煙囪內(nèi)壁玻璃鋼貼布防腐、煙囪遭受腐蝕的煙氣條件
煙氣對(duì)煙囪的腐蝕可分為氣態(tài)介質(zhì)腐蝕和液態(tài)介質(zhì)腐蝕兩種情況，我們需特別重視的是液態(tài)介質(zhì)腐蝕。煙囪產(chǎn)生液態(tài)介質(zhì)腐蝕的必要條件是：含有腐蝕性介質(zhì)的煙氣；具備煙氣結(jié)露條件。
上述工況的干煙氣對(duì)煙囪的腐蝕以氣態(tài)腐蝕為主，僅早期的單筒鋼筋混凝土煙囪存在一定的液態(tài)介質(zhì)腐蝕情況。早期電廠常采用單筒鋼筋混凝土煙囪這種***簡(jiǎn)單的煙囪型式。由于單筒煙囪混凝土內(nèi)壁處的溫度T2一般低于露點(diǎn)溫度，在正壓的作用下，有部分煙氣通過(guò)磚內(nèi)襯的縫隙到達(dá)混凝土內(nèi)壁處結(jié)露，對(duì)煙囪產(chǎn)生腐蝕。當(dāng)采用套筒式煙囪后，已能有效防止干煙氣對(duì)煙囪的腐蝕。而排放半濕煙氣和濕煙氣的煙囪則具有產(chǎn)生液態(tài)介質(zhì)腐蝕的可能。
2.3濕法脫硫工藝對(duì)煙氣的影響
在燃煤電廠中煙氣中的SOx、NOX是主要的空氣污染物，濕法脫硫后，煙氣中90%以上的SO2被有效除去，但是該脫硫工藝對(duì)煙氣中SO3脫除效率并不高（僅20%左右）。相關(guān)研究表明，經(jīng)濕法脫硫的煙氣中含有SO2，SO3，HCl和H2O等成分。煙氣的溫度和露點(diǎn)是***重要的結(jié)露條件。脫硫后的煙氣溫度一般為45～50℃，該煙氣或直接從煙囪排放，或通過(guò)GGH裝置加熱到80℃左右，再經(jīng)煙囪排放。脫硫后煙氣的露點(diǎn)與其H2SO4和水的含量有關(guān)，其中H2SO4對(duì)煙氣的露點(diǎn)影響很大。在一般情況下脫硫效率90%時(shí)酸性煙氣的露點(diǎn)為83.5～94.2℃，脫硫效率95%時(shí)酸性煙氣的露點(diǎn)約為76.5～87.4℃。
從以上數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)上述“濕煙囪”運(yùn)行工況，煙氣溫度遠(yuǎn)低于其露點(diǎn)溫度，因此濕煙氣在煙囪內(nèi)壁凝結(jié)成大量含硫酸的冷凝水順著內(nèi)壁向下流動(dòng)，形成動(dòng)態(tài)腐蝕。這種不斷流動(dòng)的酸液將煙囪內(nèi)筒表面腐蝕后形成的鹽類(lèi)不斷沖走，不會(huì)在表面形成屏蔽隔離作用的保護(hù)層，因此腐蝕速度不會(huì)隨時(shí)間變化而減緩，這種動(dòng)態(tài)腐蝕造成的危害比同條件下處于靜態(tài)的酸液要大得多。煙囪的環(huán)境特點(diǎn)也決定了煙氣結(jié)露酸液的強(qiáng)腐蝕性。首先，對(duì)煙囪而言，低濃度稀硫酸液比高濃度的酸液腐蝕性更強(qiáng)，其次，酸液的溫度在40-80℃時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性特別強(qiáng)，以鋼材為例，40-80℃時(shí)的腐蝕速度比在其它溫度時(shí)高出約3-8倍。所以該工況下煙囪內(nèi)壁腐蝕環(huán)境非常惡劣。
對(duì)于“半濕煙囪”運(yùn)行工況，煙氣溫度比露點(diǎn)略低或接近，此時(shí)結(jié)露較輕，但實(shí)驗(yàn)觀察到煙囪壁上仍有明顯的水膜存在。該水膜在不斷的蒸發(fā)與吸收中，煙氣中的酸成分逐漸累積，造成水膜內(nèi)酸濃度的升高，因此雖然此時(shí)煙氣溫度較高，但由于酸濃度的增加同樣對(duì)煙囪內(nèi)壁造成腐蝕。
3.電廠煙囪內(nèi)筒型式的選擇
對(duì)于濕法脫硫且無(wú)GGH裝置的電廠工程，應(yīng)特別重視煙囪內(nèi)筒防腐問(wèn)題。內(nèi)筒型式的選擇，必須充分考慮內(nèi)筒的耐腐蝕性能、使用壽命、檢修便利等技術(shù)指標(biāo)，也要考慮造價(jià)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。濕煙囪內(nèi)筒材料其材質(zhì)必須具有以下必要性能：良好的耐化學(xué)腐蝕性；必要的耐熱性及機(jī)械性能。
目前國(guó)內(nèi)經(jīng)常采用的內(nèi)筒方案有：1）鋼內(nèi)筒內(nèi)側(cè)襯Henkel防腐玻璃磚；2）鋼內(nèi)筒內(nèi)側(cè)襯防腐玻化磚；3）復(fù)合鈦板。上述方案均存在不足之處：方案1）效果較好，但是施工難度大，施工質(zhì)量控制要求很高，且材料主要靠進(jìn)口，施工周期也較長(zhǎng)；方案2）用國(guó)產(chǎn)材料代替了進(jìn)口材料，但從已實(shí)施的工程來(lái)看，效果并不是很好；方案3）造價(jià)高昂，同時(shí)內(nèi)筒體系也存在焊接接頭、膨脹節(jié)等薄弱部位，成為腐蝕發(fā)生的源頭。基于此，本文重點(diǎn)介紹整體玻璃鋼內(nèi)筒新型煙囪內(nèi)筒方案。
煙囪內(nèi)壁玻璃鋼貼布防腐
煙氣溫度對(duì)玻璃鋼造價(jià)和性能有很大影響，耐高溫要求越高，材料成本將會(huì)快速上漲。且隨著溫度的升高，玻璃鋼的耐腐蝕性能及使用壽命將會(huì)降低。本工程脫硫不設(shè)旁路且不上GGH，進(jìn)入煙囪的煙氣溫度在45℃左右，屬低溫?zé)焽?，采用玻璃鋼（FRP）作為煙囪內(nèi)筒材料非常適合。
整體玻璃鋼（FRP）煙囪在脫硫煙囪方面應(yīng)用是一個(gè)發(fā)展方向。玻璃鋼復(fù)合材料具有耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、輕質(zhì)、熱率導(dǎo)低、強(qiáng)度高、可承受高的熱應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn)，已成為燃煤電廠煙氣脫硫排煙冷卻塔煙道、噴淋管、除霧器、漿液管道等設(shè)備的***佳選材。
4.2國(guó)內(nèi)電廠煙囪采用玻璃鋼內(nèi)筒的可行性
電廠的脫硫濕煙囪采用玻璃鋼內(nèi)筒在國(guó)外已有較多實(shí)例，但國(guó)內(nèi)由于脫硫項(xiàng)目起步較晚，還沒(méi)有電廠玻璃鋼高煙囪（高度超過(guò)200m）投運(yùn)的實(shí)例，也沒(méi)有玻璃鋼煙囪相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)了解，國(guó)內(nèi)有幾個(gè)小型電廠采用了玻璃鋼煙囪方案，而在煙塔合一的電廠工程中，玻璃鋼用作排煙道的實(shí)例已有好幾個(gè)。擴(kuò)展到化工、鋼鐵等其他領(lǐng)域，玻璃鋼（FRP）應(yīng)用于洗滌塔、煙道、煙囪的時(shí)間已超過(guò)40年。玻璃鋼整體煙囪用做火電廠濕法脫硫后的套筒濕煙囪內(nèi)筒在技術(shù)上是可行性的。
1）玻璃鋼材料的不斷進(jìn)步。冶建總院早在1965年～1976年之間，在我國(guó)玻璃鋼技術(shù)剛剛起步時(shí)，所研制的玻璃鋼煙囪，就能夠在腐蝕性比現(xiàn)在的濕法脫硫后的煙氣的腐蝕性嚴(yán)重得多的環(huán)境中，安全使用達(dá)15年之久而未見(jiàn)損壞。在防腐蝕新材料不斷進(jìn)步的今天，*有能力做好排放濕煙氣用的玻璃鋼煙囪。
國(guó)內(nèi)某單位研制的玻璃鋼用樹(shù)脂，其*液態(tài)使用溫度可達(dá)140℃，短期可達(dá)180℃，耐腐蝕性能則為：可耐30～40%的苯、40～50%的硫酸與15～18%的氫氧化鈉在120～140℃的交替作用。從材料的防腐蝕性能來(lái)說(shuō)，用于濕法脫硫后的煙氣排放，其防腐蝕性能、耐溫性能擁有巨大的裕量空間。
在結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性方面，玻璃鋼材料與傳統(tǒng)上的金屬材料相比，擁有巨大的優(yōu)勢(shì)：玻璃鋼的比抗拉強(qiáng)度高于優(yōu)質(zhì)合金鋼，我們可以在其需要高強(qiáng)度的方向上，很方便地達(dá)到使用要求；玻璃鋼的弱點(diǎn)在于剛度不足，但是，我們可以利用其結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性，在剛度不足的部位或者方向上設(shè)計(jì)出加強(qiáng)筋、中空結(jié)構(gòu)、變形結(jié)構(gòu)等，來(lái)提高其整體剛度。例如，我國(guó)當(dāng)前航天飛行器的頭錐，均是采用碳纖維玻璃鋼材料制造，在火箭升空時(shí)超過(guò)7.8km/s的*速度飛行時(shí)，*可以抵擋空氣產(chǎn)生的超高氣壓而不產(chǎn)生破壞，可見(jiàn)我國(guó)當(dāng)前的玻璃鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)于濕法脫硫后的濕煙筒內(nèi)筒設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，無(wú)任何困難。
3）玻璃鋼制造技術(shù)方面的飛躍，為整體玻璃鋼套筒的制造提供了保障。早在近40年前，冶建總院的技術(shù)人員就可利用手糊法制造出40m高的無(wú)支撐玻璃鋼煙囪，并且安全使用11年而未見(jiàn)損壞。在近30年前，采用自制纏繞設(shè)備，生產(chǎn)出尺寸達(dá)Φ2500×102，000mm的整體玻璃鋼煙囪，安全使用15年之久未見(jiàn)損壞。當(dāng)前，我們?cè)诖笮突剞D(zhuǎn)體玻璃鋼構(gòu)件的制作方面，均采用電腦控制的自動(dòng)纏繞設(shè)備。
4）現(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)問(wèn)題。玻璃鋼的抗拉強(qiáng)度決定于玻璃纖維，制造成玻璃鋼后，沿纖維方向上的抗拉強(qiáng)度可達(dá)300MPa以上；玻璃鋼的抗壓強(qiáng)度決定于樹(shù)脂，樹(shù)脂固化后的抗壓強(qiáng)度一般在80MPa以上。根據(jù)以前的工程經(jīng)驗(yàn)，玻璃鋼煙囪的自支撐高度可達(dá)40m左右，而實(shí)際上，混凝土外筒的吊裝鋼平臺(tái)間距*可以小于40米，因此，無(wú)論采取懸掛法或者是下支法安裝玻璃鋼煙囪內(nèi)筒，在玻璃鋼煙囪的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度方面，均不存在問(wèn)題。
對(duì)于玻璃鋼煙囪的安裝就位問(wèn)題，我們一般是將玻璃鋼制造成為10m左右的長(zhǎng)度，采取普通鋼管內(nèi)筒的頂升或者提升方式，在將玻璃鋼煙囪升***裝高度后，用樹(shù)脂、玻璃纖維布帶以及配套的接頭，將兩根玻璃鋼管道連接起來(lái)，并通過(guò)混凝土外筒的鋼平臺(tái)加以固定，隨即進(jìn)行下一節(jié)玻璃鋼管的安裝施工。
5）玻璃鋼管道的特殊優(yōu)點(diǎn)——內(nèi)壁摩擦力極小，絕熱性能好。玻璃鋼管道由于采用特殊模具加工而成，使得玻璃鋼管道的內(nèi)壁極為光滑，表面粗糙率可低至0.008，其水流摩阻損失系數(shù)f為0.000915，較鋼管（f=0.00179）能顯著減少沿程的流體壓力損失，提高輸送能力20%以上，非常有利于高含氣的流動(dòng)、排放。此外，玻璃鋼材料的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼材的0.5%左右，可以節(jié)省保溫費(fèi)用。在原材料的防腐蝕性能、耐溫性能有著巨大性能裕量，設(shè)計(jì)技術(shù)*可滿(mǎn)足需要，加工制造技術(shù)用上電腦控制的今天，采用玻璃鋼做套筒濕煙囪內(nèi)筒，是*可行的。
玻璃鋼煙囪方案所存在的問(wèn)題主要在于國(guó)內(nèi)缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一系列計(jì)算方法和設(shè)計(jì)參數(shù)還需要研究。比如，玻璃鋼內(nèi)筒的熱、力學(xué)計(jì)算問(wèn)題，厚度如何確定，樹(shù)脂與纖維的組分比例，膨脹節(jié)的位置及間距，鋼平臺(tái)的支撐連接方式，細(xì)部節(jié)點(diǎn)做法等。這些問(wèn)題，都將隨著工程實(shí)踐的展開(kāi)逐步得到解決。
5.總結(jié)
公司對(duì)于濕法脫硫的電廠煙囪，采用玻璃鋼內(nèi)筒具有造價(jià)相對(duì)較低、防腐性能優(yōu)異、耐久性好的優(yōu)點(diǎn)，隨國(guó)內(nèi)工程實(shí)踐的逐步開(kāi)展，玻璃鋼煙囪在設(shè)計(jì)、制作等方面的問(wèn)題將逐步得到解決，這一新型的煙囪型式存在巨大的發(fā)展空間。
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