1. 引言

　　随着环保意识的逐渐增强，火电厂燃煤烟气中存在的大量二氧化硫等污染物的脱除显得尤为重要[1]。国家环境保护部新发布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)强制要求国内新建电厂和原有电厂进行技术改造，加设烟气脱硫、脱硝工序[2]。

　　石灰石-石湿法脱硫(WFGD)技术是目前国内火电厂普遍采用的烟气脱硫工艺，该工艺具有脱硫效率高、烟气处理量大、煤质适用面宽、工艺技术成熟、稳定运转周期长、负荷变动影响小等特点，因此，也是各个国家应用最多和相对最为成熟的脱硫工艺。但是，该工艺也存在一些较难克服的缺点，特别是经烟气脱硫系统排放的烟气对烟囱的腐蚀相当严重。据了解，很多火电厂经技术改造后1~2年内，就出现了严重的烟囱腐蚀现象，有些烟囱甚至穿孔渗漏[3]。

　　国内在加设烟气脱硫系统后，对烟囱腐蚀问题的研究很少，目前也正处于研究起步阶段[4]，而且实地考察和调研也不多，参考资料有限，经验尚浅。在我国电力行业烟囱的现行设计标准中，也仅仅从烟气腐蚀等级方面对烟囱的防腐设计提出了要求，并没有对脱硫系统中烟囱的防腐设计作出具体的规定。因此，进行烟囱防腐的相关研究和设计显得尤为重要。

　　本文描述了火电厂湿法脱硫后烟气的特点，并根据对烟囱内腐蚀环境的详细介绍，对目前国内较常用的几种湿法脱硫烟囱防腐技术进行了综述。

　　2. 腐蚀机理

　　2.1 烟气特点

　　在加设烟气脱硫工序后，进入烟囱内的烟气温度较低，且烟气湿度大。不设烟气热交换器(GGH)系统的烟气温度在50℃左右，某些电厂加设GGH系统后，烟气温度在80℃左右，均低于酸露点温度，烟囱内有严重的结露，结露生成的稀酸性液滴主要是硫酸和亚硫酸，同时还包括微量的氢氟酸、盐酸和硝酸，该混合酸液的pH大约2.0，湿烟囱的内壁长期暴露于这种强混合酸环境中，使烟囱处于腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀工况中。研究表明，在40~80℃时，低浓度的酸液对结构材料有更强的腐蚀性，例如，40~80℃条件下，稀酸液对钢材的腐蚀速度是其它温度下的3~8倍，因此，该低温高湿稀酸型腐蚀工况的腐蚀程度与未脱硫时的干烟囱相比更为严重[5]。

　　2.2 烟囱腐蚀环境

　　经湿法脱硫后的烟囱，内部运行工况非常复杂。一是酸液的组成比较复杂，其中不仅含有硫酸，还含有微量的硝酸、盐酸和氢氟酸，虽然其中的氢氟酸浓度并不大，但其对绝大多数材料的腐蚀性都非常强，能够抵抗该混合酸腐蚀的材料很少。二是烟囱在正常运行时，内壁几乎处于全正压状态，尽管烟囱正压的压力并不大，但其对烟囱的腐蚀作用影响非常大，可以使烟气和酸液穿过内衬砖或混凝土层，从而对烟囱内壁造成腐蚀。另外，在正常脱硫情况下，烟囱内湿烟气温度约50℃，而烟气脱硫系统在事故状态时，烟气温度马上升高至110℃，烟囱内的高湿度状态逐渐转变为高温干燥状态，烟囱内壁附着的混合酸液浓度也随着水分的蒸发逐渐增大，当硫酸浓度达到70%以上后，就变为具有强氧化性和脱水性的浓硫酸[6]。

　　加热条件下，除金和铂外，浓硫酸的强氧化性能使浓硫酸与其他所有金属发生反应，生成金属硫酸盐。钛合金板是一种在烟囱防腐中应用相对较多的高档耐腐蚀材料，表面易生成化学性质稳定的钝化膜，且对于局部损坏具有瞬间修复的特性，在硫酸浓度小于10%时，防腐性能优异，而且耐高温及耐磨性也很好，使用年限长。但当硫酸浓度大于10%时，可与钛发生反应，尤其是在硫酸浓度接近80%时的腐蚀速度最快，反应见式(1)。

　　2Ti + 6H2SO4→ Ti2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (1)

　　有机体系防腐层也是目前烟囱防腐的一大方向，但浓硫酸具有脱水性，可以夺取含氢、氧元素有机物中的氢原子和氧原子，从而使有机物防腐层从内往外逐渐碳化，进而丧失耐腐蚀性能，反应见式(2)。

　　C12H22O11→ 12C + 11H2O (2)

　　由此可见，工作在干湿、冷热交替工况下的烟囱，对防腐材料的性能要求是非常苛刻的。湿法脱硫以后，不同温度和湿度条件下的烟气会对烟囱产生不同程度、不同类型的腐蚀，对湿法脱硫工序的安全稳定运行有很大的影响。

　　3. 硅宝防腐耐酸弹性材料

　　针对以上经湿法脱硫技术改造之后的烟囱防腐问题，国内外在工艺、材料以及施工方面都在积极寻求一种防腐效果最理想的方案，以保证火电厂脱硫工序的安全稳定运行。国外在近几年已经取得了一些成功案例，但国内对湿烟囱防腐设计的研究刚刚起步，尚处在探索阶段。

　　目前，国内研究最多的，是针对以上复杂的运行工况，对烟囱防腐中使用的防腐材料进行选择。其中，“砖加胶”方案是目前市场占有率相对较高的一种防腐技术方案，其由轻质发泡陶瓷砖和防腐胶粘剂组成。防腐粘接剂是该方案关键所在，粘接剂属于高分子材料，其低温高湿条件下的防腐性能、高温下的耐老化性能、与基材的粘接性能以及烟囱动态运行条件下的抗震性是决定该防腐方案长期运行是否可靠的关键。目前，电力防腐市场混乱，劣质胶粘剂产品较多，在烟囱内40~50℃混合酸液的长期冲刷和浸泡下，烟囱会出现严重的腐蚀，为电力行业带来很大的经济损失。

　　成都硅宝科技股份有限公司专门针对火电厂脱硫烟囱系统内衬防腐开发了一款防腐耐酸弹性材料。该产品具有优异的防腐、耐高温性能，可长期耐受70℃以下强腐蚀性混合酸液的渗透和腐蚀，并可短时间耐受120℃以上高温。同时，该材料具有良好的弹性，且与混凝土、碳钢板等烟囱常用基材具有优异的粘接性，使用过程中不会因烟气冲刷及冷热、干湿交替工况变化所造成的应力破坏而发生防腐层脱落现象，有效保证了脱硫脱硝系统的正常运行。另外，使用该弹性材料，工程造价低，施工简单，局部破坏后容易修补。为证明硅宝防腐耐酸弹性材料优异的防腐性能，进行如下性能应用研究。

　　4. 硅宝防腐耐酸弹性材料应用研究

　　火电厂发电机组在采用石灰石-石湿法对烟气进行脱硫处理后，进人烟囱内的烟气中水分含量很高，烟气湿度大，温度45~50℃，低于硫酸和亚硫酸的露点温度，因此，烟囱内结露现象严重。另外，由于煤质的不同，大多经脱硫处理后的烟气中还含有一定浓度的氮氧化物、氯化物和氟化物，与硫酸和亚硫酸混合，大大提高了腐蚀强度。该混合酸液pH为1.0~2.0。

　　为了验证硅宝防腐耐酸弹性材料的使用性能，对试样在不同温度混合酸液条件下的性能进行加速老化测试。

　　4.1火电厂脱硫烟囱酸液研究

　　根据煤质的不同，对山东、贵州等地3个火电厂的烟囱酸液进行了取样测试，如表1所示。另外，为了在短时间内评价该防腐耐酸弹性材料的使用性能，参照表中腐蚀性最强的3#火电厂酸液取样测试结果，配制各种酸液浓度为表中测试结果20倍左右的酸液作为实验用混合酸液，研究高浓度酸液对材料使用性能的影响。

　　表1不同火电厂的酸液组成

　　酸液种类质量分数，%

　　1#火电厂2#火电厂3#火电厂实验酸液组成

　　硫酸(H2SO4)0.45310.08310.42089.5

　　硝酸(HNO3)0.01200.00420.01930.5

　　盐酸(HCl)0.00390.00320.00520.1

　　氢氟酸(HF)0.00240.00550.00930.1

　　合计0.47140.09600.454610.2

　　鉴于湿烟囱正常工况下的温度为40~50℃，本实验的加速老化测试温度分别规定为50℃和70℃。

　　4.2 同类产品性能对比

　　表2为加速老化实验条件下，硅宝防腐耐酸弹性材料与国内外同类粘接剂的性能测试及对比。

　　表2同类产品加速老化性能对比

　　测试项目测试结果

　　硅宝防腐耐酸弹性材料国内某品牌

　　粘接剂国外某品牌

　　粘接剂

　　50℃混酸×30d拉伸强度保持率，%91.329.284.7

　　断裂伸长率保持率，%95.827.988.7

　　70℃混酸×30d拉伸强度保持率，%85.228.777.9

　　断裂伸长率保持率，%88.225.771.8

　　由表2中测试结果可知，硅宝防腐耐酸弹性材料分别经过50℃混酸和70℃混酸处理30天后，拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率均大于80%，明显高于国内外品牌粘接剂。根据“范特霍夫”规则，当温度升高10℃时，化学反应速率会增加2~4倍，因此，70℃条件下混合酸液对防腐耐酸弹性材料的腐蚀速率是50℃时的4~16倍;同时，该加速老化实验用混合酸液的浓度是实际工况下的20倍左右，腐蚀性更强;另外，在实际工况中，烟囱防腐采用“砖加胶”技术方案，材料直接接触酸液面积很小，即使在无砖的“面胶”方案中，防腐材料也仅有一面和酸液直接接触，而在本实验中，硅宝防腐耐酸弹性材料测试样品完全浸没在酸液中。鉴于以上加速老化性能对比测试，经分析推算，在实际工况下使用10年后，硅宝防腐耐酸弹性材料仍具有80%以上的性能保持率，防腐性能优异，弹性保持良好。因此，作为一种性能优异的防腐材料，硅宝防腐耐酸弹性材料可为火电厂湿烟囱的安全稳定运行提供可靠的保证。

　　硅宝防腐耐酸弹性材料施工方法与刮腻子工艺类似，操作简单易行，可大幅缩短防腐施工周期，不仅为业主降低了施工成本，而且减少了因施工而停止发电造成的巨大损失。硅宝防腐耐酸弹性材料作为烟囱内壁防腐材料使用，即使出现局部破坏，将破坏部位进行简单清理后，直接施胶即可完成修复，后期修补工作非常简单，因此，该材料亦可为其它腐蚀破坏后不易修复的防腐系统提供一种良好的修复技术方案[7]。

　　硅宝防腐耐酸弹性材料不仅可用于火电厂湿烟囱系统烟道、烟囱筒体、伸缩缝、积灰平台等构件的“砖加胶”方案防腐工程中，而且作为“面胶”单一防腐层直接使用时，同样具有优异的防腐性能。

　　4 工程案例

　　硅宝防腐耐酸弹性材料不仅可用于火电厂湿烟囱系统烟道、烟囱筒体、伸缩缝、积灰平台等构件的“砖加胶”方案防腐工程中，而且作为“面胶”单一防腐层直接使用时，同样具有优异的防腐性能。

　　图1是硅宝防腐耐酸弹性材料作为“砖加胶”方案使用的工程案例，其中左图为“砖加胶”方案施工照片，右图为该方案使用数年后拍摄的照片。

　　图1 硅宝防腐耐酸弹性材料“砖加胶”方案工程案例

　　以上防腐内衬系统在该电厂使用数年后，胶体性能保持良好，无酸液渗漏和胶层脱落现象，湿法脱硫烟囱运行良好。

　　此外，鉴于硅宝防腐耐酸弹性材料在具有良好防腐耐酸性能的同时，兼具优异的力学性能，可抵抗烟囱内部混合酸液的冲刷腐蚀，且与“砖加胶”方案相比，“面胶”方案只需直接在基材表面涂覆一层防腐耐酸弹性材料即可，施工更简单，有利于新建电厂缩短施工周期和技改电厂大幅减少因为施工而停止发电造成的巨大损失。另外，即使局部异常导致渗漏，只需在渗漏部位再涂覆一层防腐耐酸弹性材料，即可完成修复工作，工艺简单易行。因此，硅宝防腐耐酸弹性材料作为单一“面胶”防腐层的防腐方案越来越得到用户的认可和青睐。该“面胶”方案已在国内很多电厂投入使用，应用情况良好。

　　图2为防腐耐酸弹性材料作为“面胶”方案在国内某电厂的工程案例，其中左图为“面胶”方案施工照片，右图为该方案使用数年后拍摄的照片：

　　图2硅宝防腐耐酸弹性材料“面胶”方案工程案例

　　硅宝防腐耐酸弹性材料作为“面胶”方案涂覆于脱硫烟囱、烟道内壁，在正常的湿法脱硫烟囱运行工况下，使用数年后，查看其使用情况。发现防腐层表面无开裂和脱落现象，割开面胶后，发现内部干燥，且胶层仍具有良好的力学强度和弹性。

　　5.展望

　　经湿法脱硫后的烟囱，其内部运行工况错综复杂，腐蚀环境异常恶劣。目前对湿法脱硫烟囱的防腐技术方案中，“砖加胶”方案是应用较广泛、市场反映较好的技术方案。硅宝防腐耐酸弹性材料耐酸、耐温性能优异，而且具有高弹性，经加速老化处理后，仍有很高的性能保持率。其作为“砖加胶”方案中的胶粘剂使用，耐酸、防水、耐高低温变性能优异，造价低，且工程质量可靠，现已成为目前市场上应用较普遍，且性能稳定的防腐方案。

　　另外，直接将硅宝防腐耐酸弹性材料作为“面胶”使用，可进一步节省50~60%的施工周期，工程造价更低，操作简单易行，不仅有利于电厂因施工而停止发电造成的巨大损失，而且其防腐性能不亚于价格昂贵、施工复杂的钢钛复合板内衬系统，完全能够满足湿烟囱工况下各种严柯的强腐蚀环境。该方案已得到大量工程实践的充分证明，使用硅宝防腐耐酸弹性材料进行湿烟囱防腐，如果施工质量可靠，该产品可稳定使用10年以上。