玻璃鋼煙囪在火力發電廠中應用

張國飛 唐雯靜

（新疆電力設計院 新疆 烏魯木齊 830002）

1 我國節能減排要求

在全球氣候逐年變暖的情況下，節能減排已經引起全球各國政要和民眾的重視， 我國在節能減排方面做了更高的要求和計劃。 “十二五”時期“主要污染物排放總量顯著減少：二氧化硫排放量減少8%”，因此我國火力發電廠煙氣排放強制要求增加脫硫脫硝裝置。

我國近期電廠運行脫硫式方為全程脫硫， 脫硫采用石灰石-石膏濕法脫硫、不上GGH、不帶旁路的脫硫系統。 通常來講，進行濕法脫硫處理后的煙氣均具有水份含量較高、濕度大、溫度低的特點，因此很容易出現煙氣結露現象，煙氣中的水氣結露后形成的具腐蝕性液體一般約為30～50 噸/每小時， 主要依附于煙囪內側壁流下來至專設的排液口排到脫硫系統液池中。 此外，脫硫處理后的煙氣中還含有氟化氫和氯化物等強腐蝕性物質，極易形成腐蝕強度高、滲透性較強、且較難防范的低溫高濕稀酸型腐蝕狀況。 另一方面，SO2 脫除效率很高， 但對SO3 脫除效率不高，僅20%左右。 因此，煙氣脫硫后，煙氣對煙囪的腐蝕隱患實際上并未消除；與此同時脫硫后低溫、高濕等的煙氣環境可能導致煙囪的腐蝕狀況進一步加劇。

對于脫硫后煙氣對煙囪結構的腐蝕性分析現階段主要都是借鑒了國外的資料和相應做法。 國際工業煙囪協會在其發布的《鋼煙囪標準規程》（1999 年第1 版） 中對脫硫后的煙氣腐蝕性能有如下6 點說明：(1) 煙氣冷凝物中氯化物或氟化物的存在將很大提高腐蝕程度，在20℃和1 個標準大氣壓下，氟化氫、氯元素和氯化氫的重量濃度分別超過0.025%、0.1%和0.1%時，腐蝕等級應為高級；(2) 處于煙氣脫硫系統下游的濃縮或飽和煙氣條件通常應被視為高腐蝕等級；(3) 鑒于煙氣凝結過程中SO3 離子與水蒸氣結合成為硫酸，對煙囪進行腐蝕，因此確定含有硫磺氧化物的煙氣腐蝕等級是按SO3 的含量值為依據的；(4) 亞硫酸的露點溫度取決于煙氣中SO3 濃度， 一般約為65℃左右，稍高于水的露點。燃煤中如含有污染，則在同樣的溫度下還會有像鹽酸、硝酸等其它酸液；(5) 在煙氣脫硫效應過程中盡管已除去了大部分的氧化硫，但在凈化裝置下游，隨著氧化硫含量的減少，煙氣的濕度通常很大，且溫度較低，當溫度低于80℃時，煙氣會濃縮成酸液。 與此同時，煙氣中還常常含有凈化后得到的氯化物；(6) 煙氣中的氯離子一遇水蒸氣便會形成氯酸，它的化合溫度約為60℃，低于氯酸露點溫度時，就會產生嚴重的腐蝕，即使是化合中很少量的氯化物也會造成嚴重腐蝕。

綜上對脫硫煙囪的煙氣腐蝕性分析中可以判斷：處于脫硫系統下游的煙道和煙囪中的煙氣應屬于強腐蝕性煙氣，煙囪應按強腐蝕性煙氣來考慮煙囪結構的安全性設計。

2 我國現有排煙內筒作法

根據我院兩次對全國多座電廠煙囪考察和調研，并分析歸納。 目前國內煙囪常規防腐蝕做法有如下6 大類，即：

2.1 耐酸金屬防腐材料

將金屬鈦板或鈦—鋼復合板制成的自立式或分段懸掛式金屬內筒作為防腐層。

2.2 耐酸貼塊（片）類防腐材料

將發泡玻璃磚、 發泡陶瓷玻化磚、VP 防腐塊材、 玻璃鱗片、RHF防腐板等粘貼或固定于煙囪筒體結構內表面形成防腐層。

2.3 防腐涂料類防腐材料

將OM 防腐涂料、聚脲、RHF 專用防腐涂料、薩偉真等防腐涂層涂刷或噴涂于煙囪筒體結構內表面形成防腐層。

2.4 耐酸砌塊類防腐材料

由耐酸膠泥砌筑耐酸磚形成的耐酸磚內筒作為防腐層。

2.5 耐酸膠泥類材料

在煙囪排煙筒內壁涂抹耐酸膠泥防腐層。

2.6 耐酸澆注料類防腐材料

由水玻璃混凝土加入一定抗滲劑、膨脹劑等混凝土添加劑澆筑成煙囪內筒。

3 我國現有排煙內筒作法存在的問題

3.1 耐酸貼塊（片）類防腐材料存在問題

圖1 華能河北上安電廠煙囪外側酸液流淌狀況

圖2 上海石洞口電廠煙囪鋼內筒外側腐蝕狀況

3.2 防腐涂料類材料

勝利電廠一期煙囪RHF 復合防腐板脫落和勝利電廠二期煙囪OM 涂料裂縫。

3.3 其他

除鈦-鋼復合板排煙內筒和進口發泡玻璃磚在我院調查中沒有發現問題，其他均出現過不同程度的腐蝕或破壞。 由于進口發泡玻璃磚施工周期長，目前我國常用的為鈦-鋼復合板排煙內筒。

4 玻璃鋼排煙內筒特點

本著節約工程投資和方便施工的原則， 經過多方案比選論證后，我們在國內某熱電廠中采用了玻璃鋼煙囪，高度210 米，地處新疆自治區呼圖壁市郊。由于玻璃鋼制品易燃性，所有本次設計時，所有鋼結構安裝節點杜絕明火加工和焊接，一律采用螺栓連接。

4.1 排煙內筒工程投資

玻璃鋼煙囪用量190 噸，造價1140 萬元；鈦-鋼復合板煙囪用量600 噸，造價1800 萬元。 包含設備材料和吊裝費用。

4.2 材料組成

即玻璃纖維增強塑料，俗稱玻璃鋼。 通常是由高強度的玻璃纖維和樹脂復合而成的兼具結構性和功能性的新型復合材料，玻璃纖維提供FRP 的強度和剛性，樹脂提供FRP 的耐化學性和韌性。

4.3 材料性能

力學性能：強度和剛度較高；層密度小：≌1.74g/cm3，≌1/4 鋼的密度；（線性） 熱膨脹系數高：FRP=25 to 30×10-6 mm/mm/℃vs. 鋼=11×10-6cm/cm/℃，FRP 的膨脹速度是鋼的3 倍；熱導率低： FRP≌0.28W/(m.K)鋼≌43W/(m.K)。

4.4 成品

國外應用較多，本工程是國內高煙囪中第一個正在施工的項目。

5 結論

玻璃鋼在國外，廣泛應用于化工、冶金、船舶和航天等防腐設備和工程中， 國外玻璃鋼排煙筒在電力行業的應用始于FGD 開始應用的20 世紀70 年代。

截止到2003 年，FRP 排煙筒在美國的電廠煙囪工程中已經占到10%。 2009 年已經上升到60%以上。 圖-1 清楚地表示了在濕式FGD工藝中FRP 的快速增長。 在2004 和2005 年，只有8 個煙囪的排煙筒里襯工程開工。 2006 年，有38 個開工，2007 年有49 個，到2008 年7月1 日，為39 個。 在歐洲和日本也有同樣的發展趨勢。

FRP 和鋼相比，FRP 具有重量輕、超強耐腐蝕等特點。作為鈦鋼材的替代品，其耐久性、耐溫以及耐腐蝕等均能滿足火力發電廠使用壽命的要求，同時工程投資大大降低，因此近幾年玻璃鋼（FRP）排煙筒正引起我國電力設計行業的注目。 相信不久的將來玻璃鋼（FRP）排煙筒將在我國電力行業掀起一個建設使用高潮。

［1］復合材料煙囪材料實驗研究報告[S].武漢理工大學,2011-7-20.

［2］馬紳.火力發電廠濕煙囪玻璃鋼排煙筒防腐方案可行性分析[S].

［3］FRP 煙囪內筒在美國電力行業的應用簡介[S].漢維艾施格科技(北京)有限公司.

［4］燃煤電廠FRP 煙囪內襯的設計、制造和安裝指南.ASTM D 5364-93(2008),美國標準[S].