某百万机组电厂烟囱防腐方案分析

摘要：本文介绍了火力发电厂1000MW机组的烟囱结构形式，阐述了烟气采用湿法脱硫、不设烟气加热装置，低温湿烟气使用环境对烟囱防腐方案选择的影响，对几种排烟筒材料进行分析，推荐本工程烟囱采用玻璃钢内筒防腐方案。

关键词：烟囱；湿法脱硫；防腐

中图分类号：TU233文献标识码： A

1工程概述

本工程建设2×1000MW超超临界燃煤发电机组，同步建设安装烟气脱硫脱硝装置。

根据工艺和环保要求，本工程烟气采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，不设置烟气加热系统，两台锅炉共用一座烟囱，烟囱高度240m，每台锅炉对应一个排烟筒，内径8.4m。

2烟囱结构形式

烟囱是火电站的重要构筑物，其安全等级为一级。烟囱安全运行的必要条件是承重的钢筋混凝土外筒不被烟气腐蚀，排烟内筒在运行期间尽可能的抵抗烟气腐蚀，确保烟囱的安全使用。

根据国内外烟囱设计标准，采用湿法脱硫装置排放强腐蚀烟气的烟囱，应采用套筒或双（多）管式烟囱，对1000MW级的燃煤发电机组，排烟筒宜按“一炉配一管”的原则配置。根据以上原则及本工程特点，选择维护检修条件好的双管式烟囱更为安全可靠。每台锅炉对应独立的排烟管，烟气运行互不影响易于满足环保要求，且方便检修维护。本工程考虑采用每台锅炉设置一个排烟筒的双管式套筒烟囱。

3 烟囱防腐方案

湿法脱硫后湿烟气的强腐蚀环境对排烟筒材料具有较高的技术要求，根据国内外多年设计经验及考察成果，目前可用于“湿烟囱” 运行环境相对可靠的内筒防腐方案主要有三类：FRP玻璃钢材料、复合钛钢板材料和宾高德内衬系统。

3.1 玻璃钢内筒

FRP即玻璃纤维增强塑料，俗称玻璃钢。通常是由高强度的玻璃纤维增强纤维和树脂复合而成，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。

玻璃钢由有机的耐高温树脂和纤维组成，具有很好的耐腐蚀性。烟气温度对玻璃钢造价和性能均有很大影响，耐高温要求越高，材料成本也高。且随着温度的升高，其耐腐蚀及使用寿命将会降低。

整体玻璃钢烟囱在脱硫烟囱方面应用是一个发展方向。玻璃钢复合材料具有耐化学腐蚀性强、使用寿命长、轻质、热导率低、强度高、可承受的热应力高等优点，已成为燃煤电厂烟气脱硫排烟冷却塔烟道、喷淋管、浆液管道、烟道等设备的最佳选材。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，特别适合燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱运行条件。

美国FRP烟囱在电力行业的应用始于FGD开始应用的20世纪70年代。截止到2008年年初，在美国火电行业新建的脱硫烟囱中，大约80%以上采用耐腐蚀FRP材料作为混凝土烟囱的防腐蚀内筒。 有关资料统计资料表明 FRP烟囱在欧洲、日本也有大量应用。国外经多年的研究和工程应用，已经形成了FRP烟囱或管道结构设计、制造和施工方面的标准，如美国的ASTM D 5364、ASME RTP-1和英国的BS4994等。

玻璃钢作为一种可设计的各向异性材料，其加工制造的质量对其力学性能有很大影响。本工程为1000MW等级的大容量机组，其排烟筒的质量控制是非常重要的环节，若采用玻璃钢内筒，建议采用优质的原材料，同时引进美欧等有成熟施工技术和丰富经验的专业公司进行制造，确保重要结构的安全性、适用性和耐久性需要。

3.2 复合钛钢板内筒

钢内筒由厚度为10～20毫米的钛复合钢板卷成弧形后焊接而成。钢内筒外侧沿高度每6米左右间隔设置一个刚性环(Ｔ型钢或加劲角钢)。在检修平台和吊装平台标高处设有钢内筒稳定装置，以保证钢内筒的横向整体稳定。钢排烟内筒外侧设置厚度100mm保温层 。

钛是一种很好的耐腐蚀材料。 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， 但氧化膜被破坏后，若不存在修复的环境介质，钛的腐蚀速度将非常快。

钛及钛合金在某些情况下也会受到腐蚀。不含杂质的纯硫酸，小于50％的硫酸，小于20％的氟硼酸，小于10％氟硅酸，极低浓度的氢氟酸，氢溴酸都对钛及钛合金有腐蚀。脱硫以后，其腐蚀速率因情况复杂，对其腐蚀机理和年腐蚀率目前尚缺乏详细的数据。

根据目前的调研资料，复合钛板钢内筒烟囱防腐内衬总体使用情况良好。部分工程有轻微腐蚀痕迹，局部有钛板表面氧化膜破损表现。复合钛板搭接接头焊缝缺陷，局部冷凝水反渗现象，是施工质量的常见问题，在每个排烟筒均有，但目前暴露出的部位不是很多，须定期检查维护，目前，对机组的安全运行目前未造成影响。复合钛板贴条背面是空的，当焊缝缺陷，冷凝水渗入量大的话，腐蚀影响区域可能比较大，此问题应引起施工的重视。

3.3 宾高德防腐内衬系统

钢内筒内侧设38mm～50mm轻质防腐砖，不但能抗酸、耐碱，同时具有容重低、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。防腐砖由专用的粘合材料直接粘贴于钢内筒内表面，并且由于粘合材料对防腐砖间的填缝，阻断了烟气对烟囱结构的腐蚀。由于轻质防腐砖的优越保温性能，钢排烟筒外侧不设保温层。由于防腐砖之间的缝隙由韧性的粘合材料填充，钢内筒内侧内衬对温度变化的适应能力较强，能适应脱硫工况交替变化运行而引起的温度变化。

美国宾高德公司开发采用防腐发泡耐酸玻璃砖作为烟囱内筒内侧的保温防腐材料用于脱硫电厂，国外脱硫系统烟道、烟囱有较多应用。

玻璃砖由粘合材料直接粘贴于钢排烟内筒内表面，并由粘合材料对玻璃砖间的缝隙勾缝。粘结料的防腐、耐久性是关键，它的老化、开裂都将直接影响到整体内衬系统的防腐性能。美国宾高德公司从1979年开始，已将发泡玻璃砖应用于烟囱内衬，至今已有30多年的应用经验，未发生腐蚀等问题。

防腐发泡玻璃砖的强度较金属要低得多，但其强度必须能耐烟气冲击。钢内筒内衬轻质防腐砖的正确施工，应保证砖缝及底背部胶的密实，缺陷部位可导致胶逢冷凝液渗漏而腐蚀钢内筒及导致轻质防腐砖脱落。

俗话说“三分材料七分施工”，施工的好坏直接影响防腐工程的使用寿命。钢内筒内衬宾高德防腐玻璃砖方案具有施工较复杂，工期长，施工质量要求高等不足之处，方案选择时需考虑这些因素。

3.4防腐方案经济比较

通过分析本工程烟囱防腐工程量，结合目前材料价格，三种烟囱防腐方案单个内筒的造价：玻璃钢内筒（1400万元）；钛钢复合板内筒（1800万元）；宾高德防腐内衬（1450万元）。

4 结论

方案一玻璃钢内筒，价格适中，防腐性能优，免维护期长，施工难度大，需要专业施工队伍施工。该材料国内相关的施工规范正在制订，国外有相关规范和标准，在施工时需参照国外标准。

方案二钛钢复合板内筒，价格最高，防腐性能较优，运行性能优，施工难度较大，焊接点较难控制质量，易成为渗漏点，有个别电厂出现了因焊接问题而造成钛钢复合板内筒局部腐蚀穿孔。对于复合钛板应建立一套完整的质量检测手段，包括钛材成分及复合钛板中钛复合层的厚度及均匀程度的检测。

方案三宾高德防腐内衬系统，价格适中，防腐性能较优。但块体材料的现场粘贴对现场施工顺序、施工工艺、质量监管有较高的要求，尤其是水平烟道与烟囱交汇处的局部范围以及烟气冲刷较为严重的区域，需要对施工质量进行重点监督。

综合考虑排烟内筒的整体性及国外烟囱的发展趋势，本工程推荐采用玻璃钢内筒方案。