高昊嘉

内容摘要：随着国家对火力发电厂环保措施要求的不断提高，很多原有的排放标准已不能满足新规范的要求，本文针对新规范颁布后国内首座生物质发电厂烟囱防腐做法选型进行分析，综合各方面因素，确定最合理的方案。

关键字：生物质发电厂 烟囱 防腐做法

1、行业概况

随着我国电力行业的迅猛发展，火力发电厂的烟气排放对环境的影响越来越引起人们的注意。国家对此也不断出台新的更加严格的规范、标准。生物质电厂属于新兴清洁型能源，其烟气排放相对于以煤作为燃料的传统火力发电厂造成的空气污染要小很多，因此国家并未强制性要求生物质发电厂也要设烟气脱硫脱硝系统。以往的生物质发电厂烟囱也大多采用常规的防腐做法，如耐酸砖，耐酸砂浆或耐酸胶泥砌筑。然而随着环保形势的日益严峻，2011年国家颁布了新的《火电厂大气污染物排放标准》GB 13223-2011[2]，自2012年1月1日起实施。根据新标准中规定，烟气排放已不能满足新标准的要求，需增设脱硫脱硝设施。安徽某生物质电厂是“标准”颁布后第一个开工建设的生物质电厂，由于脱硫脱硝系统的存在，对烟囱的防腐提出了新的要求。本文从脱硫工艺入手，针对该电厂烟囱防腐做法的选型进行系统的分析，并给出合理的方案。

2、工程概况

安徽某生物质发电厂建设规模为1×30MW高温高压凝汽式汽轮发电机组，配1台130t/h水冷振动炉排、高温高压、生物质燃料自然循环汽包锅炉。本工程燃料为水稻秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆、小麦秸秆等。烟囱出口内径2.5m，高80.000m，采用钢筋混凝土单筒烟囱，大板式基础。

根据规范要求，需设置脱硫设施，烟囱结构形式及防腐做法需根据最终脱硫方案确定。

3、脱硫工艺的选型分析

本章节主要对脱硫工艺方案的选择进行技术性和经济性的对比分析。

3.1 脱硫技术及方法简介

目前，全世界脱硫工艺共有100多种，按其燃烧的过程可分为：燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫（烟气脱硫），见表2-1。

燃烧后脱硫即烟气脱硫（Flue Gas Desulfurization，FGD ）技术，是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫技术，被认为是SO2污染控制最为行之有效的途径。

石灰石/石膏湿法脱硫工艺、烟气循环流化床法脱硫工艺是电厂SO2排放控制的最佳可行性技术。石灰石/石膏湿法脱硫工艺适用于各种含硫量及机组容量的机组；烟气循环流化床法脱硫工艺适用中低硫煤的中小机组。本工程就石灰石/石膏湿法脱硫工艺和烟气循环流化床技术进行比较分析 。

3.2 脱硫工艺比选

3.2.1 石灰石-石膏湿法脱硫工艺（以下简称方法1）

石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石或石灰作为脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌制成吸收浆液。当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水搅拌成吸收浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙（或石灰）及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水装置脱水后回收。由于吸收剂浆液的循环利用，脱硫吸收剂的利用率高。

3.2.2工艺特点

在众多的SO2 控制工程工艺中， 石灰石—石膏脱硫工艺是当今燃煤电厂应用最为广泛的烟气脱硫工艺。该脱硫法的主要优缺点如下：

一、优点：

1.效率高

該工艺脱硫率高达95% 以上， 脱硫后的烟气不但SO2 浓度很低， 而且烟气含尘量也大大减少。

2.技术成熟， 运行可靠性好

国外这种装置投运率一般可达98% 以上， 由于其发展历史长， 技术成熟， 运行经验多， 因此不会因脱硫设备而影响锅炉的正常运行。

3.对煤种变化的适应性强

该工艺适用于任何含硫量的煤种的烟气脱硫，无论是含硫量大于3% 的高硫煤， 还是含硫量低于1% 的低硫煤。

4.吸收剂资源丰富， 价格便宜

作为该工艺吸收剂的石灰石在我国分布很广，资源丰富， 品位也很好， 碳酸钙含量多在90% 以上，优者可达95% 以上。在脱硫工艺的各种吸收剂中， 石灰石价格最便宜， 破碎磨细较简单， 钙利用率较高。

5.脱硫副产物便于综合利用

主要用于生产建材和水泥缓凝剂。脱硫副产物综合利用不仅可以增加电厂效益、降低运行费用， 而且可以减少脱硫副产物处置费用， 延长灰场使用年限。

二、缺点：

1.占地面积大， 一次性建设投资相对较大

该工艺比其他工艺的占地面积要大， 现有电厂在没有预留脱硫场地的情况下采用该工艺有一定的难度， 其一次性建设投资比其他工艺也要高一些。

3.2.3 循环流化床干法脱硫工艺（CFB法 以下简称方法2）

循环流化床干法烟气脱硫技术是由德国Lurgi公司在20世纪80年代初开发的，Wulff公司在此基础上开发了回流式循环流化床烟气脱硫技术（RCFB-FGD）。

循环流化床烟气脱硫系统主要由吸收剂制备系统、吸收塔、吸收剂再循环系

3.2.4 工艺特点

该脱硫法的主要优缺点如下：

一、优点：

1. 脱硫效率较高：脱硫效率在稳定运行工况下可达到80%。

2. 工程投资费用较低，同比湿法脱硫，可节省初投资10% 。

3.占地面积小，比较适合现有机组的改造和场地紧缺的新建机组。

4.无脱硫废水排放，且脱硫副产品呈干态，不会造成二次污染，对综合利用和处置堆放有利。

二、缺点：

1.运行不稳定，很难在高效率下稳定运行。

2.系统阻力较大，增大了引风机的投资。

3.吸收剂价格较高，约为石灰石的3倍，且消耗量大，运行成本较高。

4.增大了烟尘含量，提高了除尘器的投资，并且导致脱硫灰无法综合利用。

3.3脱硫工艺比选

石灰石/石膏湿法脱硫工艺与烟气循环流化床性能技术对比、总投资及运行费用对比见表3.3.1、表3.3.2和表3.3.3。

3.3.1 性能对比

3.3.2 总投资对比

3.3.3 运行费用对比

4、烟囱结构及防腐做法选型

通过上述比较分析，方法1烟气温度低，相对湿度大，烟气多为强腐蚀，对烟囱结构防腐要求高；方法2烟气温度高，相对湿度小，烟气多为弱腐蚀，对烟囱结构防腐要求较低。

4.1 对烟囱结构形式的影响分析

石灰石/石膏湿法脱硫形成的烟气温度较低，根据《烟囱设计规范》[1]第11章及条文说明的规定，烟囱应采用套筒或多管式，单从结构上造价会比单筒烟囱高出较多。且生物质发电厂占地面积本就不大，各建构筑物布置紧凑，这也为采用方法1带来了一定的困难。

如采用烟气循环流化床方法，则产生的烟气温度高，腐蚀性和相对湿度低，根据规范要求，采用单筒烟囱是可行的方案。相对于套筒烟囱造价可降低1/3左右。另外，方法2占地面积小，对于机组容量较小的生物质发电厂较为适用。

4.2 对烟囱防腐做法选型的影响分析

从脱硫工艺的对比分析中不难看出，方法1产生的烟气温度低，湿度大，除在结构形式上需采用套筒烟囱外，在防腐材料上的要求也比较高，根据目前主流的防腐做法，需采用钛钢复合板、玻璃钢或宾高德玻璃砖等。而采用方法2的脱硫方法，烟气为弱腐蚀的干烟气，采用钢筋混凝土单筒烟囱内贴耐酸砖刷OM防腐隔离层即可满足要求。对于以秸秆为燃料的生物质电厂来说经济性较好。

4.3烟囱防腐做法及结构形式比选

石灰石/石膏湿法脱硫工艺与烟气循环流化床性能技术对比、总投资及运行费用对比见表4.3.1

4.3.1 技术经济性能对比

通过上表中的比较不难看出，采用烟气循环流化床的脱硫方法对烟囱的防腐要求最低，单筒钢筋混凝土烟囱内衬耐酸砖耐酸胶泥砌筑即可，造价相比于石灰石/石膏湿法脱硫工艺降低40%。

5、结论

该工程最终采用了烟气循环流化床的脱硫方法，并已投产运行，目前看效果良好。该工程为我国首台增设脱硫设施的生物质发电机组。以往传统的生物质发电机组烟气温度较高（超过100℃）腐蚀性较弱，采取普通耐酸砖即可满足防腐要求。本工程增加脱硫设施后烟气温度降低，腐蚀性增加，传统的防腐措施是否能满足要求需要经过分析论证。通过上述分析比较，采用循环流化床法产生的烟气腐蚀等级和潮湿程度均在钢筋混凝土单筒烟囱的适用范围内，是可行的。另外，从造价和工艺特点上看，采用CFB法的脱硫工艺在占地和烟囱造价上均有比较明显的优势，特别是针对小容量机组更能体现其适用性，且不产生废水。

虽然CFB法相对于石灰石/石膏湿法脱硫工艺对烟囱结构和防腐要求有较大优势，但并不代表后者是不可采用的方案，还需结合工程现场的具体情况进行确定，本文仅针对该工程适用，由于此类工程在国内还不多见，希望本文能作为后续工程的借鉴。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准《烟囱设计规范》（GB50051-2013），北京 中国计划出版社，2013。

[2]《火電厂大气污染物排放标准》GB 13223-2011