燃煤熱電廠煙囪結(jié)構(gòu)及防腐

姚麗

摘 要：本文以一典型熱電廠為案例，針對濕法脫硫后的煙氣排放，煙囪結(jié)構(gòu)及防腐方案的優(yōu)缺點(diǎn)，存在的問題及經(jīng)濟(jì)性比較，對小型燃煤電廠煙囪設(shè)計有一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：濕煙氣；鈦鋼復(fù)合板；賓高德玻璃磚

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

目前，隨著《火力廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）實(shí)施，二氧化硫的排放要求提高，燃煤電廠煙氣脫硫效率高、技術(shù)成熟的工藝有石灰石-石膏濕法脫硫，氨法脫硫，海水脫硫等，其中石灰石-石膏濕法脫硫工藝較為經(jīng)濟(jì)，可靠，應(yīng)用越來越廣泛。經(jīng)脫硫后的潔凈煙氣排向煙囪不設(shè)煙氣加熱系統(tǒng)工藝（GGH），脫硫后的煙氣溫度在50℃～60℃左右。經(jīng)過脫硫后，雖然煙氣中SO2的含量大大減少，但是SO3脫除率低，燃煤中約有0.5%～2%的硫在燃燒過程中轉(zhuǎn)化為SO3，大概有20%的SO3被脫出，其余SO3以氣溶膠的形式被煙氣帶出，脫硫后煙氣濕度增加，煙溫低于露點(diǎn)溫度，形成的冷凝酸液對煙囪內(nèi)壁進(jìn)行腐蝕。因此，煙氣脫硫后，對煙囪的腐蝕隱患并未消除，相反，脫硫后的煙氣環(huán)境（低濕、高濕等）使腐蝕狀況進(jìn)一步加劇。2013年5月1日正式實(shí)施的《煙囪設(shè)計規(guī)范》（GB 50051-2013）中的規(guī)定，濕法脫硫后的煙氣應(yīng)為強(qiáng)腐蝕性濕煙氣。因此煙囪排放內(nèi)筒材料應(yīng)滿足耐腐蝕、耐溫驟變，耐冷熱交替帶來的應(yīng)力變化需求，抗?jié)B透等性能。目前，國內(nèi)外濕法脫硫后的煙囪結(jié)構(gòu)采用以下幾種方案：

（1）采用套筒煙囪，鋼內(nèi)筒襯防腐金屬材料，國內(nèi)工程多采用鈦板復(fù)合板內(nèi)襯。

（2）采用耐腐蝕的輕質(zhì)隔熱的制品粘貼，如采用賓高德新型防腐材料。

（3）采用整體玻璃鋼煙囪。

1.工程案例

浙江臺州臨港熱電有限公司新建3臺180t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐配兩臺B15高溫高壓背壓式汽輪機(jī)，預(yù)留一爐一機(jī)的場地，煙囪設(shè)計以四爐終期規(guī)?？紤]。項目采用石灰石-石膏濕法脫硫，根據(jù)項目環(huán)評批復(fù)，煙囪高度100m，項目設(shè)計階段對煙囪結(jié)構(gòu)及防腐方案進(jìn)行深入分析與比選。

2.煙囪方案進(jìn)行技術(shù)比選

（1）采用雙套筒煙囪，鋼內(nèi)筒為鈦鋼復(fù)合板，分為兩個內(nèi)筒

4臺鍋爐分兩個出口內(nèi)徑3.2m的鋼內(nèi)筒，外部采用煙囪混凝土外筒，外筒底部外徑13m。4臺鍋爐同時運(yùn)行時煙囪單筒出口流速19.5m/s，單臺鍋爐運(yùn)行流速9.8m/s。套筒煙囪是將混凝土承重外筒與排煙內(nèi)筒相互脫開的一種結(jié)構(gòu)形式，承重外筒不直接受煙氣的高溫和腐蝕的作用。鋼內(nèi)筒采用自立式，直接支承于煙囪0m地面標(biāo)高處。內(nèi)筒采用鈦鋼復(fù)合板，由厚度為10mm～16mm的鋼板卷制成后焊接而成，內(nèi)襯鈦鋼板厚度1.2mm，鋼內(nèi)筒外壁沿每6m高左右間隔設(shè)置1個剛性環(huán)。煙囪內(nèi)壁每隔30m～40m高布置1個鋼結(jié)構(gòu)檢修工作平臺。在檢修平臺和吊裝平臺標(biāo)高處設(shè)有鋼內(nèi)筒穩(wěn)定裝置，以保證鋼內(nèi)筒的橫向整體穩(wěn)定。鋼內(nèi)筒外設(shè)置厚度120mm保溫層。

鈦是一種很耐腐蝕的材料，這是由于鈦表面容易生成穩(wěn)定的鈍化膜，鈍化膜是由幾納米到幾十鈉米厚的極薄的氧化鈦構(gòu)成，在許多環(huán)境中是很穩(wěn)定的，而且一旦局部破壞具有瞬間再修補(bǔ)的特性。因此鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質(zhì)中具有很好的穩(wěn)定性，比現(xiàn)有的不銹鋼和其他有色金屬耐腐性好。但是鈦鋼復(fù)合板施工難度大，施工質(zhì)量難以控制導(dǎo)致的縫隙腐蝕和氫脆，同時鈦中的雜質(zhì)存在，顯著影響鈦的物理、化學(xué)性質(zhì)及耐腐蝕性能。特別是一些間隙，它們使鈦晶格發(fā)生畸變，而影響鈦的各種性能。采用鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒方案還應(yīng)注意焊縫區(qū)域滲漏問題。

（2）采用單筒混凝土煙囪內(nèi)襯賓高德玻璃磚方案

4臺鍋爐采用單筒排放，出口內(nèi)徑4.2m，煙囪混凝土外筒底部外徑9m。四臺鍋爐同時運(yùn)行時煙囪出口流速22m/s，單臺鍋爐運(yùn)行流速5.6m/s，煙氣流速較慢，但大于煙囪出口平均風(fēng)速的1.5倍，還是滿足最小風(fēng)速的要求。

賓高德玻璃磚主要材料是低膨脹硅酸硼玻璃，是在美國大陸生產(chǎn)的新型防腐材料，已在全世界多個國家火力發(fā)電廠項目煙囪內(nèi)筒及煙道工程中成功使用，防腐效果良好。賓高德優(yōu)越的防腐性能，對SO2/SO3氣體環(huán)境能對基層起到完全保證的作用，能抵御除氫氟酸以外的各種酸類的腐蝕，對水和水蒸汽、酸和酸蒸汽都有氣密性，不吸附吸收液體，對氣體和凝結(jié)水具有抗?jié)B透性能。環(huán)保性能好，賓高德是無機(jī)物，不會燃燒，不會造成環(huán)境污染。便于施工，賓高德磚與普通發(fā)泡玻璃磚類似，不易損壞，施工過程中易切割，易粘貼，具有自重輕和極好的隔熱性能。賓高德系統(tǒng)配套的伸縮節(jié)處理方案成熟可靠，大量的項目實(shí)例調(diào)研未發(fā)現(xiàn)滲漏情況。賓高德性能指標(biāo)見表1。

賓高德玻璃磚具有良好的防腐性能，在國外電廠煙囪防腐中已有優(yōu)良業(yè)績，近兩年，隨在國內(nèi)應(yīng)用的業(yè)績也逐年增加，賓高德玻璃磚使用壽命長，單位質(zhì)量輕且安裝方便，對煙囪的附加荷載很小，特別便于已建煙囪的防腐改造。

（3）整體玻璃鋼煙囪

整體玻璃鋼煙囪采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料（FRP）具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐化學(xué)腐蝕、絕緣隔熱，耐瞬時高溫?zé)g、強(qiáng)度和形狀可設(shè)計性強(qiáng)的特點(diǎn)。成型后的玻璃鋼結(jié)構(gòu)層抗拉強(qiáng)度與普通鋼材相當(dāng)。但是玻璃鋼長期耐高溫性能差，彈性模量低，易老化，在紫外線、風(fēng)、沙、雷、雨、化學(xué)介質(zhì)、機(jī)械應(yīng)力等作用下容易導(dǎo)致性能下降；施工時容易發(fā)生火災(zāi)，成本較高。

雖然濕法脫硫后煙氣溫度降至50℃～60℃左右，但是還是要考慮緊急狀態(tài)無濕法脫硫的溫度情況（150℃）及事故狀態(tài)（近200℃），需要采用耐高溫的玻璃鋼材料，現(xiàn)在市場上質(zhì)量難以把控，在該項目上不推薦采用。

3.經(jīng)濟(jì)性比選

經(jīng)濟(jì)性比選主要費(fèi)用包括材料費(fèi)、施工費(fèi)、運(yùn)費(fèi)、基礎(chǔ)費(fèi)用等，重點(diǎn)從套筒鋼內(nèi)筒襯鈦鋼復(fù)合板和混凝土煙囪內(nèi)襯賓高德內(nèi)襯兩個方案進(jìn)行比選。

（1）采用單筒混凝土內(nèi)襯賓高德方案，按目前賓高德2500元/m2的價格計算，該煙囪方案整體造價800萬元。

（2）采用雙套筒煙囪鋼內(nèi)筒襯鈦鋼復(fù)合鋼板，按當(dāng)前鈦板價格2.0萬元/t計算，該煙囪方案整體造價在1600萬元。

結(jié)語

鈦鋼復(fù)合板是一種性能優(yōu)異的防腐材料，在特定的環(huán)境下具有別的防腐材料無可比擬的防腐性能，但是它價格高，施工要求高。套筒煙囪還有占地面積大的特點(diǎn)。而單筒煙囪直接貼賓高德內(nèi)襯結(jié)構(gòu)簡單、造價低、占地面積小，并且具有減少煙囪雨的效果?！稛焽柙O(shè)計規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)管理組通過大量地調(diào)研對《煙囪設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行進(jìn)一步論證及解釋，推薦單筒煙囪可以采用賓高德內(nèi)襯方案。對于臺州臨港熱電項目單筒防腐煙囪流速也滿足排放要求，因此該項目采用的是單筒混凝土煙囪內(nèi)襯賓高德，目前已投入運(yùn)行，煙囪運(yùn)行情況良好。

綜上所述，以上3種方案在技術(shù)上均可行，均能滿足該工程的脫硫后的煙囪防腐要求，經(jīng)濟(jì)上，采用單筒混凝土煙囪內(nèi)襯賓高德內(nèi)襯方案在煙囪投資上優(yōu)越性較為明顯，特別適合于小型火力發(fā)電廠。

參考文獻(xiàn)

[1]美國電力研究院（EPRI），濕煙囪設(shè)計導(dǎo)則[S].

[2] GB 50051-2013，煙囪設(shè)計規(guī)范[S].