烟囱结构选型及防腐材料的选择

[摘要] 火电发电厂的烟囱在满足正常的生产运行的情况下，还必须需要具备一定的耐腐蚀的性能，在烟囱选型设计的过程中要对结构和材料进行选择，增加烟囱的使用寿命。

[关键词]烟囱结构；选型；防腐材料

中图分类号： P755.3文献标识码：A 文章编号：

一、前言

电厂的烟囱有特殊的要求，脱硫后的烟气有一定的腐蚀性，这就对烟囱提出了更高的要求，除了形状有要求外，还要进行特殊的防腐处理。烟囱的设计是在满足工艺正常运行、结构安全的基础上，对烟囱结构选型和耐腐蚀耐热内衬材料以及烟囱外形进行多方案优选论证。同时，充分借鉴国内外的先进设计思想，应用先进的设计手段和方法，采用新思维、新技术、新工艺，进行多方案优化比较，以达到满足生产运行、检修维护便利、缩短施工周期、节省工程量、控制工程造价，实现“更先进、更可靠、更经济”的设计目标，使业主以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。

二、火电厂湿法烟气脱硫系统后进行烟囱防腐的必要性

某些技术人员曾对湿法FGD系统后是否加装烟囱防腐措施存在认识上的差异。根据《火力发电厂土建结构设计技术规定》计算某电厂腐蚀性指数Kc可知：未投运FGD装置时，烟气为弱酸性；脱硫后，烟气应无腐蚀性。然而，模拟实验和实际工况下的挂片试验证实，脱硫后烟气的腐蚀性较脱硫前增加了。出现以上情况的原因是：脱硫前，烟气中各种酸性气体的含量很高，但烟气温度和烟囱内壁温度大于酸露点温度，使烟气不会在尾部烟道和烟囱内壁结露，因此很少或不会出现酸腐蚀问题；脱硫后，不论是否加装气气换热器（GGH），烟气温度均低于酸露点温度，虽然烟气中二氧化硫、三氧化硫含量降低，但这些酸性气体，尤其是三氧化硫将溶解于水中，形成酸性溶液，使得烟气在尾部烟道和烟囱内壁结露，造成对烟囱内壁的腐蚀。另外，在洗气过程中还经常会携带含氯化合物，氯离子遇到水蒸汽形成氯酸，更加重了腐蚀问题。由此可见，火电厂脱硫后烟气仍会对烟囱造成严重腐蚀，为保证电厂正常运行，对烟囱加装防腐措施尤为必要。

三、囱结构选型原则

烟囱结构选型原则要考虑安全运行、使用寿命、环境保护、技术经济等因素，针对结构设计还要考虑工艺条件、土建原始资料、施工技术、材料供应等。一般来说，合理地选择好烟囱结构型式，要考虑以下几个方面。

1、囱的重要性应把烟囱作为设备来看待，其寿命长短直接影响整个电厂的正常运行，烟囱与锅炉同寿命。

2、囱的功能烟囱作为设备直接参与发电机组的运行，提高机组效率也要借助烟囱的性能，确保排烟能更有效地散流。

3、脱硫技术方面应用、建设高大烟囱以利于烟气扩散、降低污染密度。

4、维修考虑部分锅炉停运行，烟囱检修维护方便，应建设多管集束式烟囱。

5、造价选择烟囱结构形式，要综合考虑工艺条件，环保要求及防腐材料等。通常，单筒钢筋混凝土烟囱造价最低。土建结构专业还要考虑诸如风荷载的大小、地震设防烈度、地基条件等，这些对烟囱结构型式的选择都有重要的影响。特别是地基条件，对烟囱基础方案的选择是决定性的条件。随着大机组，大容量电厂的出现，人类对环境要求的提高，近几十年来各国都在不断探索电厂高烟囱的合理结构型式.

四、烟囱类型

1、结构类型

烟囱常采用的结构形式多为单筒式、套筒式、多管式等。因烟气的腐蚀程度不同，烟囱的结构选型也有所区别。钢筋混凝土单筒式烟囱是湿法脱硫工艺推广前，燃煤电厂普遍采用的一种烟囱形式，构造简单，施工方便，造价较低。烟囱的砖砌内衬密闭性差，易产生裂缝，增设湿法脱硫系统后，潮湿烟气在内壁形成酸露，沿着缝隙向钢筋混凝土筒壁进行渗透腐蚀， 很难被发现和检测，对烟囱的安全运行是危险的隐患。对于强腐蚀性烟气，烟囱宜采用多管式或套筒式结构型式，运用主动防腐设计理念，将承重的钢筋混凝土外筒和排烟内筒分开，承重外筒不直接承受烟气的高温和腐蚀作用，且维修方便、可靠性高，是目前燃煤电厂在脱硫工艺推广后采用的烟囱结构型式。

2、筒的类型

排烟内筒可分为砖套筒和钢套筒，以及玻璃钢套筒。其中玻璃钢套筒，投资较高，对高温敏感，不适用于脱硫系统停开时“干烟囱”的运行工况。砖套筒由耐酸胶泥及耐火砖或耐酸砖等砌筑而成，与外筒隔开并保持足够的空间。造价低是砖套筒优势所在，但它整体性差，砌筑缝多。温度、湿度、施工质量等因素易导致墙体开裂，泄漏烟气，存在腐蚀混凝土外筒的隐患。砖套筒依靠外筒对其分段支撑，导致外筒的结构形式和受力复杂，构件尺寸及自重增大，对烟囱筒体和地基承载能力有较高要求。钢套筒上、下口直径相同，直立于烟囱基础底板基础上，每隔 35m 左右，设侧向支撑与钢筋混凝土外壁相连，作为钢套筒的侧向支撑点和止晃点。其主要优点是抗渗密闭性好、整体性强、自重轻、施工简便、施工周期相对较短、内表面平直（烟气阻力小），但耐腐蚀性较差，需对钢套筒的内壁进行防腐蚀处理。

五、防腐措施

选择防腐措施时，应全面考虑烟囱的运行工况，即脱硫系统运行或停用，短时锅炉事故等多种工况。工况之间的转变使得筒内环境在干燥 - 潮湿状况下交替变化，对防腐材料性能的提出很高要求。这与烟囱单工况运行时选择防腐措施有很大区别。根据国内外火力发电厂常用的烟囱结构型式以及防腐特点来看，钢套筒的防腐措施主要有以下几种方案。

1、腐内衬，在化学与温度的环境变化下，或暴露于高温浓缩酸和脱硫系统酸冷液环境中，具有耐酸腐蚀、绝热、耐高温、低热膨胀系数等优点，结构安全性高，运行期间维护费用低。其中，Henkel 防腐玻璃砖，品质好，但造价高，国内也有多个发泡玻璃砖的品种，价格相对较低，但产品质量良莠不齐，应严格筛选品种。

2、金属合金薄板（钛板）钛及钛合金强度高，钝化能力强，耐腐蚀性能好。采用爆炸复合、爆炸-轧制复合直接轧制等工艺加工，将钛及钛合金与钢板结合成钛-钢复合板能抵御多种腐蚀介质的侵蚀，耐久性很好，但焊接技术要求高，工程造价高。

3、喷涂 高性能耐热耐酸涂料通过在钢套筒内表面喷涂高性能耐热耐酸涂料，形成一个连续、完整的高温防腐层，以保护钢套筒。该方案是结合有关科研院所和生产厂家的新成果、新材料而形成的。常用的防腐涂料有 VEGE 鳞片复合材料（玻璃鳞片），MC烟囱防腐涂料，GFT-1 高性能防腐蚀涂料等，均具有耐酸、耐高温、抗渗、柔韧、耐久等特点。但该类防腐涂料若长期处于壁面浸泡状态，难以避免起皮或脱落，在薄弱环节易发生腐蚀。

4、筒内喷涂耐酸混凝土

钢套筒内壁焊上短锚筋，挂上钢丝网，然后喷涂50mm～70mm 厚耐热耐酸混凝土，混凝土表面加抹一层乙烯基脂玻璃鳞片树脂。这样的防腐处理增加了钢筒的壁厚，且施工工艺复杂，材料损耗率很高。烟气温度过高，防腐层易产生细小裂缝，若烟气回到低温潮湿状态，冷凝的酸液易通过裂缝，渗透到钢套筒内壁，产生腐蚀。

六、方案技术经济比较

单筒钢筋混凝土烟囱方案投资在各方案中最低。从采用BSJ-Y1整体浇筑式内筒烟囱的广西合山电厂、黑龙江鸡西电厂现场调查发现， BSJ-Y1内衬浇筑料本身存在较大的收缩和徐变。尽管在内衬的内表面沿环向和竖向，每隔约1 m距离应设置一条温度伸缩缝，以减少温度应力，但在2电厂施工现场还发现内衬有几处较大的水平缝。对于这样重要的电厂在湿法脱硫烟囱的运行条件下，单筒钢筋混凝土烟囱方案不是最合适的。多管式钢内筒烟囱是目前国际上通用的一种电厂烟囱型式，国外于上个世纪60年代就开始采用。它的主要优点是:结构自重轻，气密性好，烟气流速稳定，烟气扩散效果好，便于维护检修，结构温度应力小，可避免钢筋混凝土外筒出现裂缝和腐蚀，提高电厂烟囱的整体耐久性能。多管式钢内筒烟囱的结构形式是脱硫后电厂烟囱首选方案。

七、结束语

烟囱的形状和结构对烟囱的使用候命有直接的影响，在烟囱设计的阶段要根据实际情况对烟囱的内衬进行防腐蚀处理，增加烟囱的使用时间，减少对烟囱本体的腐蚀性。

参考文献：

[1]李海 影响湿式石灰石烟气脱硫系统脱硫效率的因素分析[J] 电力环境保护 2010

[2]冯云岗 烟气脱硫改造后烟囱防腐的探讨[J] 上海电力 2012

[3]杨杰 湿法烟气脱硫烟囱防腐技术探讨[J] 电力环境保护 2010