烧录ic作者：朱向琼
来源：《科技创新导报》 2013年第25期
朱向琼
（1.华北电力大学 北京 102206;2.大唐华银株洲发电有限公司 湖南株洲 412000）
摘要：由于国内脱硫烟囱防腐历史较短，经验也不多，对脱硫改造后湿烟囱的防腐工程重视不够，造成最近几年烟囱防腐出现的问题越发严重。因此，针对脱硫防腐烟囱的烟气特点和复杂多变性，通过调研烟囱腐蚀事例并综合分析，提出了新建大型火电厂烟囱结构选型、防腐材料的建议。 关键词：大型 火电厂 烟囱 结构 防腐
中图分类号:X701.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)09(a)-0058-03
烟囱作为火电厂的最高建筑，其可靠、安全运行的重点是本身的防腐。但是，之前并未引起足够重视，甚至许多电厂运行多年从未意识到烟囱存在的问题。中国电力规划设计总院2009年通过对226个
标本盒已经脱硫改造的烟囱调研，据统计烟囱防腐包括金属板类、涂料类、贴衬砖类、复合材料类近13种防腐方案。而各个方案都不能解决问题，其中尤以萨维真、聚脲、OM涂料等薄膜类涂料，和国产泡沫玻璃砖进行防腐的烟囱出现冲刷、开裂或脱落现象最为多，且严重。反馈的结果反映出国内目前脱硫烟囱防腐工程出现的漏洞比较高，而且问题多涉及广。
新建火电厂，在设计阶段需面对如此众多的防腐类型，面对已经出现的如此多的问题，选择即安全、可靠、耐久，又可行、适用、经济的防腐方式、结构形式是设计必须面对和一定要做好的事情。
1 国内外火电厂烟囱防腐的现状
国内脱硫烟囱防腐历史较短，专项的腐蚀调查研究资料很少，经验也不多。国家标准《烟囱设计规范》GB50051-2002对烟囱防腐蚀的处理方法是基于未脱硫的干烟气划分的腐蚀等级，而对脱硫处理后的湿烟囱防腐设计尚无明确说明。因此，脱硫后烟气对烟囱结构的腐蚀性分析，主要借鉴国外的资料和做法。防腐材料目前主要选用玻璃、陶瓷、树脂复合材料（Fiberglass Reinforced Plastics）和合金钢板四类。使用较多的有：钛合金复合钢板、耐酸钢内贴宾高德、耐酸钢内贴耐酸混凝土防腐层、内筒砌筑釉面砖或轻质泡沫陶瓷砖或耐酸砖、整体浇注耐酸混凝土、钢筋混凝土内壁贴国产超轻泡沫玻化砖、OM涂料防腐、固斯特涂料、聚脲涂料等方式，众多防腐材料，正常情况下耐腐蚀性并无问题，但是加上材料本身的质量、施工过程控制、工程管理，以及运行工况多变等原因，却造成大量脱硫烟囱出现不同程度的损坏和渗漏现象。 国外绝大多数采用“一炉配一管”方案，排烟内筒也有砖内筒和钢内筒区分。砖内筒自立式，内筒筒壁分两层错缝布置，有的内外筒间还设有加压风机，材料标准很高。钢内筒一般选用防腐性能优良的镍基合金板或金属复合板材料。砖内筒的结构则与国内不一样，而国外玻璃钢（树脂复合材料Fiberglass Reinforced Plastics以下简称FRP）排烟筒在电力行业的应用始于FGD开始应用的20世纪70年代，到2003年，FRP排烟筒在美国的电厂烟囱工程中已经占到10％，2009年已经上升到60％以上。
2 烟囱结构形式的选择
国内常用的烟囱结构型式有单筒式烟囱、双管式、套筒式烟囱和多管式烟囱四种。目前，为了提高机组投运率，对于600 MW及以上机组一般建议每台炉对应一个排烟筒，采用多管烟囱。如果在防腐设计确有把握时，可考虑两台炉共一个排烟筒，多管烟囱或建造套筒。各烟囱结构型式的具体特点如下。
2.1 单筒式烟囱
独角架 一般用于烟气干法脱硫、不脱硫或循环硫化床CFB锅炉条件，是传统的结构方案。其做法为耐酸胶泥砌筑的耐酸砖内衬和水玻璃膨胀珍珠岩板隔热层与钢筋混凝土筒壁紧贴，并分段由钢筋混凝土筒壁伸出的环形悬壁支承，混凝土内表面设防腐涂层处理。几年前，基于当时的认识和条件，在湿法脱硫
条件下也有使用；这一类型的烟囱还有单筒式烟囱的衍生类型，如耐酸防腐蚀整体浇筑料内衬和下部局部套筒处理的改进型砌体内衬。
调查研究资料表明，由于混凝土筒壁与内衬砖砌体贴合在一起，构造不合理，烟囱筒身裂缝现象普遍存在，且设计的裂缝宽度是有要求的，部分裂缝还存在筒壁内贯通现象。烟囱筒身无检修维护条件，一旦投入运行，对其内衬砖砌体的腐蚀状况很难再有机会进行处理。由于烟囱大都是考虑两台及以上的机组烟气接入，烟囱出口尺寸稍大，烟气抬升的高度要小于双管式和多管式烟囱。
2.2 砖套筒烟囱
一般用于烟气湿法脱硫、设置GGH条件的烟气排放。其做法为砖内筒与钢筋混凝土外筒壁分离布置；砖内筒的荷重是由分段设置的内部支撑平台传给外筒壁，砖内筒由耐酸胶泥砌筑的耐酸砖砌体和耐酸砂浆封闭层构成。
2.3 钢套筒烟囱
一般用于烟气湿法脱硫、设置或不设置GGH条件的烟气排放，目前使用的比例大。其做法为钢内筒与钢筋混凝土外筒壁分离布置；钢内筒可自立式，也可悬挂式；自立式钢内筒的荷重直接落在烟囱基础上，悬挂式钢内筒是由分段设置的内部支撑平台悬吊，钢内筒内表面均需做防腐层，一般有钛或镍合金层、耐酸防腐涂层、发泡玻璃砖、耐酸砂浆防护层等。
套筒式烟囱：钢筋混凝土外筒与砖砌排烟筒或钢排烟筒间脱开布置，设有检查空间，以便方便检查烟囱。承重的钢筋混凝土外筒无温度应力影响，处于常温下工作，同时，也避免了烟气的直接接触。双管式和多管式烟囱高度要大于套筒烟气抬升的高度，这点与单筒式烟囱一样。排烟筒在检修维护时，则会对所有机组产生困扰。
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2.4 多管式烟囱
一般用于烟气湿法脱硫、设置或不设置GGH条件的烟气排放。其做法为一般按“一炉配一管”的方案配置，目前国内三管和四管烟囱比例较少，双管烟囱的比例大些；排烟内筒结构一般选用钢内筒，钢内筒与钢筋混凝土外筒壁结构分离布置；钢内筒结构本身及防腐方案与钢套筒烟囱相同。
双管式和多管式烟囱：与套筒式烟囱一样，钢筋混凝土外筒始终处于常温下工作，它与砖砌排烟筒或钢排烟筒间设有检修维护空间，具备检修维护条件。一台机组接入一个排烟管的配制使烟气运行互不影响，烟气抬升的高度要高于单筒式和套筒式烟囱，非常满足环保要求。排烟筒在检修时候，只影响一台机组运行，影响程度比较小。
综上所述，过去采用的“部分套管式单筒烟囱”，尽管在内衬的构造上增加了隔气和隔水层，但是目前已经发现在托克托、潮州等电厂的烟囱已经出现严重的渗漏，这种方案需进一步研究。所以建议“部分套管式单筒烟囱”目前不宜作为湿烟囱设计方案。中国电力工程顾问集团公司于2009年8月20至21日
在上海市主持召开了火力发电厂脱硫烟囱防腐技术研讨会，建议应将“排烟筒”作为排放烟气的设备看待，使其具备可定期检修与维护的条件，600MW级机组脱硫烟囱宜采用“一炉配一管”。现在新建机组湿法脱硫已经不允许设置旁路烟道，老机组也纷纷进行改造，取消旁路烟道，这就使得烟囱运行环境趋于稳定，这就对不带GGH装置烟囱的防腐提出了更高要求。因此，考虑到脱硫后的湿烟气腐蚀性很强，建议选用承重钢筋混凝土外筒和排烟内筒分开的多管式烟囱，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触，确保烟囱可以安全、稳定、长期运行。
3 烟囱防腐材料的选择
据不完全统计烟囱防腐包括涂料类、贴衬砖类、金属板类、复合材料类近13种防腐方案。涂料类防腐：主要有OM涂料，聚脲以及德国固斯特涂料等；贴衬砖类防腐：主要有宾高德玻璃砖，国产泡沫玻璃砖，玻化砖等；金属板类防腐：材料主要是镍基合金板和钛板；复合材料类防腐：适合于脱硫湿烟囱防腐的主要复合材料是FRP材料。
(1)OM涂料是一种有机复合树脂，可以防止酸液对烟囱内衬的腐蚀。该防腐方案在单筒式老烟囱中使用较多。其特点是施工周期短、造价相对较低。但是低温高温热环境的交替所产生的交变热应力对粘接强度影响较大，容易开裂，开裂后在高速烟气中容易脱落。例如：三门峡电厂烟道与烟囱接口处出现泄漏；湖南株洲电厂相继发现烟囱积灰平台下部内壁多处渗水，从烟囱下部往上看，发现烟囱外
壁上布满渗水痕迹；江苏徐塘电厂发现在烟囱积灰平台四周有酸水渗出。固斯特也在浙江嘉兴、镇海电厂使用中出现了问题。
(2)泡沫玻璃砖这种多孔结构不但能抗酸、耐碱，而且对气体和凝结水是不能渗透的，同时它具有容重低、强度高、导热系数小、不吸水、不透气、不燃烧、不变形等特点，并且可锯割、可粘接。其性能稳定、使用寿命长，综合成本低，工程效益高。
(3) 进口宾高德玻璃砖具有良好的防腐性能，在国外电厂烟囱防腐中已有优良业绩，使用寿命较长，单位质量轻且安装方便，对烟囱结构的附加荷载很小，便于对已建烟囱的防腐改造，但价格偏高，施工周期较长。
(4)国产泡沫玻璃砖和粘结胶还没有相应的防腐蚀要求的标准，并且国产泡沫玻璃砖的各个生产厂家产品质量参差不齐，密度变化比较大，施工周期长，衬里砖有可能开裂、脱落，但价格相对较便宜。
(5)金属合金薄板内衬，材料主要是镍基合金板和钛板。国外C276合金广泛应用于脱硫塔及烟囱中。由于C276合金材料初期成本较高等原因，国内尚无应用于烟囱内筒耐腐内衬的工程实例。钛是一种很耐腐蚀的材料，这是由于钛的表面容易生成稳定的钝化膜，钝化膜是由几纳米到几十纳米厚的极薄的氧化钛构成，在许多环境中是很稳定的，并且一旦局部破坏还具有瞬间再修补的特性。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有金属
的耐腐蚀性都好。但是，钛中杂质的存在，显著影响钛的物理、化学性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙杂质，它们可以使钛晶格发生畸变，而影响钛的各种性能，钛板穿孔现象。
(6)FRP通常是由高强度的玻璃纤维增强纤维和树脂复合而成的兼具结构性和功能性的新型复合材料，玻璃纤维提供FRP的强度和刚性，树脂提供FRP的耐化学性和韧性。FRP材料具有质量轻、强度高、耐化学腐蚀、绝缘隔热、耐瞬时高温烧蚀、强度和形状可设计性强等优点。成型后的玻璃钢结构层抗拉强度与普通钢材相当，但其容重仅为钢材的1/4～1/5。应用FRP排烟筒可以取消保温层，适合燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱运行条件。
现将各种材料的防腐性、耐磨性、施工周期、使用寿命价格及优缺点进行了列表，详见表1。
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综合上述几种材料的特性，以某电厂烟囱双内筒，高度210m，排烟筒出口直径Ф7.0m为例，首先新建项目不考虑涂料，其次，如采用钛钢复合板、FRP、耐硫酸露点钢板+38mm厚泡沫玻璃砖的宾高德、国产泡沫玻璃砖，其优劣、造价对比情况详见表2。
从表2可以看出，几种材料各有优劣，但是根据工程实例，近几年不少电厂采用砌筑泡沫陶瓷砖排烟内筒方案，在防渗漏方面，虽出现问题不多但仍无法解决所有问题。耐硫酸露点钢板+泡沫玻璃砖方案反映贴的砖强度仅1.4MP左右，有几个烟囱出现泡沫玻璃被成片冲刷掉（九江和石洞口等电厂）或泡沫玻璃有脱落飞出的情况发生（山西兆光电厂）。钛钢复合板材料，虽然整体性能不错，但因投运时间不长，无法检验，而且也有反映出现局部腐蚀渗漏现象。而玻璃钢材料，整体防腐性能最佳，虽然在大直径烟囱的应用中较少，仅直径达7m的国内有2个项目在施工，但是其防腐性能和使用情况已经在化工、冶炼的烟囱上得到验证，最近十年大型火电厂烟塔合一广泛使用FRP，且国外火电厂大直径烟囱也大面积使用FRP，这都表明上述几种材料中，较为可靠应属FRP。
4 结语
混凝土贴砖排烟囱虽然造价较低，但是投产的烟囱已经出现问题，且检修维护后再出问题可能性较大。采用FRP排烟筒烟囱的工程造价比原设计的钛合金复合板内衬排烟筒便宜约20%；与采用耐硫酸露点钢加进口玻化陶瓷砖相当，而其防腐性能最佳、维护方便。外筒和基础均为钢筋混凝土结构，但当内筒为整体玻璃钢排烟筒时自重轻，地基处理为桩基时，FRP排烟筒的技术经济指标会更好一些。
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