火電廠鋼筋混凝土煙囪裂縫原因及預防措施研究

張永升，曹建偉

（山東電力建設第三工程公司，山東 青島 266100）

煙囪是火電廠建筑中一座必不可少的建筑物，為保證長期的安全運行，火電廠的安全運行要求煙囪的壽命至少與鍋爐相同甚至更長。其結構的耐久性就起著非常重要的作用。因為國內以前設計的單管式鋼筋混凝土煙囪，擁有良好的抗風抗震能力，且具備節省材料、施工方便、建設周期短等優點，特別是在地質情況較好的情況下，其工程造價低的優越性非常顯著。但是一些筒身裂縫比較嚴重，通過對早期的各地鋼筋混凝土單筒煙囪進行安全檢查，發現約有70%左右存在不同程度的開裂問題，主要表現在裂縫存在普遍。以豎向裂縫為主，水平裂縫較少，其寬度一般都超過設計規范的 0.15～0.3 mm，普遍在0.3～1.0 mm，個別高達10 mm，裂縫貫穿筒壁，容易產生裂縫的部位是施工縫處和筒首。毋庸置疑，隨著時間的延長，煙囪的耐久性將會受到嚴重的影響，以致于直接威脅著煙囪的使用壽命，而且還影響電廠的安全運行。為此有必要對單筒式鋼筋混凝土煙囪裂縫的成因加以分析，在此基礎上，尋求比較合理的設計方案來提高鋼筋混凝土煙囪的耐久性。

1 煙囪產生裂縫的原因

火電廠煙囪產生裂縫的原因是多方面的。例如燃燒煤的含硫量、煙氣的干濕度、煙氣的設計溫度取值、煙氣流速、溫度應力設計的安全度，還有混凝土的收縮、內襯隔熱材料的性能、風荷載引起的橫向共振效應以及施工工藝等。有必要對這些因素加以仔細的研究分析，尋找合理解決問題的措施。

1.1 燃燒煤的含硫量

在燃燒煤中含硫量越高，煙氣中的二氧化硫和少量的三氧化硫含量也會升高，在潮濕的煙氣環境中容易形成酸液，它將腐蝕煙囪的內襯甚至外筒壁，當煙囪長期處于酸腐蝕的運行環境下，將會導致煙囪裂縫的產生和加重。

1.2 煙氣的流速

煙氣出口流速的高低主要與環保有關。隨著大容量機組的建設，為了滿足環保要求，煙氣的流速已經由原來的不足20 m/s提高到現在的30 m/s左右。過高的煙氣流速將會導致煙囪內煙氣呈正壓運行狀態而出現滲透，煙氣很容易通過內襯的縫隙滲透到隔熱層中，最終導致煙囪外筒壁內表面受熱溫度急劇上升，筒壁溫度應力增大，使得筒壁產生裂縫的機率大增。

1.3 內襯和隔熱層材料

當采用吸水率較高的內襯和隔熱層時，材料的保溫作用將會降低，導熱系數λ值會增大，又由于內襯材料本身不耐酸，在煙氣的酸露點溫度比較低的情況下，將會加重內襯的腐蝕，最終導致煙囪筒壁內外溫差比設計值大，溫度應力增大，加劇裂縫的出現。

1.4 煙囪水平裂縫的產生

一方面與施工工藝有關，如施工縫和滑模拉裂等；另一方面與煙囪在風荷載作用下的動力性能相關。經過對220 m高的鋼筋混凝土煙囪動力特性的測試和橫向共振的研究，發現因受脈動風引起的垂直于風向的橫向共振會引起水平裂縫，特別是在高階振型橫向共振的作用下更易產生水平裂縫。

1.5 煙氣的設計溫度

通常由工藝專業提供煙氣的設計溫度，工藝專業在提供給土建專業煙氣設計溫度時，常常忽略掉煙囪投運后由于鍋爐設備的改變、除塵方式的更換、煤種煤質的變化等因素而導致煙氣設計溫度比鍋爐正常運行溫度高的影響，而以鍋爐正常運行溫度為基礎來確定煙氣設計溫度，這無疑會導致煙氣筒壁溫度應力增大，煙囪裂縫出現的機率大增。

1.6 煙氣的計算溫度

在煙囪設計中，按照煙囪設計規范計算溫度應力時，混凝土彈性模量的取值是根據受熱溫度的不同乘以小于1的折減系數，其原因是考慮了混凝土的收縮和蠕變，而實際狀況則是在煙囪投運初期，混凝土的收縮和蠕變均較小，結構剛度較大，以至于在同等溫度作用時，其應力值要比規范計算值高些，這就使得在煙囪運行早期就會出現裂縫，顯得溫度應力的設計安全度較低。

縱觀上述煙囪裂縫的成因，可見影響因素是多方面的，但主要是由溫度作用和腐蝕所引起的。怎樣針對煙囪裂縫形成的原因而采取有效的控制手段是很實際的問題。現結合火電廠煙囪的工程設計實踐，談談如何采取可靠的手段來提高單筒式鋼筋混凝土煙囪的耐久性，盡量降低裂縫的出現。

2 裂縫處理及預防

對運行中的煙囪裂縫不能置之不管，任其繼續發展，形成更大的安全隱患，建議對煙囪上的豎向裂縫將其鑿出新槎，用硫磺膠泥補縫，對水平縫要根據實際情況設置豎向加勁肋，加水平抱箍加固。對內襯的裂縫要在機組檢修期內進行修補，采用硫磺膠泥即可達到目的。設計中的煙囪要合適的計算煙氣溫度，建議采用200 ℃，同時建議在煙囪頂高向下10 m左右環筋適當加密，采用憎水導熱系數低的隔熱材料。采用密閉性和密實性好、導熱系數低的內襯材料。煙囪頂出口要重點處理，局部加厚囪壁。施工要選擇適合本工程技術水平和工藝的施工隊伍，加強在施工過程中的管理，把好所建煙囪材料的質量關，加強對混凝土的養護，要采用新的養護工藝，在高空中保證養護質量。

3 結束語

通過對鋼筋混凝土煙囪裂縫機理的研究和改善措施的討論，為了保證設計出的煙囪安全耐用，提出了從與工藝專業密切配合優化單管鋼筋混凝土煙囪的結構開始，在設計中充分掌握煙囪的應力狀況，提高煙囪的強度，使煙囪筒身不出現或少出現裂縫，以增強煙囪筒壁抵御裂縫的能力。確保煙囪結構的可靠性，提高其耐久性，確保煙囪能保持良好的運行工況并發揮較好的環保效應。在以后煙囪的設計中應積極采用新的技術、新的施工工藝和新的材料，積極尋找有效提高煙囪抗裂和耐久性的有效措施。

1 李常兵.煙囪施工控制的重點及常見質量問題的防控［J］.企業科技與發展，2010（6）：35～36