現(xiàn)今我國大部分火電機(jī)組都上了脫硫裝置，本文通過分析煙囪腐蝕機(jī)理，對比不同的脫硫工藝，通過對脫硫工藝的機(jī)理分析，結(jié)合煙囪腐蝕機(jī)理，得出其對煙囪腐蝕的影響。
一、前言
截止2010年底，煙氣脫硫機(jī)組容量5.6億千瓦，占煤電機(jī)組容量的86%，許多脫硫裝置的安裝都需要對煙囪進(jìn)行同步防腐，造成高額投資。而且隨著脫硫裝置長期運(yùn)行，經(jīng)過防腐處理的煙囪會(huì)由于種種原因出現(xiàn)問題，甚至影響到了煙囪的結(jié)構(gòu)安全。下面我們通過煙囪腐蝕機(jī)理的研究，進(jìn)而通過對比不同的脫硫工藝，分析其對煙囪腐蝕的影響。
二、煙囪腐蝕原理
煙氣對煙囪的腐蝕種類有：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、結(jié)晶腐蝕、磨損腐蝕。
(1)化學(xué)腐蝕：尾氣中的腐蝕性介質(zhì)在一定的溫度、濕度下，和金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性鹽，逐漸腐蝕設(shè)備。
(2)電化學(xué)腐蝕：潮濕環(huán)境中，金屬腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，在焊縫處特別容易發(fā)生。尾氣中的電解質(zhì)和水在金屬表面形成原電池，逐漸腐蝕設(shè)備。
(3)結(jié)晶腐蝕：可溶性硫酸鹽或亞硫酸鹽的液相滲人表面防腐層的毛細(xì)孔內(nèi)，若設(shè)備停用時(shí)，在自然干燥下生成結(jié)晶型鹽，同時(shí)體積膨脹，使防腐材料自身產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，而使其脫皮、粉化、疏松或裂縫損壞。特別是頻繁開、停時(shí)，帶結(jié)晶水的鹽類體積可增加幾倍或幾十倍，腐蝕更加嚴(yán)重。因此，閑置的設(shè)備更易腐蝕。
(4)磨損腐蝕：尾氣中的固體顆粒與設(shè)備表面湍動(dòng)摩擦，使其逐漸變薄，加速腐蝕過程。
三、脫硫工藝對煙囪腐蝕的影響
不同的脫硫工藝，對于煙囪腐蝕的影響差距較大，下面主要就主流的濕法與干法工藝做下分析比較：
（一）濕法脫硫工藝分析
濕法煙氣脫硫，特點(diǎn)是脫硫系統(tǒng)位于煙道的末端、除塵器之后，脫硫過程的反應(yīng)溫度低于露點(diǎn)，煙氣經(jīng)過再熱或不加熱直接排入煙囪。
煙氣經(jīng)過濕法脫硫后，雖然煙氣中的二氧化硫的含量大大減少，但是，洗滌的方法對除去煙氣中少量的三氧化硫效果并不好，只有20%~~30%左右。即使用最有效的除霧器，飽和煙氣所攜帶的水滴和水霧也會(huì)在煙氣出口設(shè)備上凝結(jié)，吸收煙氣中的腐蝕元素，腐蝕管路和設(shè)備。由于經(jīng)濕法脫硫，煙氣濕度增加、溫度降低，煙氣極易在煙囪的內(nèi)壁結(jié)露，煙氣中殘余的三氧化硫溶解后，形成腐蝕性很強(qiáng)的稀硫酸液。脫硫煙囪內(nèi)的煙氣有以下特點(diǎn)：
(1)煙氣濕度大，處于飽和狀態(tài)的濕煙氣含有的腐蝕性介質(zhì)在煙氣壓力和濕度的雙重作用下，煙囪內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)致密度差的材料內(nèi)部很易遭到腐蝕，影響結(jié)構(gòu)耐久性。
(2)煙氣溫度降低，煙囪正壓運(yùn)行區(qū)域增大，煙囪內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)很易遭到腐蝕，直接影響煙囪的安全運(yùn)行。
(3)低濃度稀硫酸液比高濃度的酸液腐蝕性更強(qiáng)。
(4)酸液的溫度在40℃-80℃時(shí)，對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性特別強(qiáng)。以鋼材為例，40℃-80℃時(shí)的腐蝕速度比在其它溫度時(shí)高出約3-8倍。
(5)煙氣中殘留的氯離子遇水形成氯酸，其化合溫度約為60℃，當(dāng)?shù)陀谄渎饵c(diǎn)溫度時(shí)，即使很少的氯化物也會(huì)造成嚴(yán)重腐蝕。(6)濕法脫硫工藝使可吸入顆粒物排放增加。濕法脫硫塔雖脫除了部分粗顆粒，卻提高了細(xì)顆粒的濃度，這些細(xì)顆粒是除霧器無法除去的濕法脫硫煙氣中的細(xì)小液滴在換熱器中干燥后產(chǎn)生的漿渣所形成的，煙氣中粉塵的增加加劇了對煙囪的沖刷，加速了煙囪腐蝕。
(7)即使?jié)穹摿虬惭b了GGH，也難以避免腐蝕：
Ø安裝GGH后，煙氣中的飛灰會(huì)積聚在GGH換熱元件上，飛灰中的重金屬會(huì)起催化劑作用，將煙氣中部分SO2轉(zhuǎn)化為SO3，盡管數(shù)量不多，但對升高煙氣的酸露點(diǎn)是有影響的，測試表明GGH后SO3的含量有所增加。
Ø測試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過濕法脫硫后的煙氣酸露點(diǎn)在90～120℃溫度范圍內(nèi)，而煙氣再熱之后的溫度約80℃，因此在濕法脫硫下游設(shè)備表面上，仍然會(huì)產(chǎn)生新的酸凝結(jié)液。
Ø經(jīng)GGH加熱后的煙氣溫度高于煙氣水露點(diǎn)，因此可以防止新的凝結(jié)水產(chǎn)生，但是80℃的低溫?zé)煔?，無法在很短時(shí)間內(nèi)將已經(jīng)凝結(jié)在煙道或煙囪表面上的水或穿過除霧器的漿液快速蒸干，只能使這些液滴慢慢地濃縮、干燥，而此過程使得原來酸性不強(qiáng)的液滴變成腐蝕性很強(qiáng)的酸液在煙道和煙囪上形成點(diǎn)腐蝕。
在國內(nèi)已有眾多的電廠鍋爐爐后配置濕法脫硫出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕，即使做了相應(yīng)的防腐措施，仍未能長期解決煙囪腐蝕的難題。以下為國內(nèi)幾個(gè)配備了濕法脫硫的電廠煙囪情況，供參考。
國內(nèi)某電廠煙囪基部腐蝕(煙囪穿洞)
煙囪防腐材料變薄脫落
濕法脫硫后煙囪腐蝕水四處流淌
（二）干法脫硫工藝分析
干法煙氣脫硫，特點(diǎn)是脫硫系統(tǒng)位于鍋爐主機(jī)與除塵器之間，脫硫過程的反應(yīng)溫度高于露點(diǎn)，煙氣無須再熱直接排入煙囪。
干法脫硫具有脫除多組份煙氣污染物的能力。在脫除SO2的同時(shí)，可同步幾乎100%高效脫除SO3、HCl、HF、重金屬、RSP等。煙氣經(jīng)過干法脫硫后，酸性氣體幾乎全部脫除，特別是SO3及HCl的脫除對煙囪起到了很好的保護(hù)作用。干法脫硫煙囪內(nèi)的煙氣特點(diǎn)如下：
(1)煙氣溫度高于露點(diǎn)溫度，系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)結(jié)露腐蝕，無需特殊防腐。
(2)煙氣溫度較高，煙囪正壓運(yùn)行區(qū)域減小，對煙囪內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)受到的擠壓沖刷小，保證煙囪安全。
(3)脫硫裝置在鍋爐主機(jī)與除塵器之間，經(jīng)過除塵后的煙氣，粉塵濃度低，煙氣對煙囪的沖刷小，減少煙囪磨損。
(4)在脫除SO2的同時(shí)，可同步幾乎100%高效脫除SO3、HCl、HF、重金屬、RSP(可吸入細(xì)微顆粒)等。煙氣經(jīng)過干法脫硫后，酸性氣體幾乎全部脫除，特別是SO3及HCl的脫除使得煙囪內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)低濃度的稀硫酸與氯酸，對煙囪起到了很好的保護(hù)作用。
近年來，憑著脫硫系統(tǒng)工藝簡單，運(yùn)行成本低，一次性投資成本低，系統(tǒng)無需防腐，脫硫效率高(最高脫硫率可達(dá)到95%以上)、對煙氣含SO2濃度變化適應(yīng)性大、脫硫吸收劑的利用率高、技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，干法脫硫在國內(nèi)脫硫市場所占的比例逐漸增加。干法脫硫因其本身的技術(shù)特點(diǎn)，整套系統(tǒng)無需防腐，對于脫硫裝置后的煙囪也無需進(jìn)行防腐處理也能保證其安全穩(wěn)定的運(yùn)行。下文以CFB-FGD干法脫硫?yàn)槔喴榻B半干法脫硫工藝。
國內(nèi)某電廠配套干法脫硫出口煙道及煙囪圖片(系統(tǒng)運(yùn)行6年后攝)
CFB-FGD干法脫硫除塵一體化工藝：
該工藝由吸收劑制備、脫硫吸收塔、物料循環(huán)、布袋除塵器及控制系統(tǒng)等部分組成。鍋爐排出的煙氣，從底部進(jìn)入脫硫吸收塔，煙氣經(jīng)吸收塔底文丘里結(jié)構(gòu)加速后與加入的吸收劑、循環(huán)灰及水發(fā)生反應(yīng)，除去煙氣中的SO2等氣體(具體流程見下圖)。煙氣中夾帶的吸收劑和脫硫灰，在通過脫硫吸收塔下部的文丘里管時(shí)，受到氣流的加速而懸浮起來，形成激烈的湍動(dòng)狀態(tài)，使顆粒與煙氣之間具有很大的相對滑落速度，顆粒反應(yīng)界面不斷摩擦、碰撞更新，從而極大地強(qiáng)化了氣固間的傳熱、傳質(zhì)。
同時(shí)為了達(dá)到最佳的反應(yīng)溫度，通過向脫硫塔內(nèi)噴水，使煙氣溫度冷卻到75℃左右。攜帶大量吸收劑和反應(yīng)產(chǎn)物的煙氣從脫硫吸收塔頂部側(cè)向下行進(jìn)入脫硫除塵器，進(jìn)行氣固分離，經(jīng)氣固分離后的煙氣含塵量不超過50mg/Nm3。為了降低吸收劑的耗量，大部分收集到的細(xì)灰及反應(yīng)混合物返回脫硫塔進(jìn)一步反應(yīng)，只有一小部分被認(rèn)為不再具有吸收能力的較粗顆粒被作為脫硫副產(chǎn)物排到電廠脫硫灰?guī)臁Ｗ詈蠼?jīng)除塵器凈化后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排入煙囪。
該脫硫工藝的主要化學(xué)反應(yīng)式為：
Ca(OH)2+SO2=CaSO3˙1/2H2O+1/2H2O
Ca(OH)2+SO3=CaSO4˙1/2H2O+1/2H2O
CaSO3˙1/2H2O+1/2O2=CaSO4˙1/2H2O
Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H2O
Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O
2Ca(OH)2+2HCl=CaCl2˙Ca(OH)2˙2H2O(>120℃)
CFB-FGD干法脫硫除塵一體化工藝特點(diǎn)主要有：
1)技術(shù)成熟，在國內(nèi)外電力、燒結(jié)等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用;
2)脫硫效率高，從理論上講，CFB-FGD干法脫硫除塵工藝高脫硫效率是可實(shí)現(xiàn)的，只要提高Ca/S，增加吸收劑耗量，脫硫率可高達(dá)98%以上。
3)先脫硫后除塵的工藝方案能夠很好的利用循環(huán)流化床鍋爐飛灰中殘留的CaO作為吸收劑，可有效降低煙氣脫硫運(yùn)行成本。
4)運(yùn)行環(huán)境為干態(tài)，排煙溫度高，系統(tǒng)不需要煙氣再熱和特殊防腐。
5)不受煙氣負(fù)荷及含硫量限制，對煤質(zhì)煤種變化適應(yīng)性強(qiáng)。CFB-FGD干法脫硫除塵一體化工藝設(shè)置清潔煙氣再循環(huán)，可以滿足煙氣負(fù)荷波動(dòng)下的正常運(yùn)行。同時(shí)，對煙氣中SO2濃度的波動(dòng)也有較好的適應(yīng)性，在SO2濃度增大時(shí)，只需適當(dāng)增加吸收劑的加入(設(shè)備無須改造)，就可以使脫硫效率得到提高，滿足環(huán)保排放要求。
四、結(jié)論
煙囪是電廠的重要組成部分，保障煙囪的安全可靠運(yùn)行是電廠穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。通過上文煙囪腐蝕機(jī)理說明，以及兩種不同脫硫工藝對煙囪腐蝕影響的分析我們不難看出：
濕法脫硫裝置，無論后部是否有GGH，都必須進(jìn)行下游煙道及煙囪防腐，煙囪防腐造價(jià)不菲，增加了電廠的投資，而且即使花大力氣對煙囪進(jìn)行了防腐處理，煙囪腐蝕仍然存在，治標(biāo)不治本。
干法脫硫裝置因其工藝特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)包括煙囪無需防腐處理，這樣不僅減少了投資，而且從根本上杜絕了煙囪的腐蝕來源，使其能夠長期安全可靠的運(yùn)行。
因此，選擇合適的脫硫工藝能保障煙囪免于腐蝕困擾，安全運(yùn)行，與此同時(shí)對電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行也有著重要的意義。
