1. 概述
电厂水泥烟囱内壁防腐公司工程施工的现实意义在于,烟气对烟囱的液态腐蚀是烟囱遭腐蚀的主要原因.国内电厂普遍采用石灰石洗涤法(俗称湿法)脱硫,采用该脱硫工艺的电厂普遍存在烟囱受腐蚀的情况.本文首先探讨烟囱的腐蚀机理,进而介绍一种性价比高,耐腐蚀性能优良的新型烟囱——玻璃钢烟囱,目前这类烟囱是电厂烟囱内壁玻璃钢防腐工程施工蚀的明智选择.
2.电厂烟囱腐蚀的机理
2.1烟囱内壁防腐公司的运行工况
性.首先,对烟囱而言,低浓度稀硫酸液比高浓度的酸液腐蚀目前,我国电厂烟囱主要有以下三种运行工况:
1)排放未经脱硫的烟气.进入烟囱的烟气温度在120℃～130℃左右,烟囱内壁处于干燥状态,烟气对烟囱内壁材料仅产生相当轻微的气态腐蚀.目前,随着国家环保新政的出台,该种运行工况已基本不允许.我们称此这种工况的烟气为"干烟气",排放"干烟气"的烟囱为"干烟囱".
2)排放经湿法脱硫处理的烟气,烟气经GGH系统加热.进入烟囱的烟气温度在70℃～80℃左右,烟囱内壁有轻微结露.根据排放烟气成分、机组的负荷情况、脱硫系统GGH性能等条件的不同,结露状况将有所变化.我们称此这种工况的烟气为"半湿烟气",排放"半湿烟气"的烟囱为"半湿烟囱".
3)排放经湿法脱硫处理的烟气,无GGH系统.进入烟囱的烟气温度在45℃左右,烟囱内壁有严重结露,沿筒壁有结露液流淌.我们称此这种工况的烟气为"湿烟气",排放"湿烟气"的烟囱为"湿烟囱".
2.2烟囱遭受腐蚀的烟气条件
烟气对烟囱的腐蚀可分为气态介质腐蚀和液态介质腐蚀两种情况,我们需特别重视的是液态介质腐蚀.烟囱产生液态介质腐蚀的必要条件是:含有腐蚀性介质的烟气;具备烟气结露条件.
上述*种工况的干烟气对烟囱的腐蚀以气态腐蚀为主,仅早期的单筒钢筋混凝土烟囱存在一定的液态介质腐蚀情况.早期电厂常采用单筒钢筋混凝土烟囱这种***简单的烟囱型式.由于单筒烟囱混凝土内壁处的温度T2一般低于-温度,在正压的作用下,有部分烟气通过砖内衬的缝隙到达混凝土内壁处结露,对烟囱产生腐蚀.当采用套筒式烟囱后,已能有效防止干烟气对烟囱的腐蚀.而排放半湿烟气和湿烟气的烟囱则具有产生液态介质腐蚀的可能.
2.3湿法脱硫工艺对烟气的影响
在燃煤电厂中烟气中的SOx、NOX是主要的空气污染物,湿法脱硫后,烟气中90%以上的SO2被有效除去,但是该脱硫工艺对烟气中SO3脱除效率并不高(仅20%左右).相关研究表明,经湿法脱硫的烟气中含有SO2,SO3,HCl和H2O等成分.烟气的温度和-是***重要的结露条件.脱硫后的烟气温度一般为45～50℃,该烟气或直接从烟囱排放,或通过GGH装置加热到80℃左右,再经烟囱排放.脱硫后烟气的-与其H2SO4和水的含量有关,其中H2SO4对烟气的-影响很大.在一般情况下脱硫效率90%时酸性烟气的-为83.5～94.2℃,脱硫效率95%时酸性烟气的-约为76.5～87.4℃.
从以上数据可以看出,对上述"湿烟囱"运行工况,烟气温度远低于其-温度,因此湿烟气在烟囱内壁凝结成大量含硫酸的冷凝水顺着内壁向下流动,形成动态腐蚀.这种不断流动的酸液将烟囱内筒表面腐蚀后形成的盐类不断冲走,不会在表面形成屏蔽隔离作用的保护层,因此腐蚀速度不会随时间变化而减缓,这种动态腐蚀造成的危害比同条件下处于静态的酸液要大得多.烟囱的环境特点也决定了烟气结露酸液的强腐蚀性.首先,对烟囱而言,低浓度稀硫酸液比高浓度的酸液腐蚀性更强,其次,酸液的温度在40-80℃时,对结构材料的腐蚀性特别强,以钢材为例,40-80℃时的腐蚀速度比在其它温度时高出约3-8倍.所以该工况下烟囱内壁腐蚀环境非常恶劣.
对于"半湿烟囱"运行工况,烟气温度比-略低或接近,此时结露较轻,但实验观察到烟囱壁上仍有明显的水膜存在.该水膜在不断的蒸发与吸收中,烟气中的酸成分逐渐累积,造成水膜内酸浓度的升高,因此虽然此时烟气温度较高,但由于酸浓度的增加同样对烟囱内壁造成腐蚀.
3.电厂水泥烟囱内筒型式的选择
对于湿法脱硫且无GGH装置的电厂工程,应特别重视烟囱内筒防腐问题.内筒型式的选择,必须充分考虑内筒的耐腐蚀性能、使用寿命、检修便利等技术指标,也要考虑造价等经济指标.湿烟囱内筒材料其材质必须具有以下必要性能:良好的耐化学腐蚀性;必要的耐热性及机械性能.
目前国内经常采用的内筒方案有:1)钢内筒内侧衬Henkel防腐玻璃砖;2)钢内筒内侧衬防腐玻化砖;3)复合钛板.上述方案均存在不足之处:方案1)效果较好,但是施工难度大,施工质量控制要求很高,且材料主要靠进口,施工周期也较长;方案2)用国产材料代替了进口材料,但从已实施的工程来看,效果并不是很好;方案3)造价高昂,同时内筒体系也存在焊接接头、膨胀节等薄弱部位,成为腐蚀发生的源头.基于此,本文重点介绍整体玻璃钢内筒新型烟囱内筒方案.
4.玻璃钢烟囱内筒
4.1玻璃钢内筒的特点烟囱内壁玻璃钢防腐工程施工
玻璃钢(FRP)由有机的耐高温树脂和纤维组成,具有很好的耐腐蚀性.根据《工业建筑防腐蚀设计规范》所列材料防腐蚀性能表,树脂类材料具有较好的耐多种化学介质腐蚀能力.从机械性能看,玻璃钢是各向异性的材料,其环向弹性模量6,900～22,000MPa,轴向弹性强度设计值约6.9MPa.
烟气温度对玻璃钢造价和性能有很大影响,耐高温要求越高,材料成本将会快速上涨.且随着温度的升高,玻璃钢的耐腐蚀性能及使用寿命将会降低.本工程脱硫不设旁路且不上GGH,进入烟囱的烟气温度在45℃左右,属低温烟囱,采用玻璃钢(FRP)作为烟囱内筒材料非常适合.
整体玻璃钢(FRP)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、热率导低、强度高、可承受高的热应力等优点,已成为燃煤电厂烟气脱硫排烟冷却塔烟道、喷淋管、除雾器、浆液管道等设备的***佳选材.
4.2国内电厂烟囱采用玻璃钢内筒的可行性
电厂的脱硫湿烟囱采用玻璃钢内筒在国外已有较多实例,但国内由于脱硫项目起步较晚,还没有电厂玻璃钢高烟囱(高度超过200m)投运的实例,也没有玻璃钢烟囱相关的技术标准,据了解,国内有几个小型电厂采用了玻璃钢烟囱方案,而在烟塔合一的电厂工程中,玻璃钢用作排烟道的实例已有好几个.扩展到化工、钢铁等-领域,玻璃钢(FRP)应用于洗涤塔、烟道、烟囱的时间已超过40年.玻璃钢整体烟囱用做火电厂湿法脱硫后的套筒湿烟囱内筒在技术上是可行性的.
1)玻璃钢材料的不断进步.冶建总院早在1965年～1976年之间,在我国玻璃钢技术刚刚起步时,所研制的玻璃钢烟囱,就能够在腐蚀性比现在的湿法脱硫后的烟气的腐蚀性严重得多的环境中,安全使用达15年之久而未见损坏.在防腐蚀新材料不断进步的今天,完全有能力做好排放湿烟气用的玻璃钢烟囱.
国内某单位研制的玻璃钢用树脂,其长期液态使用温度可达140℃,短期可达180℃,耐腐蚀性能则为:可耐30～40%的苯、40～50%的硫酸与15～18%的氢氧化钠在120～140℃的交替作用.从材料的防腐蚀性能来说,用于湿法脱硫后的烟气排放,其防腐蚀性能、耐温性能拥有巨大的裕量空间.
2)玻璃钢结构设计技术的不断完善.玻璃钢作为一种在力学性能上的各向异性材料,在其出现初期,对它的各方面的特性还认识不足,在结构设计上要么留下了过大的裕量,造成浪费;要么刚度不足,导致各种问题.但是,该材料经过近50年的不断研究、探索,对其力学性能已基本掌握,各类玻璃钢材料的结构设计、加工工艺设计,已不存在问题.
在结构可设计性方面,玻璃钢材料与传统上的金属材料相比,拥有巨大的优势:玻璃钢的比抗拉强度高于优质合金钢,我们可以在其需要高强度的方向上,很方便地达到使用要求;玻璃钢的弱点在于刚度不足,但是,我们可以利用其结构可设计性,在刚度不足的部位或者方向上设计出加强筋、中空结构、变形结构等,来提高其整体刚度.例如,我国当前航天飞行器的头锥,均是采用碳纤维玻璃钢材料制造,在火箭升空时超过7.8km/s的极高速度飞行时,完全可以抵挡空气产生的超高气压而不产生破坏,可见我国当前的玻璃钢结构设计技术,对于湿法脱硫后的湿烟筒内筒设计来说,无任何困难.
3)玻璃钢制造技术方面的飞跃,为整体玻璃钢套筒的制造提供了保障.早在近40年前,冶建总院的技术人员就可利用手糊法制造出40m高的无支撑玻璃钢烟囱,并且安全使用11年而未见损坏.在近30年前,采用自制缠绕设备,生产出尺寸达Φ2500×102,000mm的整体玻璃钢烟囱,安全使用15年之久未见损坏.当前,我们在大型回转体玻璃钢构件的制作方面,均采用电脑控制的自动缠绕设备.
4)现场安装技术问题.玻璃钢的抗拉强度决定于玻璃纤维,制造成玻璃钢后,沿纤维方向上的抗拉强度可达300MPa以上;玻璃钢的抗压强度决定于树脂,树脂固化后的抗压强度一般在80MPa以上.根据以前的工程经验,玻璃钢烟囱的自支撑高度可达40m左右,而实际上,混凝土外筒的吊装钢平台间距完全可以小于40米,因此,无论采取悬挂法或者是下支法安装玻璃钢烟囱内筒,在玻璃钢烟囱的抗拉强度、抗压强度方面,均不存在问题.
对于玻璃钢烟囱的安装就位问题,我们一般是将玻璃钢制造成为10m左右的长度,采取普通钢管内筒的顶升或者提升方式,在将玻璃钢烟囱升***装高度后,用树脂、玻璃纤维布带以及配套的接头,将两根玻璃钢管道连接起来,并通过混凝土外筒的钢平台加以固定,随即进行下一节玻璃钢管的安装施工.
5)玻璃钢管道的特殊优点——内壁摩擦力极小,绝热性能好.玻璃钢管道由于采用特殊模具加工而成,使得玻璃钢管道的内壁极为光滑,表面粗糙率可低至0.008,其水流摩阻损失系数f为0.000915,较钢管(f=0.00179)能显著减少沿程的流体压力损失,提高输送能力20%以上,非常有利于高含水烟气的流动、排放.此外,玻璃钢材料的导热系数只有钢材的0.5%左右,可以节省保温费用.在原材料的防腐蚀性能、耐温性能有着巨大性能裕量,设计技术完全可满足需要,加工制造技术用上电脑控制的今天,采用玻璃钢做套筒湿烟囱内筒,是完全可行的.
玻璃钢烟囱方案所存在的问题主要在于国内缺乏工程实践经验,对一系列计算方法和设计参数还需要研究.比如,玻璃钢内筒的热、力学计算问题,厚度如何确定,树脂与纤维的组分比例,膨胀节的位置及间距,钢平台的支撑连接方式,细部节点做法等.这些问题,都将随着工程实践的展开逐步得到解决.
5.总结
对于湿法脱硫的电厂烟囱,采用玻璃钢内筒具有造价相对较低、防腐性能优异、耐久性好的优点,随国内工程实践的逐步开展,玻璃钢烟囱在设计、制作等方面的问题将逐步得到解决,这一新型的烟囱型式存在巨大的发展空间.
