFGD) [8]，一般情況下不設煙氣加熱系統(tǒng)(GGH)裝置，這種脫硫工藝對煙氣中SO2的脫除率較高，可達95%以上，但對造成煙氣腐蝕主要成分的SO3脫除率只有20%左右。經(jīng)過濕法脫硫后的煙氣，溫度約在40℃～50℃，煙囪呈正壓運行，煙氣含水量高，煙氣中殘存的SO2、SO3、HF等酸性氣體易在煙囪內結露形成酸性冷凝液，會對煙囪造成嚴重腐蝕[9]。濕法脫硫處理后的煙氣是一種腐蝕強度高、滲透性強、且較難防范的低溫高濕稀酸，根據(jù)國際工業(yè)煙囪協(xié)會對脫硫后煙氣腐蝕性能的評定，濕法脫硫后的煙氣屬于強腐蝕性煙氣等級，煙囪應按照強腐蝕性煙氣來進行結構安全性設計，必須對煙囪內壁進行防腐處理[10]。
此外，受煙氣脫硫設施和機組運行狀況變化的影響，煙氣的溫度和濕度隨之發(fā)生變化，即煙氣干-濕、高-低溫狀態(tài)轉換難以避免[11]。加之在旁路擋板未鉛封之前，多數(shù)電廠濕法脫硫系統(tǒng)安裝有煙氣旁路系統(tǒng)，當旁路擋板打開時，煙氣溫度達到160℃左右，甚至更高，這種冷熱交變的情況較多，因此，煙囪的防腐蝕設計很難做到完全適應這些頻繁變化的運行條件，普通的煙囪內防腐層在這種復雜的工況下易受到破壞[12]。
經(jīng)過上述分析，煙囪內襯防腐材料需要具備以下性能特征，才能夠保證整個電廠安全運行及煙囪自身結構安全：(1)與基體材料有非常好的粘接力;(2)優(yōu)良的耐化學腐蝕能力，特別是耐酸液腐蝕的能力;(3)良好的柔韌性（詞條“韌性”由行業(yè)大百科提供），能抵抗鋼煙囪不可避免運行振動;(4)優(yōu)異的耐高溫和耐溫度交變性能，應可滿足工作溫度長期在45～160℃之間波動，短期運行溫度180℃。
綜合分析國內脫硫濕煙囪運行工況和煙氣特點，從材料性能、防腐效果、施工工藝、安裝成本等多方面比較防腐涂料（詞條“涂料”由行業(yè)大百科提供）、合金（詞條“合金”由行業(yè)大百科提供）內襯薄板、玻璃鋼、磚加膠防腐方案等防腐方案的優(yōu)勢和缺陷，不難發(fā)現(xiàn)國內的磚加膠防腐方案最能適應國內濕煙囪防腐的要求，能適應國內的脫硫煙囪實際運行工況，保障整個防腐體系在煙囪防腐上的可靠性和安全性，其中最為關鍵的是粘接劑，粘接劑的性能一定要能適應國內的脫硫煙囪實際運行工況，以保障整個防腐系統(tǒng)在煙囪防腐上的可靠性和安全性。
本文以煙囪實際運行工況為基礎，對硅寶科技股份有限公司的耐酸耐溫粘接劑研發(fā)歷程的分析，對其各方面性能進行模擬實驗和測試，來說明硅寶耐酸耐溫粘接劑對濕法脫硫煙囪防腐的重要性。
3. 耐酸耐溫粘接劑研發(fā)應用歷程
早在2004年，國內火電發(fā)電煙囪廠大多數(shù)還處在直接排放高溫原煙氣、防腐意識薄弱的狀態(tài)，硅寶學習國外先進理念，著眼于電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，率先研發(fā)適用于高溫煙囪煙氣的防腐材料，經(jīng)過專家研發(fā)團隊的不懈努力，成為國內最早推出耐酸耐溫粘接劑和煙囪防腐方案的企業(yè)，并在2006年成功應用于內蒙古某電廠防腐，運行四年后粘接劑仍保持著良好的性能：
從2004年～2010年，歷時6年理論與實際結合，與時俱進、不斷完善的研發(fā)出適用于脫硫煙囪防腐的耐酸耐溫粘接劑，正好彌補國內脫硫煙囪專業(yè)防腐材料的缺失，有力的推進了國家法規(guī)的順利落實和各個煙囪脫硫項目的改造，并在國內各個煙囪改造項目中大量應用，平均每年完成20根以上煙囪防腐項目，其中不乏正常運行5、6年以上的應用案例，如平頂山姚孟電廠、云南曲靖電廠等等。
4. 耐酸耐溫粘接劑的性能優(yōu)勢
4.1 與基材的粘接力
煙囪基材有混凝土基材，鋼基材，耐酸磚等，為了達到防腐的效果，首先要求防腐材料與煙囪基材實現(xiàn)良好的粘接。為了更好的量化產品的粘接性能，選擇碳鋼基材與粘接劑進行了粘接強度的測試。
表1所示為硅寶耐酸耐溫粘接劑與碳鋼基材的粘接性能，測試標準參考GB/T 7124。可以看出，在常溫狀態(tài)、不涂刷底漆的條件下，其粘接強度也能達到1.5MPa。
4.2 耐腐蝕性能
耐腐蝕性能是防腐材料的根本，為了更好的模擬防腐材料在實際工況下的性能，進行測試時采用混合酸，其配比為9.5%硫酸，0.5%硝酸，0.1%鹽酸，0.2%氫氟酸。將已經(jīng)制備好的啞鈴樣片分分兩批放入配置好的混合酸中，然后分別置于50℃和70℃條件下，隔一時間段將樣品取出進行測試其力學性能，驗證其耐腐蝕性能。
由圖可以看出，到測試后期，即樣品浸泡45天以后，粘接劑的拉伸強度和斷裂伸長率變化小趨于穩(wěn)定，防腐材料與環(huán)境實現(xiàn)了平衡。在浸酸60天之后，50℃和70℃條件下的性能保持率均在80%以上，可見該產品具有良好的耐酸性能，從而為實際煙囪的運行提供防腐保護。
4.3 抗冷熱沖擊性能
電廠的開機、停機、脫硫系統(tǒng)的開停、旁路運行、混熱器的故障導致冷熱交替的考驗，磚加膠系統(tǒng)中磚起隔熱作用、耐酸耐溫粘接劑良好的彈性釋放冷熱交變產生的應力，這樣的系統(tǒng)保護的煙囪就具有了更好的溫變適應性，從而為電廠操作者提供了更多的運行方式。
4.4 耐溫性能
目前，國內的大部分電廠都已經(jīng)或者開始上脫硫裝置進行煙氣脫硫，一般情況下經(jīng)脫硫塔出來的煙氣溫度大概在50℃，即便是加裝了GGH的煙氣溫度也只有80℃。但是，在某些電廠尚未進行脫硫或者已經(jīng)進行脫硫的電廠在某些不可抗力的影響下需要開啟旁路，這時的煙氣溫度可達130℃以上，甚至180℃左右。因此，為了保障防腐材料在極端環(huán)境下也能夠保持其性能，需要其具備耐高溫的性能。
將粘接劑的啞鈴片分別放置在100℃、150℃、200℃高溫條件下處理50天。在100℃和150℃條件下粘接劑的拉伸強度基本不發(fā)生變化;在200℃條件下，拉伸強度有略微的變化。這說明耐酸耐溫粘接劑在高溫沖擊后仍能保持非常好的彈性和力學性能，可以適應熱膨脹的煙囪和煙氣沖擊產生的應力。
5、結論
大型電力發(fā)電煙囪廠實施脫硫改造以來，煙囪的腐蝕問題已經(jīng)嚴重影響到電廠的安全運行，而電力煙囪防腐是一個復雜多變的綜合體系，任何一種只考慮單一工況的防腐方案都無法解決其根本性問題。綜合考慮，需要防腐方案具備良好的耐高低溫交變性能、耐腐蝕性能、耐沖刷及耐高溫性，這些綜合性能對防腐材料也提出了嚴苛的要求。從國內外應用多年的經(jīng)驗來看，磚加膠防腐方案在煙囪防腐的應用工程案例很多，實踐證明該體系的防腐效果和耐久性能均優(yōu)于其他防腐體系，非常適用于國內脫硫煙囪防腐工程。其中，膠粘劑的重要性不言而喻，選擇一個知名品牌且具有良好性能的膠粘劑是防腐方案成功與否的重要因素。硅寶長期致力于電力煙囪防腐產品的開發(fā)和研究，根據(jù)長期實際工程的應用證明，可以為電力煙囪防腐提供良好的解決方案。
參考文獻
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[4] GB 13223-2011.火電廠大氣污染物排放標準[S].
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[6] 國發(fā)〔2013〕37號.大氣污染防治行動計劃.
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[10]劉秀香.煙氣濕法脫硫后的新舊煙囪防腐蝕設計[J].山西科技，2007，6.
[11] 王春利，楊明。電廠濕法脫硫煙囪結構選型及防腐[J].價值工程，2014(35)
[12]盧思楊.脫硫煙囪結構選型及防腐材料的選擇[J].江西電力職業(yè)技術學院學報，2004，17(4).
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