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純鈦煙道膨脹節在火電濕法脫硫中的研究與應用

作者: 發布時間:2018-07-23 瀏覽量:2938

根據國家《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)要求,及《河南省燃煤機組超低排放改造專項行動方案》等各地方法規的要求,2016-2017年各地火電現役機組脫硫排放濃度執行35mg/Nm3,中高硫煤區域火電脫硫機組,為滿足這一要求,進行了雙塔脫硫改造、單塔雙循環改造等,無論哪種方案均不同程度增加了吸收塔氣液比,通過洗滌進一步降低了脫硫排煙溫度,經調研,部分超低排放機組脫硫后排煙溫度已低至45℃,在該溫度下,脫硫濕煙氣對煙道系統的腐蝕性進一步加強,對脫硫煙道防腐性能提出更高要求,尤其是煙道膨脹節位置,調研發現,國內絕大多機組選用非金屬蒙皮+框架的形勢作為濕煙道膨脹節,因材質、打孔、防腐工藝、安裝工藝、啟停機熱脹冷縮等各種原因,多數電廠脫硫濕煙道膨脹節存在不同程度的腐蝕滲漏情況。 華電漯河發電有限公司(簡稱漯河公司)濕煙道膨脹節自投產以來,同樣遭遇該問題困擾,先后更換了兩套蒙皮、一套框架,將框架壓板升級為316L材質,均未有效解決濕煙道膨脹節漏水問題。為徹底解決脫硫濕煙道膨脹節漏水難題,2015年末漯河公司成立攻堅克難小組,通過研究脫硫濕煙道的腐蝕機理、鈦的防腐蝕性能,對比傳統非金屬、金屬膨脹節及安裝工藝優缺點,結合近期鈦金屬價格大幅下降趨勢,漯河公司取長補短,創新性使用純鈦煙道膨脹節,一勞永逸徹底解決煙道頻繁漏水難題。

二、脫硫系統、濕煙道膨脹節腐蝕現狀分析

火電機組鍋爐煙氣經靜電除塵后,高溫煙氣(100~150℃)主要含有SO2、SO3、HCl、HF、NOx、煙塵及水汽等成分,經脫硫吸收塔系統噴淋洗滌后,煙氣的主要成分為飽和水汽、殘余的SO2、SO3、HCl、HF、NOx攜帶的SO42-、SO32-等,一般認為脫硫煙道發生的腐蝕原因主要有以下三種:1、SO2和SO3引起的化學腐蝕;2、Cl-和F-引起的電化學腐蝕;3、流體沖涮引起的機械腐蝕。 傳統脫硫濕煙道膨脹節多選用非金屬膨脹節、鎳基金屬膨脹節,其中以非金屬膨脹劑居多,國內多數設計院將脫硫專用非金屬膨脹劑編入脫硫設計導則,指導脫硫系統選型及應用。 實際應用中,不管哪種形式的非金屬膨脹節,均為法蘭連接,分為水平法蘭和垂直法蘭兩種形式,施工過程中,需在煙道上焊接膨脹節框架,在煙道防腐期間對法蘭端面進行玻璃鱗片防腐,待玻璃鱗片固化后進行膨脹節蒙皮安裝,在蒙皮外側使用壓板壓緊,這期間,需多種工序交叉進行,對施工工藝及監督有較高要求,不可避免的出現“法蘭—鱗片—壓條—蒙皮—壓板”這一組合,在壓板螺栓安裝時,法蘭端面玻璃鱗片受螺栓擠壓,不可避免的會出現壓損、內部開裂等情況。 脫硫系統投運后,隨煙氣溫度變化,受應力影響,膨脹節位移形變,部分電廠脫硫煙道膨脹節會出現“啟動漏”現象,重新對壓板螺絲進行加固后,能減免泄露情況,但會進一步壓損法蘭端面鱗片,造成越漏越緊,越緊越漏這一不可逆情況,最終,脫硫煙道法蘭端面受煙氣滲漏腐蝕,法蘭損傷,造成脫硫煙道膨脹節泄露不可修復。 鎳基金屬膨脹節以316L、2205、2507為主,316L材質膨脹節對SO3及Cl-離子抗腐蝕能力較弱,經調研,在脫硫濕煙道實際使用中,平均壽命不超過兩年;2205、2507材質金屬膨脹節在國內有不少良好業績。

三、鈦膨脹節性能的可行研究

鈦及其合金具有許多優異的性能,鈦的熔點高(1668℃)、密度小(4.5g/cm3)、強度大(抗拉強度400MPa~770MPa,鈦合金達1800MPa)。鈦合金在-250℃~510℃溫度下均具有足夠的韌性。鈦最突出的性能是耐蝕性 ,無論在氧化性環境中,還是在氯化物、硫化物、濕氯等苛刻的腐蝕介質中都表現出良好的耐蝕性。這是因為:(1)鈦的致鈍電流密度較小, 致鈍電位較負,稍具氧化能力的氧化劑就能使其鈍化。(2)鈦的穩定電位范圍較寬,不易形成“過鈍化”。(3)鈦的鈍化態不易被破壞,即使表面被劃傷也能迅速修復,所以鈦的鈍化膜具有很高的穩定性。 鈦在管道膨脹節上有較多應用,因其價格昂貴,應用范圍較窄,但隨著發展,我國完全依靠自身的鈦資源及技術力量建立了采選—冶煉—熔煉與加工和研究-生產-應用兩個完整的工業體系,鈦材的價格以由原來的數十萬元每噸,降低到十萬多元每噸,與國內鎳基不銹鋼金屬價格基本持平,在制作同尺寸零件時,因鈦密度低于鎳基不銹鋼密度(7.98g/cm3),用料上重量也有40%以上的節省。 同時因其優越的延展性、韌性,在設計、制作期間,厚度可以控制在2mm以內,比鎳基膨脹節節省大量材料,在脫硫煙道區域制作安裝鈦膨脹節,其綜合價位與非金屬膨脹節、鎳基金屬膨脹節持平,綜合考慮其優越性能,安裝鈦膨脹節有較高的優勢及可行性。

四、鈦膨脹節的創新性應用實施

漯河公司機組裝機容量為2*330MW,鍋爐型號為上鍋SG-1120/17.50-M732,除塵裝置采用山西環保電力設備總廠配置雙室五電場靜電除塵系統,電除塵入口增加低低溫省煤器,進一步降低煙溫,脫硫系統為石灰石-石膏串聯雙塔,共配置六層噴淋層、一層合金托盤、五層屋脊式除霧器,設計排煙溫度45℃。脫硫系統濕煙道膨脹節原設計均為非金屬膨脹節。 隨著機組運行,煙道膨脹節多次發生腐蝕泄漏。2016年機組檢查發現膨脹節法蘭端面腐蝕損壞,螺栓孔腐蝕,已無修復價值,需進行膨脹節整體更換。華電漯河發電有限公司專業技術人員結合煙囪鈦板、鈦鋼復合板施工經驗,對比施工難度、造價、使用壽命等因素,綜合考慮論證,確定使用純鈦膨脹節作為煙囪入口濕煙道膨脹節,徹底解決煙囪入口煙道膨脹節腐蝕損壞情況。 應用實施過程:①根據原膨脹節設計壓力、膨脹余量、安裝尺寸進行設計,鈦材選用TA2材質,厚度為2mm,膨脹節寬度為300mm,膨脹余量為±50mm,將純鈦膨脹節設計為12段分體式單波紋鈦膨脹節,分為4個直角段(∟1000*1000*350)及8個水平段(2000*350),并委托機加工廠對鈦板進行壓型制作(圖一);②零件到廠后,對焊縫進行100%著色檢測;③根據鈦對鈦、鋼對鋼的焊接原則,將鈦鋼復合板鋼板側焊接在煙道內側,內外滿焊并進行焊縫檢測;④將鈦膨脹節壓型板分段焊接在鈦鋼復合板鋼板鈦板側,對焊縫進行著色檢測;⑤對鋼煙道與鈦鋼復合板鋼板接口位置進行鱗片防腐,及FPR加固,表面刷涂環氧樹脂漆進行封閉,整體施工完成(圖二)。 圖一:鈦膨脹節加工零件(圖為兩臺機的材料) 圖二:鈦膨脹節安裝完成及焊縫檢驗 施工難點:①煙道與鈦鋼復合板鋼板為內插焊接、鈦鋼復合板鋼板與鈦膨脹節為內插焊接,在制作安裝過程中,應注意尺寸;②所有鈦焊接應嚴格執行焊接工藝質量及驗收程序;③鋼煙道與鈦鋼復合板鋼板接口位置為薄弱環節,防腐作業期間應進行2mm鱗片作業及2mmFPR作業。

五、鈦膨脹節的應用效果

漯河公司鈦膨脹節設計、制作、安裝造價與非金屬膨脹節造價基本持平,2016年6月鈦膨脹節施工完成后,連續運行一年,兩臺機組煙囪入口是煙道膨脹節位置實現全年“零泄露”;2017年7月機組檢修,在鈦膨脹節連續沖刷運行一年后,漯河公司技術人員對煙囪入口鈦膨脹節進行了測厚及外觀檢查。檢測結果顯示:分點測厚值與安裝值一一對應,鈦膨脹節內、外表面光潔如新,鈦焊縫飽滿完好,無沙眼、開裂跡象,鈦膨脹節與煙道接縫位置完好,無腐蝕情況發生,真正實現“零腐蝕、零泄漏”(圖三)。實現徹底解決濕煙道膨脹節頻繁漏水難題。

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