烟囱刷色环，甘肃兰州楼东电厂烟囱防腐的方案

2.2.3  烟气对烟囱的影响
   从脱硫烟囱内烟气的上述特点，可以看出：
排放脱硫烟气的烟囱比排放普通未脱硫烟气的烟囱对防腐蚀设计要求要高得多，这也许与我们的传统观念有所不同。故在设计脱硫烟囱时，烟囱内壁的防腐蚀措施应进一步加强。
新设计的烟囱内衬，必须具备耐750－85℃以及高浓度硫酸的条件。这是脱硫后的烟囱内衬设计所要解决的主要问题。
另外，由于在烟囱运行时，烟气有可能不进入脱硫装置，而通过旁路烟道进入烟囱。此时，烟气温度较高，故设计烟囱时，还必须考虑在130～150℃温度工况下运行对烟囱的影响。

2.3  钢内筒各内衬方案评述
2.3.1  镍基耐蚀合金板(C-276、C22)内衬
1)元素成份及机械物理性能
C-276的ISO材料牌号NiMo16Cr15Fe6W4;  美国材料试验学会（ASTM）编制的联合编号UNS N10276;  德国DIN材料牌号NiMo16Cr15W(W.Nr.2.4819)
                    表2.3.1.1  C-276  C22元素成份表
合金类别商品牌号元素成份wt%
CrMoNiWFeSiCSP
镍基耐蚀合金C-276典型成份15.516.0余量3.56.00.030.0040.0020.005
C-22典型成份20.3913.79余量2.752.790.0570.0060.00020.008

表2.3.1.2  C-276元素成份机械物理性能表
C-276
导热系数7.2W/M·C 
密度8.89G/cm2
屈服强度≥283 MPa
抗拉强度≥690 MPa
弹性模量209～200KN/mm2  (0～200°C)
热膨胀系数11.2*10-6/°C
延伸率%≥40
溶点1325-1370 ℃
2003年以来，国际国内市场镍价持续上涨，国际交易所镍现货价格由7500美元/吨升至14000～15000美元/吨，国内镍现货价格也升至16万元/吨，镍价目前已处于1990年以来14 年的最高水平。日本JSW资料显示C276轧制复合板价格近10万元/吨。国际国内市场镍价上涨，使得C276合金材料初期成本较高这一因素更加制约了C-276耐腐合金在脱硫烟囱中的应用。
2) C-276合金耐腐蚀性能
C-276合金是一种含钨的镍-铬-钼合金，其硅、碳的含量极低，在氧化和还原状态下，对大多数腐蚀介质具有优异的耐腐蚀性，出色的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀性能。较高的钼、铬含量使合金能够耐氯离子的侵蚀，钨元素也进一步提高了其耐腐蚀性。
C-276合金在10％硫酸沸腾试验溶液中的腐蚀速率为0.35mm/y，316L为16.15mm/y，317为7.85mm/y，钛板在99℃的20％H2SO4试验溶液中腐蚀速率>61.8 mm/y。
3) C-276耐腐内衬构造
钢内筒由10～16mm厚(支承式)或6～8mm厚(悬挂式)Q235加C-276耐腐内衬。内筒结构设计计算时，不必预留腐蚀富裕度，合金板内侧也不必采取防腐措施。内筒钢板与C-276内衬合金板有工厂轧制复合、爆炸复合和现场挂贴式。据日本JSW资料，工厂轧制复合板的内衬合金板最小厚度为1.5mm。

钢内筒简图如下:

4) C-276耐腐内衬合金板工程应用
美国近十年中，C276合金，C22合金广泛应用于可能形成原始酸冷凝液烟气洗涤脱硫塔及烟囱中。
由于C276 C22合金材料初期成本较高等原因，国内尚无应用于烟囱钢内筒耐腐内衬的工程实例。
2.3.2钛板(TiCr2) 内衬
1) 元素成份及机械物理性能
钛位于元素周期表中ⅣB族，原子序数为22，高纯度的钛强度较低，它作为结构材料应用意义不大，故在工程中很少应用。工业纯钛按其杂质含量的不同，分为TA1.TA2和TA3三个牌号。这三种工业纯钛的间隙杂质元素逐渐增加的，其机械强度和硬度也随之逐级增加，但塑性.韧性相应下降。工业上常用的纯钛是TA2，因其耐蚀性能和综合力学性能适中。对耐腐和强度要求较高时可采用TA3。对要求较好的成型性能时可采用TA1。

表2.3.2.1 钛TA2机械物理性能表
密度4.51G/cm2
抗拉屈服强度140 MPa
抗拉强度220 MPa
弹性模量10.6*104MPA(116 GPa)
热膨胀系数9.0*10-6/°C
溶点1668°C
延伸率%54 %
2) 钛及其合金耐腐蚀性能
钛是一种很耐腐蚀的材料，这是由于钛的表面容易生成稳定的钝化膜，钝化膜是由几纳米到几十纳米厚的极薄的氧化钛构成，在许多环境中是很稳定的，并且一旦局部破坏还具有瞬间再修补的特性。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好，甚至可与铂比美。但也必须认识到这层氧化膜被破坏后，若不存在修复的环境介质，这时钛的腐蚀速度比铁还大。
钛的耐蚀介质是指那些能使钛的钝化膜处于稳定状态的介质，这些介质属于氧化性，中性，弱还原性。主要有海水，硝酸，铬酸，醋酸，次氯酸，低于3%的盐酸，低于4%的硫酸，乳酸，对苯二甲酸，湿氯气，次氯酸盐，含氯漂白剂，二氧化氯，食盐，氯化铁，氯化铜，尿素，多种有机物等。
钛的不耐蚀介质是指使其钝化膜遭到破坏的介质，这些介质是强还原剂和无水强氧化剂。主要有氢氟酸，氟硅酸，含氟化合物溶液，大于3%的盐酸，大于5%的硫酸，草酸，磷酸，干氯气，发烟硝酸等。由于这些溶液溶解钛表面氧化膜，所以钛被腐蚀。如果在这些溶液中加入氧化剂或某些金属离子时，则钛表面氧化膜便会受到保护，此时钛的稳定就会增加。
钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。各种元素，按其与钛发生不同反应可分为四类：
第一类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物；
第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体；
第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体；
第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外），锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。   
   钛与<5%的稀硫酸反应后在钛表面上生成保护性氧化膜，可保护钛不被稀酸继续腐蚀。但>5% 的硫酸与钛有明显的反应，在常温下，约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于40%，达到60%时腐蚀速度反而变慢，80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛，见式（1）,（2），加热的浓硫酸可被钛还原，生成SO2，见式（3）。
   Ti＋H2SO4＝TiSO4＋H2 ……………(1)
2Ti＋3H2SO4＝Ti2(SO4)3＋H2 ……………(2)
   2Ti＋6H2SO4＝Ti2(SO4)3＋3SO2＋6H2O＋202千卡 ……………(3)
   HCl和氯化物
   氯化氢气体能腐蚀金属钛，干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成TiCl4，见 式(5);浓度<5%的盐酸 在室温下不与钛反应，20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3，见式(6);当温度长高时，即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物，如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4离子及其水溶液，都不与钛发生反应，钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。
   Ti＋4HCl＝TiCl4＋2H2＋94.75千卡 ……………(5)
2Ti＋6HCl＝TiCl3＋3H2 ……………(6)
3) 钛板耐腐内衬构造
钢内筒由10～16mm厚(支承式)或6～8mm厚(悬挂式)Q235加钛板耐腐内衬。内筒结构设计计算时，不必预留腐蚀富裕度，合金板内侧也不必采取防腐措施。内筒钢板与钛板内衬有工厂轧制复合、爆炸复合和现场挂贴式。钛板内衬厚度一般为1.2～1.6mm。
钢内筒简图如下:

4) 钛板内衬合金板工程应用
根据钛板材料的耐腐特性，一般认为，钛板合金内衬是不带再加热装置(GGH)海水脱硫系统最好的烟气耐腐材料。对目前国内工程应用较多的带再加热装置(GGH) 石灰-石膏法湿法脱硫系统，相关资料显示，硫酸在沸腾情况下，即使是浓度达0.5%的硫酸也对钛板采用强烈的腐蚀，从湿度和硫酸这两个参数来看，温度对钛板的腐蚀影响更为严重，从龙净环保公司提供的资料来看，脱硫后的烟气中还含有大量的氧化性介质，这对保护钛板表面的氧化膜是有好处的，从另一方面又降低了硫酸的侵蚀。应对应用工程实际烟气成份及结露情况进行分析应用。
国内台塑集团福建省漳州后石电厂6台600MW机组、在建的常熟电厂3台600MW机组采用钛复合钢板，江苏镇江电厂也拟采用钛复合钢板，国外脱硫电厂应用这一方案较多。

2.3.3铁-镍基耐蚀合金板(AL-6XN) 内衬
1)元素成份及机械物理性能
可供选择的铁-镍基耐蚀合金板有AL-6XN (UNS牌号N08367)、317LXN (UNS牌号S31726) 、316L (UNS牌号S31603) ， UNS为美国材料试验学会（ASTM）编制的联合编号。
表2.3.3.1  铁-镍基耐蚀合金元素成份
合金类别合金牌号CrMoNiMnCuSiCSPN
铁—镍基耐蚀合金AL-6XL典型成份20.56.2424.00.40/0.370.020.0010.0220.22
317LXN317LMN17.0/20.04.0/5.013.5/17.5≤2.0/≤1.0≤0.03≤0.03≤0.040.10/0.20
316L16.0/18.02.0/3.010.0/14.0≤2.0/≤1.0≤0.03≤0.03≤0.40/

表2.3.3.2 国外烟气脱硫装置中常用耐蚀合金的物理性能及力学性能（ASTM标准数据）
合金牌号密度g/cm3热膨胀系数m/m/℃×10－6导热率w/m℃抗拉强度MPa屈服强度MPa延伸率%硬度HRB
AL-6XN8.0615.313.7≥690≥310≥30≤HB240
S317268.0216.114.0≥550≥240≥40≤97
S316037.9515.714.0≥485≥170≥40≤96

表2.3.3.3 各种耐蚀合金ASME标准许用设计应力值(MPa)
UNS牌号商品牌号38℃93℃149℃204℃260℃316℃
N08367AL-6XN187.0180.8164.2151.5141.5133.9
S31726317LXN141.2130.4115.2107.6104.2/
S31603316L115.298.087.680.775.271.8

2) 铁-镍基合金耐腐蚀性能
Al-6XN耐蚀合金是20世纪70～80年代由美国Allegheny Ludlnm公司开发的一种超低碳的高钼、含氮的高纯度不锈钢（德国Krupp VDM公司研制的同类钢为926合金，我国现钢号为00Cr20Ni25Mo6.5CuN）。
该合金中的Cr具有抗氧化性介质腐蚀能力；Mo、N、Cu等提高在多种酸类和卤素介质中抗点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀的能力；Ni、N又能使钢中奥氏体稳定。
它兼有高强度、高耐蚀性及高热稳定的性能。人们常将其视为316L和镍基合金之间的耐蚀材料。国外已广泛用于炼油工业的原油蒸馏装置、热电厂的脱硫系统、纸浆酸化及漂白设备、食品炼制容器、盐生产用浓缩和结晶设备以及海洋平台系统等的容器及管道。
我国这类合金的应用不多。20世纪90年代后期开始，合肥通用机械研究所将Al-6XN用于化工和冶金设备，并为此做了大量的腐蚀和焊接试验，合肥所采用Al-6XN、哈氏合金G-3以及316L的焊接接试样进行晶间腐蚀、点腐蚀试验以及相应工业介质条件下的模拟试验。试验结果表明：Al-6XN与G-3均未产生晶间腐蚀，其年腐蚀率也相当（Al-6XN为0.37～0.39mm /y ；G-3为0.32～0.34mm / y），而316L既有晶间腐蚀，年腐蚀率高达7.10～7.30mm。Al-6XN无点蚀痕迹，年腐蚀率0.05～0.06mm / y，而316L既有严重的点蚀，且年腐蚀率为39～43mm / y。工业介质下模拟试验三个月的Al-6XN和G-3的试样均未发现点蚀，晶间腐蚀和应力腐蚀，而316L试验40天就有点蚀。某化工厂的氯化反应釜，设计压力<0.1MPa；设计130℃；介质酸性氯化物；由于130℃的酸性氯化物溶液具有很强的腐蚀性，316L和钛合金均不适用。长期以来采用搪瓷或搪铅，搪瓷易爆瓷；搪铅太软，不耐磨损，而且铅污染物料和环境；设备使用寿命仅2～3年。因此，该设备选用Al-6XN，在整个制造过程中进行跟踪并监造。设备运行后耐腐无污染，效益显著。

表2.3.3.4 铁-镍基耐蚀合金点腐蚀，缝隙腐蚀临界温度
合金牌号合金元素含量（wt%）PRE 1N（30）CCCT 2（℃）CPT 3（℃）CPT 4（℃）
CrMoN
316L16.52.10.0523.3<2.515/
317LXN184.50.1538.220//
904L20.54.50.0536.9244045
254SMO206.10.246///
926206.50.2484070/
AL-6XN20.56.20.2247.6438078
   1、PREN=Cr+3.3Mo+30N
   2、按照ASTM G-48B方法进行试验
   3、按照ASTM G-48A方法进行试验
4、按照ASTM G-150方法进行试验
317LXN、316L的耐腐性能不足于满足湿法脱硫系统烟气腐蚀要求，Al-6XN作为316L和镍基合金之间的耐蚀材料，可考虑应用于不带再加热装置(GGH) 石灰-石膏法湿法脱硫系统。

3) Al-6XN耐腐内衬构造
钢内筒由10～16mm厚(支承式)或6～8mm厚(悬挂式)Q235加Al-6XN耐腐内衬。内筒结构设计计算时，不必预留腐蚀富裕度，合金板内侧也不必采取防腐措施。内筒钢板与Al-6XN内衬合金板有工厂轧制复合、爆炸复合和现场挂贴式。
钢内筒简图如下:

4) Al-6XN耐腐内衬合金板工程应用
国内外Al-6XN耐腐合金Al-6XN耐腐内衬合金应用于HGD的工程应用。国内尚无应用于烟囱钢内筒耐腐内衬的工程实例。

2.3.4发泡耐酸玻璃砖内衬
1) 发泡耐酸玻璃砖和专用粘合材料的元素成份及机械物理性能
发泡耐酸玻璃砖由美国Henkel公司开发，玻璃砖和专用粘合材料的基本性能见下表
表2.3.4.1 Henkel#55玻璃砖的成份硅酸硼玻璃，无机，无粘合剂
Henkel#55玻璃砖成份硅酸硼玻璃，无机，无粘合剂
导热系数(38°C/93°C/149°C)0.087/0.098/0.110 W/M·K
密度0.19G/cm2
抗压强度827KPA
弹性模量12600KG/CM2
线涨系数5.5*10-6/°C
吸湿率0.2％(仅表面潮湿)
         
表2.3.4.2 玻璃砖专用粘合材料(两组份尿腕沥)
导热系数(38°C/93°C/149°C)0.087/0.098/0.110 W/M·K
密度0.19G/cm2
抗压强度827KPA
弹性模量12600KG/CM2
线涨系数5.5*10-6/°C
吸湿率0.2％(仅表面潮湿)
  
   2) 发泡耐酸玻璃砖内衬耐腐性能
美国Henkel公司开发采用发泡耐酸玻璃砖作为烟囱的材料用于脱硫电厂烟囱，发泡耐酸玻璃砖具有耐腐蚀和保温的双重性能，使原来的烟囱内衬和保温层结构合二为一。发泡耐酸玻璃砖由专用的粘合材料直接粘贴于钢排烟内筒内侧内表面，并且由粘合材料对玻璃砖间的缝隙勾缝。阻断了烟气对烟囱内筒结构的腐蚀。
发泡耐酸玻璃砖是以优质的泡沫硼硅玻璃结合人造橡胶技术形成的防腐衬里，在化学环境与温度大幅度变化的情况下，都具有防腐能力。
发泡耐酸玻璃砖的特性及优点：
耐酸腐蚀，耐各种浓缩酸（除氢氟酸）和包括氯化物在内的废气冷凝液。发泡耐酸玻璃砖内衬是以硼酸玻璃为基础制成的，它对于高浓度硫酸有无限的抵抗力，在高温下也不例外。
高绝热性，导热性极低，可以省去钢排烟内筒外绝热保温层，作为粘结剂，发泡耐酸玻璃砖粘膜有很好的柔性。
耐高温，可以持续承受204℃以下温度，也可以短时承受371℃高温。
低热膨胀系数，当烟气被旁路隔过脱硫塔，在剧烈的再加热过程中，以及由于空气预热器失灵等造成的温度突变时，都不会受到损伤。
安装简便，发泡耐酸玻璃砖衬里安装不需要很强的专业性，当地人员在质量检验员的监督下即可完成，不需要专门培训。
玻璃砖内衬系统是由基层、玻璃砖、粘结料三部分构成，形成了一个完整的隔热、防腐体系，缺一不可，除了玻璃砖本身的防腐、隔热、低膨胀率等优点外，粘结料的防腐，耐久性是最为重要的，粘结料是连接基层及砖与砖之间的关键材料，它的老化，开裂，都将直接影响到整体内衬系统的防腐性能，但从厂方的产品介绍来看，关键的粘结料的性能和使用寿命，仍然是个谜，而且其报出的价格也不低，将近2000元/m2，这在非金属内衬中，这已经算是相当高了。由于发泡耐酸玻璃专用粘合材料是有机材料，其寿命保证期为～20年。  
2)发泡耐酸玻璃内衬构造
钢内筒由厚度为10～18mm的钢板卷成弧形后焊接而成。钢内筒采用耐硫酸露点腐蚀钢板，在钢内筒结构设计计算时，预留了2mm厚度的腐蚀富裕度。钢内筒内表面衬贴防腐发泡隔热玻璃砖，该砖具有耐腐蚀和保温的双重性能，使原来的烟囱内衬和保温层结构合二为一。钢内筒简图如下。

4) 发泡耐酸玻璃工程应用
根据资料介绍，从1979年开始，发泡耐酸玻璃砖内衬在国外已经应用于烟囱中。世界各地采用Henkel发泡耐酸玻璃砖内衬的工程亚太地区有8项，包括韩国、菲律宾、越南、中国台湾，目前国内没有业绩；北美地区有45项，主要位于美国本土和加拿大；欧洲有21项，位于荷兰、捷克、法国、德国、西班牙、英国等国家。国内除台湾地区已有应用；西北电力设计院设计的在建的霍州电厂采用此方案；东北电力设计院设计的在建的利港电厂采用此方案。

2.3.5耐蚀鳞片胶泥内衬
1) 鳞片胶泥成份及机械物理性能
根据树脂基体基材的不同，有二种鳞片胶泥：一种是环氧树脂鳞片胶泥，国内有兰州化机设计院提供；另一种乙烯基酯树脂鳞片胶泥（vinyl ester glass flake mortar），简称为VEGF鳞片胶泥，如上海富晨化工有限公司研发的VEGF高度耐蚀鳞片胶泥。相对而言，后者的综合性能包括耐腐蚀性能和耐温性能均优于前者，目前在日本、美国等国家均采用后者。
表2.3.5.1胶泥性能表
项    目指  标项    目指标
未硬化胶泥的外观各色糊状物延伸率 %0.7
拉伸强度Ｍpa30耐磨耗mg*(CS-17W-500g,1000转)120

弯曲强度 Mpa55线膨胀系 / ℃1.2×10-5
粘接强度Mpa2.0(与钢板)2.5(与混凝土)水蒸气扩散速率g/hr   cm21.5×10-6