對(duì)單筒式煙囪濕法脫硫改造的建議

邢克勇

(河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050031)

對(duì)單筒式煙囪濕法脫硫改造的建議

邢克勇

(河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050031)

目前火力發(fā)電廠單筒式煙囪改造后用于排放濕法脫硫不上GGH煙氣工況，出現(xiàn)了很普遍且很嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象。本文通過(guò)統(tǒng)計(jì)煙囪檢測(cè)出現(xiàn)的問(wèn)題，分析了出現(xiàn)腐蝕的原因；總結(jié)了多個(gè)煙囪改造工程的經(jīng)驗(yàn)，提出重點(diǎn)檢測(cè)的部位和單筒煙囪防腐改造的建議。

單筒式煙囪；煙氣濕法脫硫；改造。

1 概述

單筒式煙囪結(jié)構(gòu)型式為：排煙筒為粘土質(zhì)耐火磚或輕質(zhì)耐酸砌塊、水玻璃耐酸砂漿或耐酸膠泥砌筑，15m一段，分段支承在鋼筋混凝土承重外筒的楔形懸臂梁上；耐火磚或輕質(zhì)耐酸砌塊與外筒壁間設(shè)有水泥膨脹珍珠巖板保溫層。每段頂部設(shè)滴水板防護(hù)，滴水板為耐酸混凝土。鋼筋混凝土筒身內(nèi)壁均涂刷防腐層。該種結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)是承重外筒與排煙筒沒有脫開，主要應(yīng)用于排放干煙氣的情況。

目前大多數(shù)火力發(fā)電廠煙氣采用濕法脫硫且不上GGH (煙氣升溫裝置)，煙囪防腐改造僅對(duì)內(nèi)襯內(nèi)側(cè)進(jìn)行防腐防護(hù)，有的用粘貼塊材方案、有的采用膠泥類涂料方案。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月甚至更短的時(shí)間的運(yùn)行后，很多煙囪都出現(xiàn)了問(wèn)題。酸液從煙囪筒壁施工縫或模板孔中滲出、新加防腐防護(hù)層脫落、鋼筋混凝土承重外筒內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重、積灰平臺(tái)滲水嚴(yán)重、煙道接口處出現(xiàn)滲液、筒首腐蝕、避雷針脫落(見圖2)等情況比比皆是，直接影響到了煙囪的安全運(yùn)行。

2 煙氣運(yùn)行狀況

根據(jù)資料，通常進(jìn)行濕法脫硫處理后的煙氣，水份含量高，濕度大，溫度低，易于出現(xiàn)煙氣結(jié)露現(xiàn)象。而脫硫處理后的煙氣中還含有氟化氫和氯化物等強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，形成腐蝕強(qiáng)度高、滲透性較強(qiáng)、且較難防范的低溫高濕稀酸型腐蝕狀況。

煙氣采用濕法脫硫工藝，可使煙氣中SO2的含量大大減少(脫除效率≥95%)，但對(duì)造成煙氣腐蝕主要成分的SO3、SO4脫除效率并不高。因此，煙氣脫硫后，雖然能使大氣環(huán)境得到改善，但對(duì)煙囪的腐蝕隱患并未完全消除，相反脫硫后的煙氣環(huán)境(低溫、高濕等)可能使腐蝕狀況進(jìn)一步加劇且對(duì)煙囪抗腐蝕性能提出了更高要求。脫硫后的煙氣環(huán)境變得低溫、高濕，煙氣的含水量增大，SO3與水作用，將在煙囪內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。濕法脫硫后煙氣運(yùn)行成正壓狀態(tài)，使得腐蝕煙氣對(duì)外筒壁腐蝕概率增大。

脫硫后煙氣在煙囪中的腐蝕性及運(yùn)行狀態(tài)主要表現(xiàn)為：

(1)在有煙氣升溫裝置(GGH)狀態(tài)下，煙氣溫度一般在80℃左右；不設(shè)煙氣升溫裝置(GGH)狀態(tài)下，煙氣溫度一般在50℃左右。

(2)脫硫后煙氣溫度低，上抽力小，流速低，容易產(chǎn)生煙氣聚集，并對(duì)排煙筒內(nèi)壁產(chǎn)生正壓力，加劇了煙氣外滲，使其腐蝕性增強(qiáng)。

(3)煙氣冷凝物中氯化物或氟化物的存在將加劇其腐蝕程度，腐蝕等級(jí)(按化學(xué)腐蝕等級(jí)劃分)為高級(jí)。

(4)煙氣凝結(jié)液中酸的含量雖然不高，但滲透性較強(qiáng)，對(duì)煙囪結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的腐蝕性。

(5)煙氣中的氯離子遇到水蒸氣形成氯酸，其化合溫度為60℃，當(dāng)?shù)陀诼人崧饵c(diǎn)溫度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。

(6)酸液的溫度在40℃～80℃時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性特別強(qiáng)。以鋼材為例，40℃～80℃時(shí)的腐蝕速度比在其它溫度時(shí)高出約3～8倍。

3 某單筒式煙囪檢測(cè)情況及分析

單筒式煙囪大多采用兩爐合用一座排煙筒，排煙筒與承重外筒沒有檢修空間，且兩爐同時(shí)停機(jī)的可能性很小?；诖?，大多數(shù)檢測(cè)均采用抽芯取樣的方法檢測(cè)。以某電廠煙囪脫硫防腐改造檢測(cè)結(jié)果為例，進(jìn)行腐蝕性分析。

煙囪脫硫防腐改造采用的是內(nèi)粘玻璃磚方案。2009年2月份完成了防腐改造。

分別于2010年4月、2011年3～5月進(jìn)行了兩次檢測(cè)，其中2010年為外觀和鉆心取樣檢測(cè)，2011年為拆除內(nèi)襯后的檢測(cè)。2011年3月初煙囪停止使用。

3.1 2010年4月檢測(cè)結(jié)果

所檢煙囪混凝土筒外壁外觀質(zhì)量良好，除個(gè)別地方存在細(xì)小龜裂外未發(fā)現(xiàn)明顯開裂、剝落、鋼筋銹蝕及酸液外滲等現(xiàn)象。

對(duì)煙囪外壁標(biāo)高60m～200m范圍內(nèi)混凝土進(jìn)行取芯檢測(cè)，均未發(fā)現(xiàn)有酸液從孔洞中流出等現(xiàn)象。所檢筒壁混凝土強(qiáng)度等級(jí)除標(biāo)高120m～125m、135m～160m范圍內(nèi)個(gè)別構(gòu)件外，其它所檢構(gòu)件筒壁外側(cè)混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；

芯樣碳化深度測(cè)試顯示：外壁混凝土外側(cè)碳化深度約為4mm～6mm，80m～210m內(nèi)側(cè)混凝土堿性中和深度平均值80mm～150mm，由下及上逐漸增大；內(nèi)側(cè)混凝土腐蝕深度平均值30mm～50mm，最大區(qū)域在150～180m間，鋼筋大于保護(hù)層深度。所檢煙囪混凝土筒壁存在的堿性中和(碳化)現(xiàn)象，對(duì)混凝土構(gòu)件耐久性存在不利影響。

3.2 2011.3～5月拆除內(nèi)襯后檢測(cè)情況

檢測(cè)防腐玻璃磚防護(hù)層：粘接膠體現(xiàn)狀良好，指觸富有彈性，未發(fā)現(xiàn)粉化、開裂等現(xiàn)象，泡沫玻璃磚背面有效粘接面積為73%～82%，磚縫膠體飽滿度較差。原煙囪內(nèi)襯(耐火磚)表面腐蝕深度約為0.1mm～0.7mm，局部磚縫間砂漿不飽滿，存在縫隙，砂漿強(qiáng)度較低。

混凝土內(nèi)壁表面：筒壁內(nèi)表面很不規(guī)則，坑洼不平，混凝土表面高差達(dá)5cm～10cm。分析認(rèn)為，可能與煙囪施工工藝有關(guān)，有可能是內(nèi)砌外滑，混凝土振搗擠壓隔熱層造成。

混凝土內(nèi)壁腐蝕：相對(duì)標(biāo)高0m～30m范圍內(nèi)混凝土筒壁基本完好，鋼筋保護(hù)層厚度基本滿足要求，最大堿性中和深度約為18mm。相對(duì)標(biāo)高30m～195m范圍內(nèi)多處位置存在混凝土不同面積腐蝕剝落現(xiàn)象，其中30m～45m、180m～195m之間混凝土剝落面積較大，石子大量外露約占兩個(gè)牛腿之間面積的60%～70%，混凝土最大腐蝕深度約為42mm。相對(duì)標(biāo)高195m～210m之間混凝土表面較好，最大堿性中和深度約為120mm。

內(nèi)壁鋼筋腐蝕：相對(duì)標(biāo)高0m～30m范圍內(nèi)鋼筋情況良好。相對(duì)標(biāo)高30m～195m范圍內(nèi)多處存在鋼筋外露腐蝕現(xiàn)象，腐蝕較為嚴(yán)重區(qū)域環(huán)向鋼筋已經(jīng)銹斷。相對(duì)標(biāo)高195m～210m之間鋼筋存在略微銹蝕情況；

筒壁內(nèi)壁局部存在腐蝕剝落現(xiàn)象，剝落處鋼筋腐蝕嚴(yán)重，局部已經(jīng)銹斷，未剝落處混凝土較為堅(jiān)硬，內(nèi)部鋼筋有銹蝕情況(見圖5、圖6)，程度銹蝕較混凝土剝落處輕。

Cl-含量0.038%～0.089%，80～160m最大，上下偏??；含量：1.61%～8.43%，100m～160m最大，上下偏小。

堿性中和(碳化)深度18mm～120mm，0.0m～210m由下往上增大。

3.3 兩次檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

(1)后加防腐玻璃磚防護(hù)層基本未腐蝕；原煙囪內(nèi)襯(耐火磚)表面腐蝕深度僅為0.1mm～0.7mm，整體性很好，沒有出現(xiàn)強(qiáng)度失效現(xiàn)象；但鋼筋混凝土外筒壁內(nèi)側(cè)出現(xiàn)混凝土腐蝕、鋼筋銹蝕情況。說(shuō)明后加防護(hù)層未起到防護(hù)作用。

(2)混凝土中Cl-含量小于《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50476—2008)的限值要求；含量很小，未超過(guò)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50476—2008)的限值要求，但檢出含量很高，最大達(dá)8.43%，不容忽視。

(3)在腐蝕性脫硫煙氣作用下，筒壁內(nèi)側(cè)混凝土堿性中和深度很大，遠(yuǎn)超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度。

堿性中和是混凝土中的堿與空氣中的二氧化碳在一定水量的情況下發(fā)生的酸堿中和反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)會(huì)使混凝土內(nèi)堿度失衡，引起混凝土收縮(碳化收縮)，使混凝土的表面產(chǎn)生細(xì)微的裂縫，使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開始生銹，降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。

據(jù)有關(guān)資料：混凝土表面碳化層初始強(qiáng)度高于混凝土本身強(qiáng)度。隨著時(shí)間的推移，CaCO3氧化使得碳化層從脆性過(guò)渡到塑性，形成微觀裂紋，加速碳化向內(nèi)發(fā)展。

(4)拆除內(nèi)襯前后混凝土腐蝕深度、堿性中和深度、強(qiáng)度等級(jí)，三項(xiàng)指標(biāo)基本一致。但鋼筋腐蝕一項(xiàng)，在拆除前未檢測(cè)到。拆除內(nèi)襯后發(fā)現(xiàn)，鋼筋腐蝕位置、腐蝕程度很不規(guī)則。因此抽檢對(duì)混凝土腐蝕程度有一定意義，如進(jìn)一步判定煙囪的腐蝕程度、安全鑒定需在拆除后確認(rèn)。

表1 兩次檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

4 腐蝕原因分析

煙囪防腐改造的主要目的是保證鋼筋混凝土承重外筒的結(jié)構(gòu)安全使用。

一般認(rèn)為煙囪內(nèi)襯磚吸水大、磚縫不飽滿，在前述濕煙氣作用下(飽和、正壓、含腐蝕介質(zhì))，使得內(nèi)襯磚吸水飽和、強(qiáng)度降低；腐蝕煙氣在正壓作用下進(jìn)入到內(nèi)襯與承重外筒壁之間，對(duì)混凝土產(chǎn)生腐蝕，影響排煙筒的使用進(jìn)而影響到外筒壁的安全。因此，以前煙囪脫硫改造方案主要是彌補(bǔ)煙囪內(nèi)襯磚縫的密閉性差煙氣對(duì)承重外筒的影響，減少(防止)內(nèi)襯磚的吸水率過(guò)大磚強(qiáng)度降低。

但從上述工程的檢測(cè)情況看，煙囪脫硫改造內(nèi)襯內(nèi)側(cè)作了玻璃磚防護(hù)層：指觸防護(hù)層粘結(jié)膠富有彈性，未發(fā)現(xiàn)粉化、開裂等現(xiàn)象；原內(nèi)襯(耐火磚)表面腐蝕深度僅為0.1mm～0.7mm；但混凝土內(nèi)壁腐蝕、堿性中和厚度很大，鋼筋腐蝕；說(shuō)明防護(hù)層根本沒有起到防護(hù)作用。

另外從單筒式煙囪結(jié)構(gòu)型式可看出，滴水板對(duì)于排煙筒每段接縫防水起到了很重要的作用。煙氣結(jié)露水沿內(nèi)筒壁下流，通過(guò)滴水板遮擋將水引到下一段。如果滴水板破損，起不到遮擋作用，結(jié)露水很容易匯集到下段內(nèi)襯磚與外筒壁間。時(shí)間久了，積液量增大會(huì)形成壓力，如外筒壁施工縫不密實(shí)，就會(huì)滲漏到外筒壁混凝土，對(duì)混凝土及鋼筋產(chǎn)生侵蝕，進(jìn)而影響到筒壁的安全。也就是說(shuō)以前僅在煙囪內(nèi)壁用粘貼塊材方案、膠泥、涂料類的防腐做法，是治標(biāo)不治本，是很短時(shí)間內(nèi)對(duì)鋼筋混凝土外筒壁產(chǎn)生腐蝕、有酸液滲漏到外筒壁現(xiàn)象的主要原因。

從受力變形方面分析：在水平荷載作用下，牛腿處的磚砌排煙筒變形是不一致的。因此，此處的防水防腐節(jié)點(diǎn)很難處理，其做法既要滿足防水要求，又要滿足結(jié)構(gòu)變形要求。處理不好此處就是一個(gè)酸液滲流的通道。

由此可看出，單筒式煙囪不適用于排放濕法脫硫不上GGH的煙氣工況。

煙囪改造的主要目的是保護(hù)承重外筒的結(jié)構(gòu)安全，因此煙囪防腐改造必須將承重外筒與排煙筒脫開，使其達(dá)到煙氣滲漏及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)修補(bǔ)，不至于發(fā)現(xiàn)滲漏時(shí)已影響到外筒的結(jié)構(gòu)安全。

5 改造建議

本人通過(guò)對(duì)幾個(gè)電廠煙囪檢測(cè)報(bào)告的分析和防腐改造處理的設(shè)計(jì)，認(rèn)為單筒式煙囪當(dāng)排放濕法脫硫不上GGH煙氣時(shí)，防腐改造應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：

(1)煙囪防腐改造的目的是保證鋼筋混凝土承重外筒的安全。如果煙囪運(yùn)行存在安全隱患，且不被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除，那這個(gè)改造是不成功的。從對(duì)煙囪檢測(cè)結(jié)果及煙囪腐蝕原因分析中可看出，單筒式煙囪防腐改造，僅從內(nèi)襯防護(hù)入手，解決不了根本問(wèn)題。因此必須將排煙筒與承重外筒分開。

排煙筒優(yōu)先采用鋼質(zhì)材料，防腐材質(zhì)宜與機(jī)組使用壽命相近。一般認(rèn)為，防腐改造工程三分材料、七分管理。無(wú)論采用哪種防腐工藝，都要加強(qiáng)施工材料的采購(gòu)、施工、監(jiān)理等環(huán)節(jié)的管理。還應(yīng)對(duì)煙囪運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)，這里的維護(hù)包括把排煙筒當(dāng)作設(shè)備定期檢查，同時(shí)運(yùn)行工況盡量單一。

(2)排煙筒直徑的確定應(yīng)考慮環(huán)保要求、止晃點(diǎn)設(shè)置及安裝空間、原有脫硫增壓風(fēng)機(jī)參數(shù)(必要時(shí)可對(duì)其進(jìn)行改造)等因素，計(jì)算確定。

(3)過(guò)去煙囪混凝土所使用粗骨料一般推薦宜采用玄武巖、閃長(zhǎng)巖、花崗巖等破碎的碎石或河卵石，對(duì)于石灰?guī)r是不宜采用。通過(guò)對(duì)煙囪腐蝕情況的檢測(cè)，采用石灰?guī)r作為粗骨料的，腐蝕很嚴(yán)重，其它材質(zhì)的相對(duì)較好。因此建議檢測(cè)時(shí)，如為石灰?guī)r粗骨料，應(yīng)認(rèn)真對(duì)待。對(duì)新建煙囪應(yīng)提出混凝土不應(yīng)采用石灰?guī)r粗骨料的要求。

(4)如拆除內(nèi)襯前對(duì)外筒壁進(jìn)行抽芯取樣檢測(cè)，取樣位置重點(diǎn)應(yīng)放在楔形懸臂梁上、下部(此位置是酸液聚集處)、外觀有縫隙處(有可能是施工縫)、有滲液孔處(施工模板螺栓孔未封堵好)。

(5)改造方案中應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工條件重點(diǎn)研究。交通組織、大件運(yùn)輸、加工場(chǎng)地、垃圾外運(yùn)等有可能影響改造方案的實(shí)施和投資費(fèi)用的增加。廠區(qū)已有的各種管道有可能影響到大件的運(yùn)輸，應(yīng)列入到煙囪改造費(fèi)用中。

(6)做好酸液的收集。因酸液中含有一定的灰分，排酸管不宜設(shè)置彎頭，建議在酸液收集口正下方設(shè)置酸液收集(沉淀)池，將酸液沉淀后，再排至回收點(diǎn)。

(7)通過(guò)對(duì)已檢測(cè)的煙囪避雷針腐蝕情況看，由于施工焊縫質(zhì)量、材料性質(zhì)不穩(wěn)定、長(zhǎng)年未得到檢查維護(hù)等問(wèn)題，腐蝕較嚴(yán)重。因此建議應(yīng)對(duì)頂部及筒身范圍的避雷針(線)進(jìn)行測(cè)試及檢查、更換，避免在雷雨天氣下，煙囪成為導(dǎo)電體，影響煙囪的使用安全。

(8)將原有擋板門后的磚煙道部分改為鋼煙道，增加其密閉性。將煙道和排煙筒按設(shè)備對(duì)待，定期檢查和維護(hù)。

(9)應(yīng)對(duì)鋼筋混凝土承重外筒進(jìn)行強(qiáng)度核算，混凝土強(qiáng)度、鋼筋直徑、混凝土壁厚應(yīng)按檢測(cè)報(bào)告提供的數(shù)據(jù)。

(10)當(dāng)堿性中和深度大于鋼筋保護(hù)層時(shí)，應(yīng)對(duì)混凝土進(jìn)行防護(hù)，避免受到堿性中和的混凝土繼續(xù)發(fā)展，影響結(jié)構(gòu)安全。

Recommendations on Reconstruct of Wet Desulphurization in Single Tube Chimney

XING Ke-yong
(Hebei Electric Power Design and Research Institute，Shijiazhuang 50031，China)

At present, the serious corrosion appear generally in single tube chimneys of power plants without GGH using wet desulphurization. The paper analyses the reasons of the corrosion of the chimney by the statistic of the problems detected; the paper summarizes the experience of modi fi cation work of some chimneys, indicates the parts need emphasis detection and gives some suggestion about the anticorrosion reform.

single tube chimney; wet fl ue gas desulfurization; reform.

TM621

B

1671-9913(2012)02-0048-04

2012-02-23

邢克勇(1961- )，男，河北石家莊人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。