火力發(fā)電廠混凝土單筒式煙囪的改造

1 前言
濕法脫硫工藝對(duì)煙氣中的SO2脫除效率很高，使大氣環(huán)境得到改善，但對(duì)煙氣中造成腐蝕的主要成分SO3脫除效率并不高，只有20%～30%左右，脫硫處理后的煙氣一般還含有氟化氫和氯化物等，它們是腐蝕強(qiáng)度高、滲透性強(qiáng)的稀酸型物質(zhì)。由于目前脫硫系統(tǒng)一般不設(shè)GGH，采用濕法脫硫后外排煙氣溫度約40～55℃，低于硫化物露點(diǎn)。低溫、高濕煙氣腐蝕性強(qiáng)，含有腐蝕性介質(zhì)的高濕煙氣在煙氣壓力和濕度的雙重作用下，煙囪內(nèi)側(cè)材料腐蝕、滲漏的速度迅速提高。

因此，脫硫升級(jí)后的混凝土單筒式煙囪，在無(wú)可靠防腐措施下無(wú)法滿足強(qiáng)腐蝕濕煙氣運(yùn)行情況。為保障煙囪長(zhǎng)期安全可靠地運(yùn)行，必須對(duì)煙囪進(jìn)行全面、徹底的防腐改造。

2 國(guó)內(nèi)混凝土單筒式煙囪脫硫防腐治理改造的現(xiàn)狀
自2003年以來(lái)，國(guó)內(nèi)在役單筒式老煙囪脫硫防腐治理改造經(jīng)歷了多種不同防腐材料和不同結(jié)構(gòu)方案的嘗試。從實(shí)施后的成效看，失效的案例遠(yuǎn)多于適合的比例，多數(shù)老煙囪需要再次進(jìn)行脫硫防腐治理改造，有的已實(shí)施了多次。因此，對(duì)在役單筒式老煙囪脫硫防腐治理改造方案的選擇應(yīng)謹(jǐn)慎，應(yīng)優(yōu)先選取業(yè)績(jī)多、使用狀況優(yōu)良和成熟可靠的方案，以確保脫硫防腐治理改造后的老煙囪能夠長(zhǎng)期安全和可靠地運(yùn)行。

3 混凝土單筒式煙囪脫硫防腐治理改造的方案
國(guó)內(nèi)混凝土單筒式煙囪改造方案種類(lèi)較多，其方案及特點(diǎn)主要可歸納為如下幾種：

3.1 鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒
鈦的耐腐蝕性是由于鈦的表面容易生成穩(wěn)定的鈍化膜，該鈍化膜由幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米的極薄的氧化薄膜構(gòu)成，在許多環(huán)境中是很穩(wěn)定的，并且一旦局部破壞在強(qiáng)氧化條件下，還具有瞬間再修補(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)有的不銹鋼和其它有色金屬的耐腐蝕性都好。

鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒由厚度為10～20毫米的鈦鋼復(fù)合板卷成弧形后焊接而成。鋼內(nèi)筒外面沿高度每6米左右間隔設(shè)置一個(gè)剛性環(huán)（T型鋼或加勁角鋼）。在檢修平臺(tái)和吊裝平臺(tái)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。鋼排煙內(nèi)筒外側(cè)設(shè)置厚度100mm保溫層，煙囪頂部平臺(tái)以上部位的鋼內(nèi)筒保溫層外須用不銹鋼板包裹。鈦板與碳鋼不宜直接焊接，因其相融形成的金屬是不耐腐蝕的，鋼內(nèi)筒鈦板可采用現(xiàn)場(chǎng)掛貼或爆炸復(fù)合兩種方式。因掛貼工藝可能會(huì)導(dǎo)致鈦板發(fā)生“呼吸”現(xiàn)象，以至疲勞破壞，一般采用爆炸復(fù)合工藝。

3.2 整筒式玻璃鋼（FRP）內(nèi)筒
FRP (Fiberglass Reinforced Plastics）即玻璃纖維增強(qiáng)塑料，俗稱(chēng)玻璃鋼。通常是由高強(qiáng)度的玻璃纖維增強(qiáng)纖維和樹(shù)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(shù)脂提供FRP的耐化學(xué)性和韌性。

玻璃鋼復(fù)合材料（FRP）已成為燃煤電廠煙氣脫硫排煙冷卻塔煙道、噴淋管、除霧器、漿液管道、濕式除塵器等設(shè)備的較佳選材。整筒式FRP煙筒是現(xiàn)場(chǎng)工廠化制作成筒節(jié)，進(jìn)入煙囪外筒后組裝成整筒，并且煙囪外筒的開(kāi)口要足以進(jìn)入玻璃鋼筒節(jié)，使之變?yōu)樘淄睩RP煙囪。使用該工藝工期需要2～3個(gè)月。

3.3 賓高德內(nèi)襯系統(tǒng)
賓高德內(nèi)襯系統(tǒng)包含賓高德膠黏劑、賓高德磚、專(zhuān)用底漆。賓高德底漆用于處理煙囪內(nèi)壁，不同基底用不同的底漆。賓高德膠粘劑具有高抗酸性，長(zhǎng)期保持糅韌性，用于保護(hù)基底，是防腐層。賓高德磚塊保護(hù)膠粘劑，是隔熱層。其中賓高德磚是一種具有堅(jiān)硬致密結(jié)構(gòu)的玻璃磚，作為一種無(wú)機(jī)玻璃，它具有非常優(yōu)越的抗酸、抗溶劑、抗弱堿能力。該玻璃磚的每一個(gè)小孔都是一個(gè)完全氣密的空間因此它對(duì)水、水蒸氣、酸、酸氣都具有完全的密閉性。同時(shí)，它還是一種堅(jiān)硬但輕質(zhì)的材料（密度約160kg/m3），導(dǎo)熱性極低。使用溫度高，不燃。

賓高德內(nèi)襯系統(tǒng)具有獨(dú)特的質(zhì)量監(jiān)理和工藝控制體系。施工過(guò)程中有專(zhuān)職質(zhì)量監(jiān)控人員（外籍監(jiān)理與代理方監(jiān)理聯(lián)合監(jiān)理），設(shè)置全景視頻監(jiān)控系統(tǒng)并保留視頻資料以備進(jìn)行質(zhì)量追溯。

3.4 其他工藝
除上述三種濕煙囪防腐工藝外，其他工藝導(dǎo)致煙囪（煙道）防腐受到損壞的案例較多，若需采用涂料類(lèi)等其他防腐方案需專(zhuān)題調(diào)研和設(shè)計(jì)論證。

4 混凝土單筒式煙囪脫硫防腐治理改造方案的選擇
4.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50051-2013）第11.2.4條要求：排放濕煙氣的煙囪結(jié)構(gòu)型式選擇規(guī)定中應(yīng)采用套筒式或多管式煙囪的要求。根據(jù)下表的要求，選用套筒式煙囪改造方案（鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒、整筒式玻璃鋼（FRP）內(nèi)筒）是規(guī)范明確建議采用的方案。

2015年6月，《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)管理組對(duì)煙囪防腐蝕開(kāi)展了專(zhuān)題研討會(huì)，并形成了會(huì)議紀(jì)要，作為《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》下一步修訂提供有關(guān)依據(jù)。

因此，采用混凝土煙囪內(nèi)壁直接貼襯賓高德內(nèi)襯系統(tǒng)是國(guó)家推薦的方案。

4.2 集團(tuán)的要求
根據(jù)神華集團(tuán)文件“關(guān)于印發(fā)《神華集團(tuán)公司燃煤機(jī)組脫硫煙囪防腐技術(shù)報(bào)告》的通知”：?jiǎn)瓮玻ê植看u套筒）煙囪防腐改造方案建議優(yōu)先采用鈦-鋼復(fù)合板鋼套筒煙囪，當(dāng)采用鈦-鋼復(fù)合板鋼套排煙流速過(guò)高時(shí)，可采用賓高德防腐內(nèi)襯。

4.3 煙氣流速對(duì)方案選擇的影響
單筒式煙囪改造為帶內(nèi)筒的煙囪后，由于煙氣通流面積減小，引起煙囪內(nèi)煙氣流速增加，會(huì)導(dǎo)致煙氣在煙囪中流動(dòng)阻力增加，鍋爐原有引風(fēng)機(jī)做功增加，嚴(yán)重時(shí)可能引起鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下應(yīng)風(fēng)機(jī)出力不足。因此，單筒式煙囪改造為帶內(nèi)筒的煙囪，需核算原有風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是否匹配，否則需要考慮配套改造引風(fēng)系統(tǒng)。

同時(shí)，改造后煙囪流道變小，煙氣流速上升，如煙氣流速超過(guò)一定范圍，會(huì)造成煙氣帶液嚴(yán)重，并形成“煙囪雨”。《濕煙囪設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（2012版）認(rèn)為煙囪帶水的臨界流速在21.3～27.4m/s，當(dāng)煙囪內(nèi)流速高于27.4m/s時(shí)，煙囪液滴夾帶將大大增加。按照美國(guó)最新版《濕煙囪設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（2012版）推薦的流速值，鈦鋼復(fù)合板煙囪的煙氣流速上限為16.8m/s，進(jìn)口泡沫玻璃磚膠內(nèi)襯防腐體系（含賓高德內(nèi)襯系統(tǒng)）的煙氣流速上限為18.3m/s。

4.4 技術(shù)選擇
依據(jù)上述三種方案（鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒、整筒式玻璃鋼（FRP）煙囪內(nèi)筒、賓高德內(nèi)襯系統(tǒng)）的特點(diǎn)介紹，整筒式玻璃鋼（FRP）煙囪內(nèi)筒由于存在煙氣溫度高時(shí)著火的可能，以及施工要求高的缺點(diǎn)，在混凝土單筒煙囪改造時(shí)一般不予推薦。鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒和賓高德內(nèi)襯系統(tǒng)作為混凝土單筒煙囪改造的兩種可選方案，在規(guī)范符合性、可行性、防腐耐久性等方面均符合要求。

5 結(jié)束語(yǔ)
火力發(fā)電廠混凝土單筒式煙囪在脫硫系統(tǒng)改造為濕法脫硫后，必須配套或盡快改造鍋爐煙囪，避免引起煙囪腐蝕和由此帶來(lái)的安全隱患。煙囪改造的方案選擇，需首先考慮安全性及煙囪內(nèi)煙氣流速、煙囪結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)能否滿足需求，并在此基礎(chǔ)上，綜合考慮慮工程造價(jià)、施工工期、使用壽命等方面，由此選擇出最佳方案。