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純鈦煙道膨脹節(jié)在火電濕法脫硫中的研究與應用
作者： 發(fā)布時間：2018-07-23 瀏覽量：4592
根據(jù)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(guī)的要求，2016-2017年各地火電現(xiàn)役機組脫硫排放濃度執(zhí)行35mg/Nm3，中高硫煤區(qū)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(huán)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(jīng)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(tǒng)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(jié)位置，調研發(fā)現(xiàn)，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(jié)，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(shù)電廠脫硫濕煙道膨脹節(jié)存在不同程度的腐蝕滲漏情況。 華電漯河發(fā)電有限公司(簡稱漯河公司)濕煙道膨脹節(jié)自投產(chǎn)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(jié)漏水問題。為徹底解決脫硫濕煙道膨脹節(jié)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(tǒng)非金屬、金屬膨脹節(jié)及安裝工藝優(yōu)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(chuàng)新性使用純鈦煙道膨脹節(jié)，一勞永逸徹底解決煙道頻繁漏水難題。
二、脫硫系統(tǒng)、濕煙道膨脹節(jié)腐蝕現(xiàn)狀分析
火電機組鍋爐煙氣經(jīng)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(jīng)脫硫吸收塔系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)脫硫濕煙道膨脹節(jié)多選用非金屬膨脹節(jié)、鎳基金屬膨脹節(jié)，其中以非金屬膨脹劑居多，國內多數(shù)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(tǒng)選型及應用。 實際應用中，不管哪種形式的非金屬膨脹節(jié)，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(jié)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(jié)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(jiān)督有較高要求，不可避免的出現(xiàn)“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(xiàn)壓損、內部開裂等情況。 脫硫系統(tǒng)投運后，隨煙氣溫度變化，受應力影響，膨脹節(jié)位移形變，部分電廠脫硫煙道膨脹節(jié)會出現(xiàn)“啟動漏”現(xiàn)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(jié)泄露不可修復。 鎳基金屬膨脹節(jié)以316L、2205、2507為主，316L材質膨脹節(jié)對SO3及Cl-離子抗腐蝕能力較弱，經(jīng)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(jié)在國內有不少良好業(yè)績。
三、鈦膨脹節(jié)性能的可行研究
鈦及其合金具有許多優(yōu)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(huán)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(xiàn)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(wěn)定電位范圍較寬,不易形成“過鈍化”。(3)鈦的鈍化態(tài)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(wěn)定性。 鈦在管道膨脹節(jié)上有較多應用，因其價格昂貴，應用范圍較窄，但隨著發(fā)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(chǎn)-應用兩個完整的工業(yè)體系，鈦材的價格以由原來的數(shù)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(jié)省。 同時因其優(yōu)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(jié)節(jié)省大量材料，在脫硫煙道區(qū)域制作安裝鈦膨脹節(jié)，其綜合價位與非金屬膨脹節(jié)、鎳基金屬膨脹節(jié)持平，綜合考慮其優(yōu)越性能，安裝鈦膨脹節(jié)有較高的優(yōu)勢及可行性。
四、鈦膨脹節(jié)的創(chuàng)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(huán)保電力設備總廠配置雙室五電場靜電除塵系統(tǒng)，電除塵入口增加低低溫省煤器，進一步降低煙溫，脫硫系統(tǒng)為石灰石-石膏串聯(lián)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(tǒng)濕煙道膨脹節(jié)原設計均為非金屬膨脹節(jié)。 隨著機組運行，煙道膨脹節(jié)多次發(fā)生腐蝕泄漏。2016年機組檢查發(fā)現(xiàn)膨脹節(jié)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(jié)整體更換。華電漯河發(fā)電有限公司專業(yè)技術人員結合煙囪鈦板、鈦鋼復合板施工經(jīng)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(jié)作為煙囪入口濕煙道膨脹節(jié)，徹底解決煙囪入口煙道膨脹節(jié)腐蝕損壞情況。 應用實施過程：①根據(jù)原膨脹節(jié)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(jié)寬度為300mm，膨脹余量為±50mm，將純鈦膨脹節(jié)設計為12段分體式單波紋鈦膨脹節(jié)，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(jù)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(jié)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(huán)氧樹脂漆進行封閉，整體施工完成(圖二)。 圖一：鈦膨脹節(jié)加工零件(圖為兩臺機的材料) 圖二：鈦膨脹節(jié)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(jié)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(zhí)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(huán)節(jié)，防腐作業(yè)期間應進行2mm鱗片作業(yè)及2mmFPR作業(yè)。
五、鈦膨脹節(jié)的應用效果
漯河公司鈦膨脹節(jié)設計、制作、安裝造價與非金屬膨脹節(jié)造價基本持平，2016年6月鈦膨脹節(jié)施工完成后，連續(xù)運行一年，兩臺機組煙囪入口是煙道膨脹節(jié)位置實現(xiàn)全年“零泄露”;2017年7月機組檢修，在鈦膨脹節(jié)連續(xù)沖刷運行一年后，漯河公司技術人員對煙囪入口鈦膨脹節(jié)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(jié)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(jié)與煙道接縫位置完好，無腐蝕情況發(fā)生，真正實現(xiàn)“零腐蝕、零泄漏”(圖三)。實現(xiàn)徹底解決濕煙道膨脹節(jié)頻繁漏水難題。
