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前言：隨著我國對大氣環(huán)境質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格，煙氣脫硫技術(shù)逐漸被使用，目前國內(nèi)絕大多數(shù)采用濕法脫硫技術(shù)(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(shí)際煙囪的改造和設(shè)計(jì)初期，國內(nèi)缺乏對標(biāo)準(zhǔn)的理解，缺乏對煙囪實(shí)際工況的系統(tǒng)分析，同時(shí)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(shù)等相關(guān)知識(shí)，因而導(dǎo)致大量的煙囪防腐蝕項(xiàng)目出現(xiàn)質(zhì)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(yùn)行造成嚴(yán)重的安全隱患，因此需加深對實(shí)際濕法脫硫后煙氣的特點(diǎn)和煙囪運(yùn)行工況的研究，重視對防腐蝕材料品種和生產(chǎn)廠商的選擇。
1. 國家管控標(biāo)準(zhǔn)提高
我國的能源結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jì)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(tái)相應(yīng)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)�？偩钟“l(fā)《燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫電價(jià)及脫硫設(shè)施運(yùn)行管理辦法》(試運(yùn))(發(fā)改價(jià)格(2007)1176號)，規(guī)定新(擴(kuò))建燃煤機(jī)組和現(xiàn)有燃煤機(jī)組必須進(jìn)行脫硫脫硝改造，安裝脫硫脫硝裝置，但在脫硫設(shè)施發(fā)生故障時(shí)，煙氣可以經(jīng)過旁路通道通往煙囪向大氣排放[2]，標(biāo)志著我國燃煤煙囪脫硫改造工程項(xiàng)目大規(guī)模開始;
1.2 2010年，環(huán)境保護(hù)辦公廳印發(fā)《關(guān)于火電企業(yè)脫硫設(shè)施旁路煙道擋板實(shí)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(shè)施的旁路煙道;對暫時(shí)保留旁路煙道的，所有旁路擋板必須實(shí)行鉛封;所有新建燃煤機(jī)組不得設(shè)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(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223-2011)[4]、《關(guān)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(xiàng)行動(dòng)的通知》(環(huán)發(fā)〔2013〕55號)) [5]、《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(國發(fā)〔2013〕37號)[6]、《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271-2014)[7]等一系列法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步將加嚴(yán)了大氣污染物排放濃度限制，如重點(diǎn)區(qū)域要求SO2排放量不得高于50mg/m3等。
隨著標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，可以看出，國家在一步一步有計(jì)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(dá)到改善大氣環(huán)境質(zhì)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(diǎn)，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(diǎn)
目前，國內(nèi)較常采用石膏-石灰石濕法脫硫工藝(WFGD) [8]，一般情況下不設(shè)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(dá)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(yùn)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(nèi)結(jié)露形成酸性冷凝液，會(huì)對煙囪造成嚴(yán)重腐蝕[9]。濕法脫硫處理后的煙氣是一種腐蝕強(qiáng)度高、滲透性強(qiáng)、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(huì)對脫硫后煙氣腐蝕性能的評定，濕法脫硫后的煙氣屬于強(qiáng)腐蝕性煙氣等級，煙囪應(yīng)按照強(qiáng)腐蝕性煙氣來進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)，必須對煙囪內(nèi)壁進(jìn)行防腐處理[10]。
此外，受煙氣脫硫設(shè)施和機(jī)組運(yùn)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(zhuǎn)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(dāng)旁路擋板打開時(shí)，煙氣溫度達(dá)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(shè)計(jì)很難做到完全適應(yīng)這些頻繁變化的運(yùn)行條件，普通的煙囪內(nèi)防腐層在這種復(fù)雜的工況下易受到破壞[12]。
經(jīng)過上述分析，煙囪內(nèi)襯防腐材料需要具備以下性能特征，才能夠保證整個(gè)電廠安全運(yùn)行及煙囪自身結(jié)構(gòu)安全：(1)與基體材料有非常好的粘接力;(2)優(yōu)良的耐化學(xué)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(yùn)行振動(dòng);(4)優(yōu)異的耐高溫和耐溫度交變性能，應(yīng)可滿足工作溫度長期在45～160℃之間波動(dòng)，短期運(yùn)行溫度180℃。
綜合分析國內(nèi)脫硫濕煙囪運(yùn)行工況和煙氣特點(diǎn)，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(nèi)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(nèi)的磚加膠防腐方案最能適應(yīng)國內(nèi)濕煙囪防腐的要求，能適應(yīng)國內(nèi)的脫硫煙囪實(shí)際運(yùn)行工況，保障整個(gè)防腐體系在煙囪防腐上的可靠性和安全性，其中最為關(guān)鍵的是粘接劑，粘接劑的性能一定要能適應(yīng)國內(nèi)的脫硫煙囪實(shí)際運(yùn)行工況，以保障整個(gè)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(shí)際運(yùn)行工況為基礎(chǔ)，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(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)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(yīng)用歷程
早在2004年，國內(nèi)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(shí)薄弱的狀態(tài)，硅寶學(xué)習(xí)國外先進(jìn)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?zé)焽锜煔獾姆栏牧�，�?jīng)過專家研發(fā)團(tuán)隊(duì)的不懈努力，成為國內(nèi)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(yīng)用于內(nèi)蒙古某電廠防腐，運(yùn)行四年后粘接劑仍保持著良好的性能：
從2004年～2010年，歷時(shí)6年理論與實(shí)際結(jié)合，與時(shí)俱進(jìn)、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(bǔ)國內(nèi)脫硫煙囪專業(yè)防腐材料的缺失，有力的推進(jìn)了國家法規(guī)的順利落實(shí)和各個(gè)煙囪脫硫項(xiàng)目的改造，并在國內(nèi)各個(gè)煙囪改造項(xiàng)目中大量應(yīng)用，平均每年完成20根以上煙囪防腐項(xiàng)目，其中不乏正常運(yùn)行5、6年以上的應(yīng)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(dá)到防腐的效果，首先要求防腐材料與煙囪基材實(shí)現(xiàn)良好的粘接。為了更好的量化產(chǎn)品的粘接性能，選擇碳鋼基材與粘接劑進(jìn)行了粘接強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度也能達(dá)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(shí)際工況下的性能，進(jìn)行測試時(shí)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(shí)間段將樣品取出進(jìn)行測試其力學(xué)性能，驗(yàn)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(qiáng)度和斷裂伸長率變化小趨于穩(wěn)定，防腐材料與環(huán)境實(shí)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(chǎn)品具有良好的耐酸性能，從而為實(shí)際煙囪的運(yùn)行提供防腐保護(hù)。
4.3 抗冷熱沖擊性能
電廠的開機(jī)、停機(jī)、脫硫系統(tǒng)的開停、旁路運(yùn)行、混熱器的故障導(dǎo)致冷熱交替的考驗(yàn)，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(chǎn)生的應(yīng)力，這樣的系統(tǒng)保護(hù)的煙囪就具有了更好的溫變適應(yīng)性，從而為電廠操作者提供了更多的運(yùn)行方式。
4.4 耐溫性能
目前，國內(nèi)的大部分電廠都已經(jīng)或者開始上脫硫裝置進(jìn)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(jìn)行脫硫或者已經(jīng)進(jìn)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(shí)的煙氣溫度可達(dá)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(qiáng)度基本不發(fā)生變化;在200℃條件下，拉伸強(qiáng)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(xué)性能，可以適應(yīng)熱膨脹的煙囪和煙氣沖擊產(chǎn)生的應(yīng)力。
5、結(jié)論
大型電力發(fā)電煙囪廠實(shí)施脫硫改造以來，煙囪的腐蝕問題已經(jīng)嚴(yán)重影響到電廠的安全運(yùn)行，而電力煙囪防腐是一個(gè)復(fù)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(yán)苛的要求。從國內(nèi)外應(yīng)用多年的經(jīng)驗(yàn)來看，磚加膠防腐方案在煙囪防腐的應(yīng)用工程案例很多，實(shí)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(nèi)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(gè)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(chǎn)品的開發(fā)和研究，根據(jù)長期實(shí)際工程的應(yīng)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(xiàn)
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