燃煤火電廠排煙冷卻塔鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕問題

楊 樂

(山西省電力勘測設(shè)計(jì)院，山西 太原 030001)

1 概述

燃煤電廠采用冷卻塔排放煙氣技術(shù)時(shí)，煙氣中含有的腐蝕性介質(zhì)會(huì)對冷卻塔混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生侵蝕破壞作用，降低冷卻塔結(jié)構(gòu)耐久性、安全性。因此，采用此技術(shù)時(shí)需要選用適當(dāng)?shù)匿摻罨炷两Y(jié)構(gòu)材料及防腐蝕方法。

2 排煙冷卻塔混凝土腐蝕機(jī)理

煙氣對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕，主要是由于煤中含有S 等有害雜質(zhì)。以燃煤為主的火電廠煙氣中通常含有大量的SO2，CO2，NOx，SOx等物質(zhì)。經(jīng)調(diào)查，目前國內(nèi)多數(shù)燃煤電廠煙氣中SO2的含量為400 mg/m3左右，煙氣中的CO2含量在12%～16%之間(重量比)。依據(jù)環(huán)保要求，發(fā)電廠必須設(shè)煙氣脫硫裝置，其實(shí)際脫硫效率在80%～95%之間，因此脫硫后煙氣中仍有大量的腐蝕性氣體物質(zhì)。煙氣中有害成分通過溶解、結(jié)露會(huì)產(chǎn)生具有嚴(yán)重腐蝕性的溶液，溶液中的酸性物質(zhì)與混凝土中水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致混凝土的溶蝕解體，當(dāng)溶液滲透到鋼筋表面時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鋼筋銹蝕。另外，煙氣中大量的CO2會(huì)加速混凝土的碳化而降低其堿度，從而破壞了鋼筋表面的鈍化膜，碳化還會(huì)加劇混凝土的收縮使其表面產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)的安全。

3 排煙冷卻塔混凝土的防腐

對于排煙冷卻塔的腐蝕情況，其腐蝕介質(zhì)種類較多，腐蝕類型包括溶析作用、碳化作用、結(jié)晶作用等。

3.1 降低混凝土中易腐蝕的物質(zhì)含量

通過添加粉煤灰、礦粉等摻合料來降低Ca(OH)2的含量，但是由于混凝土中水化鋁酸鹽和Ca(OH)2是必然存在的，所以這只能作為一種提高混凝土抗腐蝕性能的輔助手段。

3.2 提高混凝土的密實(shí)度、改善混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和降低混凝土的孔隙率

混凝土內(nèi)部的腐蝕主要是外部腐蝕介質(zhì)通過混凝土內(nèi)部孔隙造成的或者是內(nèi)部水化產(chǎn)物通過內(nèi)部孔隙溶析出去，所以內(nèi)部孔隙是腐蝕的快速通道。當(dāng)在混凝土內(nèi)部添加極細(xì)的微小物質(zhì)或摻入可產(chǎn)生火山灰反應(yīng)的活性物質(zhì)如硅灰，可以降低混凝土孔隙率并減少連通孔隙的數(shù)量。當(dāng)在混凝土中摻入引氣劑時(shí)也可以改變混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，變連通的孔隙為孤立細(xì)小的孔隙，這些措施都可以減小混凝土腐蝕的速率。

3.3 采用高性能混凝土

對于常規(guī)冷卻塔，國內(nèi)的冷卻塔設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定冷卻塔通風(fēng)筒采用的混凝土強(qiáng)度標(biāo)號不低于C30，抗?jié)B標(biāo)號是W8，并根據(jù)所處區(qū)域寒冷情況選用抗凍等級。目前較常用的方法是采用“普通硅酸鹽水泥+摻合料+外加劑”來拌合適用于煙塔合一的高性能混凝土。

結(jié)合冷卻塔的施工特點(diǎn)、工作環(huán)境以及和其他工序的配合條件，HPC 混凝土還必須具有可泵送性好、抗壓強(qiáng)度高、混凝土體積變形小和耐久性好等品質(zhì)。為了配制HPC 混凝土，水泥除按規(guī)范要求限制鋁酸三鈣的含量不宜超過8%、不得摻用氯鹽，并按水工混凝土的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拌制等要求外，還必須選用合適的骨料、拌和水及養(yǎng)護(hù)水。冷卻塔的粗骨料一般要求采用新鮮的花崗巖。細(xì)骨料一般采用的是新鮮的河砂，其含泥量控制要求以及篩分比例應(yīng)比常規(guī)冷卻塔具有更高標(biāo)準(zhǔn)。冷卻塔混凝土所用的拌和水以及養(yǎng)護(hù)水應(yīng)該采用淡水。

3.4 采用聚合物改性混凝土

近年來，隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，將有機(jī)材料和無機(jī)材料進(jìn)行復(fù)合從而生產(chǎn)出具有優(yōu)良性能的聚合物新材料，聚合物材料用于混凝土工程中，使得混凝土的性質(zhì)顯著改善，也產(chǎn)生了一種新型的混凝土——聚合物改性混凝土。

聚合物改性混凝土的機(jī)理，主要有以下幾個(gè)方面，如改變水泥石結(jié)構(gòu)形態(tài)、改變水泥的水化和凝結(jié)硬化性能、改變混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙率、改變混凝土拌合物工作性能以及聚合物和水泥或水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)作用等，從而改善了混凝土的物理、力學(xué)和變形性能等。而從微觀結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，聚合物會(huì)通過成膜作用形成獨(dú)立于水泥水化產(chǎn)物網(wǎng)架狀結(jié)構(gòu)外的獨(dú)立空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此賦予混凝土更好的膠結(jié)狀態(tài)，這已經(jīng)被微觀測試手段所證實(shí)。在防腐蝕性能方面，即使水泥水化產(chǎn)物網(wǎng)架狀結(jié)構(gòu)因腐蝕而解體，但是只要聚合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在，混凝土仍然能夠保持良好的力學(xué)和變形性能。

3.5 塔筒混凝土內(nèi)壁涂刷防腐涂料

一般的冷卻塔內(nèi)壁，以氯磺化聚乙烯和普通聚氨酯類涂料涂裝即能達(dá)到有效保護(hù)，但煙塔合一冷卻塔的使用條件對內(nèi)壁防腐提出了更高要求。一般選擇的涂料中，主要有有機(jī)涂層、瀝青涂層、滲透涂層、纖維增強(qiáng)涂層。

1)纖維增強(qiáng)涂層。纖維增強(qiáng)涂層:如玻璃鱗片覆層、玻璃鋼隔離層，用于強(qiáng)腐蝕環(huán)境中能有效保護(hù)基層，玻璃鱗片覆層一般刮涂法施工，比較復(fù)雜，玻璃鋼層用于塔筒內(nèi)壁不太現(xiàn)實(shí)，不予考慮。這些涂層的防腐蝕性能從GB 50046—2008 工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范中對該類材料的選擇可見一斑。

2)瀝青涂層。瀝青涂層常選用再生膠瀝青防水涂料、氯丁膠乳防水涂料，該涂料有一定的耐腐蝕效果，但綜合性能較差，易開裂，附著力差，對于水性基瀝青類涂料著重考慮它的耐水性。

3)滲透涂層。滲透涂層常見的為水玻璃涂層和有機(jī)硅涂層。該類材料滲透入混凝土表層并在其表面形成憎水層，涂裝后形成類似油膜的效果，外觀與涂裝氰凝后相似。這種防腐材料在冷卻塔塔筒內(nèi)壁上使用較少。

4)樹脂類涂層。樹脂類有機(jī)物涂料有熱塑型和熱固型兩大類，尤其是熱固型材料，因?yàn)槭墙宦?lián)結(jié)構(gòu)，固化無可逆性，防腐效果顯著。GB 50046—2008 工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范中附錄B.02表中，環(huán)氧類材料能耐≤60%的硫酸，≤31%的鹽酸(濃)，≤10%的硝酸，≤5%的氫氟酸。可見，在酸性場合，環(huán)氧是能滿足要求的。另外，一些涂料生產(chǎn)廠家將玻璃鱗片改性后摻混到環(huán)氧涂料中，同時(shí)兼容了玻璃鱗片覆層的抗?jié)B透性和環(huán)氧樹脂的耐腐蝕性。玻璃鱗片的耐酸性也是不容置疑的，而且更為突出的是，該類涂料的耐磨性隨之提高。

5)聚氨酯涂料。聚氨酯涂料的耐酸性和其他綜合性能也很優(yōu)秀，如果是在戶外陽光照射下，它的耐候性比環(huán)氧更勝一籌。特別值得一提的是聚氨酯涂料中的噴涂聚脲，在瞬間可形成厚的涂層，可達(dá)1 mm 以上，更厚的可以一道噴涂達(dá)5 mm 左右，噴涂聚脲的耐磨性突出，抗?jié)B性優(yōu)良。但該涂料的缺點(diǎn)是造價(jià)較高，噴涂設(shè)備笨重，對于設(shè)備的要求較高，噴涂管道需要加熱，需要有強(qiáng)大的壓縮空氣作為動(dòng)力。

聚氨酯層作為面涂配套使用，該類型涂料屬雙組分交聯(lián)涂料，發(fā)生交聯(lián)的兩個(gè)官能團(tuán)羥基和異氰酸基經(jīng)化學(xué)計(jì)算等當(dāng)量配制，交聯(lián)密度較高，即使長期在電解質(zhì)溶液(如海水)中亦不易發(fā)生解離和導(dǎo)致松弛，而且有機(jī)固化物有立體交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)穩(wěn)定性極高，即使在40 ℃～50 ℃的溫度使用下，仍能保持其恒久的耐蝕性，有效保護(hù)混凝土，涂料表面光潔，不易產(chǎn)生粘泥和其他附著性微生物，有自潔的功能。

6)防腐涂料涂刷厚度和范圍。考慮到空冷系統(tǒng)塔內(nèi)正常運(yùn)行時(shí)塔內(nèi)無水汽，因而工作條件要大大好于濕冷系統(tǒng)，所以間接空冷塔通常選用價(jià)格相對低廉又能滿足防腐要求的聚氨酯樹脂涂料，涂裝時(shí)為一底三面膜厚大于250 μm。另外當(dāng)煙塔合一時(shí)，由于排煙口的煙氣出口流速要大于塔內(nèi)的空氣流速(煙氣流速約在10 m/s～15 m/s，空冷塔內(nèi)空氣流速約在2 m/s～6 m/s)，在正常運(yùn)行時(shí)塔中心煙氣周圍的空氣壓力要大于煙氣的壓力，因而在塔中心的煙氣不會(huì)向周圍擴(kuò)散而是沿著塔中心垂直向上排放形成一個(gè)煙柱，只有在外界有大風(fēng)時(shí)煙氣才會(huì)吹向塔壁。考慮到上述因素塔體的防腐涂層從塔頂往下1/3 高度內(nèi)進(jìn)行涂刷。

4 結(jié)語

對于燃煤火電廠排煙冷卻塔鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕問題，本文中分析了冷卻塔混凝土的腐蝕機(jī)理，論述了冷卻塔混凝土的防腐方法。在具體的問題處理中，可采用高性能混凝土提高混凝土的密實(shí)度，采用聚合物改性混凝土改善混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)來提高冷卻塔混凝土自身的防腐性能，在混凝土內(nèi)壁涂刷防腐涂料來提高其耐酸性及耐水性，從而提高排煙冷卻塔鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕能力。

［1］GB 50660—2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］DL/T 5339—2006，火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］GB 50046—2008，工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.