玻璃鋼煙囪在火力發(fā)電廠中應(yīng)用

張國飛 唐雯靜

（新疆電力設(shè)計(jì)院 新疆 烏魯木齊 830002）

1 我國節(jié)能減排要求

在全球氣候逐年變暖的情況下，節(jié)能減排已經(jīng)引起全球各國政要和民眾的重視， 我國在節(jié)能減排方面做了更高的要求和計(jì)劃。 “十二五”時期“主要污染物排放總量顯著減少：二氧化硫排放量減少8%”，因此我國火力發(fā)電廠煙氣排放強(qiáng)制要求增加脫硫脫硝裝置。

我國近期電廠運(yùn)行脫硫式方為全程脫硫， 脫硫采用石灰石-石膏濕法脫硫、不上GGH、不帶旁路的脫硫系統(tǒng)。 通常來講，進(jìn)行濕法脫硫處理后的煙氣均具有水份含量較高、濕度大、溫度低的特點(diǎn)，因此很容易出現(xiàn)煙氣結(jié)露現(xiàn)象，煙氣中的水氣結(jié)露后形成的具腐蝕性液體一般約為30～50 噸/每小時， 主要依附于煙囪內(nèi)側(cè)壁流下來至專設(shè)的排液口排到脫硫系統(tǒng)液池中。 此外，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)，極易形成腐蝕強(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。 另一方面，SO2 脫除效率很高， 但對SO3 脫除效率不高，僅20%左右。 因此，煙氣脫硫后，煙氣對煙囪的腐蝕隱患實(shí)際上并未消除；與此同時脫硫后低溫、高濕等的煙氣環(huán)境可能導(dǎo)致煙囪的腐蝕狀況進(jìn)一步加劇。

對于脫硫后煙氣對煙囪結(jié)構(gòu)的腐蝕性分析現(xiàn)階段主要都是借鑒了國外的資料和相應(yīng)做法。 國際工業(yè)煙囪協(xié)會在其發(fā)布的《鋼煙囪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程》（1999 年第1 版） 中對脫硫后的煙氣腐蝕性能有如下6 點(diǎn)說明：(1) 煙氣冷凝物中氯化物或氟化物的存在將很大提高腐蝕程度，在20℃和1 個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氟化氫、氯元素和氯化氫的重量濃度分別超過0.025%、0.1%和0.1%時，腐蝕等級應(yīng)為高級；(2) 處于煙氣脫硫系統(tǒng)下游的濃縮或飽和煙氣條件通常應(yīng)被視為高腐蝕等級；(3) 鑒于煙氣凝結(jié)過程中SO3 離子與水蒸氣結(jié)合成為硫酸，對煙囪進(jìn)行腐蝕，因此確定含有硫磺氧化物的煙氣腐蝕等級是按SO3 的含量值為依據(jù)的；(4) 亞硫酸的露點(diǎn)溫度取決于煙氣中SO3 濃度， 一般約為65℃左右，稍高于水的露點(diǎn)。燃煤中如含有污染，則在同樣的溫度下還會有像鹽酸、硝酸等其它酸液；(5) 在煙氣脫硫效應(yīng)過程中盡管已除去了大部分的氧化硫，但在凈化裝置下游，隨著氧化硫含量的減少，煙氣的濕度通常很大，且溫度較低，當(dāng)溫度低于80℃時，煙氣會濃縮成酸液。 與此同時，煙氣中還常常含有凈化后得到的氯化物；(6) 煙氣中的氯離子一遇水蒸氣便會形成氯酸，它的化合溫度約為60℃，低于氯酸露點(diǎn)溫度時，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，即使是化合中很少量的氯化物也會造成嚴(yán)重腐蝕。

綜上對脫硫煙囪的煙氣腐蝕性分析中可以判斷：處于脫硫系統(tǒng)下游的煙道和煙囪中的煙氣應(yīng)屬于強(qiáng)腐蝕性煙氣，煙囪應(yīng)按強(qiáng)腐蝕性煙氣來考慮煙囪結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)。

2 我國現(xiàn)有排煙內(nèi)筒作法

根據(jù)我院兩次對全國多座電廠煙囪考察和調(diào)研，并分析歸納。 目前國內(nèi)煙囪常規(guī)防腐蝕做法有如下6 大類，即：

2.1 耐酸金屬防腐材料

將金屬鈦板或鈦—鋼復(fù)合板制成的自立式或分段懸掛式金屬內(nèi)筒作為防腐層。

2.2 耐酸貼塊（片）類防腐材料

將發(fā)泡玻璃磚、 發(fā)泡陶瓷?；u、VP 防腐塊材、 玻璃鱗片、RHF防腐板等粘貼或固定于煙囪筒體結(jié)構(gòu)內(nèi)表面形成防腐層。

2.3 防腐涂料類防腐材料

將OM 防腐涂料、聚脲、RHF 專用防腐涂料、薩偉真等防腐涂層涂刷或噴涂于煙囪筒體結(jié)構(gòu)內(nèi)表面形成防腐層。

2.4 耐酸砌塊類防腐材料

由耐酸膠泥砌筑耐酸磚形成的耐酸磚內(nèi)筒作為防腐層。

2.5 耐酸膠泥類材料

在煙囪排煙筒內(nèi)壁涂抹耐酸膠泥防腐層。

2.6 耐酸澆注料類防腐材料

由水玻璃混凝土加入一定抗?jié)B劑、膨脹劑等混凝土添加劑澆筑成煙囪內(nèi)筒。

3 我國現(xiàn)有排煙內(nèi)筒作法存在的問題

3.1 耐酸貼塊（片）類防腐材料存在問題

圖1 華能河北上安電廠煙囪外側(cè)酸液流淌狀況

圖2 上海石洞口電廠煙囪鋼內(nèi)筒外側(cè)腐蝕狀況

3.2 防腐涂料類材料

勝利電廠一期煙囪RHF 復(fù)合防腐板脫落和勝利電廠二期煙囪OM 涂料裂縫。

3.3 其他

除鈦-鋼復(fù)合板排煙內(nèi)筒和進(jìn)口發(fā)泡玻璃磚在我院調(diào)查中沒有發(fā)現(xiàn)問題，其他均出現(xiàn)過不同程度的腐蝕或破壞。 由于進(jìn)口發(fā)泡玻璃磚施工周期長，目前我國常用的為鈦-鋼復(fù)合板排煙內(nèi)筒。

4 玻璃鋼排煙內(nèi)筒特點(diǎn)

本著節(jié)約工程投資和方便施工的原則， 經(jīng)過多方案比選論證后，我們在國內(nèi)某熱電廠中采用了玻璃鋼煙囪，高度210 米，地處新疆自治區(qū)呼圖壁市郊。由于玻璃鋼制品易燃性，所有本次設(shè)計(jì)時，所有鋼結(jié)構(gòu)安裝節(jié)點(diǎn)杜絕明火加工和焊接，一律采用螺栓連接。

4.1 排煙內(nèi)筒工程投資

玻璃鋼煙囪用量190 噸，造價1140 萬元；鈦-鋼復(fù)合板煙囪用量600 噸，造價1800 萬元。 包含設(shè)備材料和吊裝費(fèi)用。

4.2 材料組成

即玻璃纖維增強(qiáng)塑料，俗稱玻璃鋼。 通常是由高強(qiáng)度的玻璃纖維和樹脂復(fù)合而成的兼具結(jié)構(gòu)性和功能性的新型復(fù)合材料，玻璃纖維提供FRP 的強(qiáng)度和剛性，樹脂提供FRP 的耐化學(xué)性和韌性。

4.3 材料性能

力學(xué)性能：強(qiáng)度和剛度較高；層密度?。骸?.74g/cm3，≌1/4 鋼的密度；（線性） 熱膨脹系數(shù)高：FRP=25 to 30×10-6 mm/mm/℃vs. 鋼=11×10-6cm/cm/℃，F(xiàn)RP 的膨脹速度是鋼的3 倍；熱導(dǎo)率低： FRP≌0.28W/(m.K)鋼≌43W/(m.K)。

4.4 成品

國外應(yīng)用較多，本工程是國內(nèi)高煙囪中第一個正在施工的項(xiàng)目。

5 結(jié)論

玻璃鋼在國外，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、船舶和航天等防腐設(shè)備和工程中， 國外玻璃鋼排煙筒在電力行業(yè)的應(yīng)用始于FGD 開始應(yīng)用的20 世紀(jì)70 年代。

截止到2003 年，F(xiàn)RP 排煙筒在美國的電廠煙囪工程中已經(jīng)占到10%。 2009 年已經(jīng)上升到60%以上。 圖-1 清楚地表示了在濕式FGD工藝中FRP 的快速增長。 在2004 和2005 年，只有8 個煙囪的排煙筒里襯工程開工。 2006 年，有38 個開工，2007 年有49 個，到2008 年7月1 日，為39 個。 在歐洲和日本也有同樣的發(fā)展趨勢。

FRP 和鋼相比，F(xiàn)RP 具有重量輕、超強(qiáng)耐腐蝕等特點(diǎn)。作為鈦鋼材的替代品，其耐久性、耐溫以及耐腐蝕等均能滿足火力發(fā)電廠使用壽命的要求，同時工程投資大大降低，因此近幾年玻璃鋼（FRP）排煙筒正引起我國電力設(shè)計(jì)行業(yè)的注目。 相信不久的將來玻璃鋼（FRP）排煙筒將在我國電力行業(yè)掀起一個建設(shè)使用高潮。

［1］復(fù)合材料煙囪材料實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告[S].武漢理工大學(xué),2011-7-20.

［2］馬紳.火力發(fā)電廠濕煙囪玻璃鋼排煙筒防腐方案可行性分析[S].

［3］FRP 煙囪內(nèi)筒在美國電力行業(yè)的應(yīng)用簡介[S].漢維艾施格科技(北京)有限公司.

［4］燃煤電廠FRP 煙囪內(nèi)襯的設(shè)計(jì)、制造和安裝指南.ASTM D 5364-93(2008),美國標(biāo)準(zhǔn)[S].