燃煤火電廠排煙冷卻塔鋼筋混凝土結構防腐蝕問題

楊 樂

(山西省電力勘測設計院，山西 太原 030001)

1 概述

燃煤電廠采用冷卻塔排放煙氣技術時，煙氣中含有的腐蝕性介質會對冷卻塔混凝土結構產生侵蝕破壞作用，降低冷卻塔結構耐久性、安全性。因此，采用此技術時需要選用適當的鋼筋混凝土結構材料及防腐蝕方法。

2 排煙冷卻塔混凝土腐蝕機理

煙氣對鋼筋混凝土結構的腐蝕，主要是由于煤中含有S 等有害雜質。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。經調查，目前國內多數燃煤電廠煙氣中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)。依據環保要求，發電廠必須設煙氣脫硫裝置，其實際脫硫效率在80%～95%之間，因此脫硫后煙氣中仍有大量的腐蝕性氣體物質。煙氣中有害成分通過溶解、結露會產生具有嚴重腐蝕性的溶液，溶液中的酸性物質與混凝土中水泥的水化產物Ca(OH)2反應，會導致混凝土的溶蝕解體，當溶液滲透到鋼筋表面時，會導致鋼筋銹蝕。另外，煙氣中大量的CO2會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，碳化還會加劇混凝土的收縮使其表面產生裂縫，影響結構的安全。

3 排煙冷卻塔混凝土的防腐

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

3.1 降低混凝土中易腐蝕的物質含量

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 提高混凝土的密實度、改善混凝土內部孔隙結構和降低混凝土的孔隙率

混凝土內部的腐蝕主要是外部腐蝕介質通過混凝土內部孔隙造成的或者是內部水化產物通過內部孔隙溶析出去，所以內部孔隙是腐蝕的快速通道。當在混凝土內部添加極細的微小物質或摻入可產生火山灰反應的活性物質如硅灰，可以降低混凝土孔隙率并減少連通孔隙的數量。當在混凝土中摻入引氣劑時也可以改變混凝土的孔隙結構，變連通的孔隙為孤立細小的孔隙，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

對于常規冷卻塔，國內的冷卻塔設計規范規定冷卻塔通風筒采用的混凝土強度標號不低于C30，抗滲標號是W8，并根據所處區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。

結合冷卻塔的施工特點、工作環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、抗壓強度高、混凝土體積變形小和耐久性好等品質。為了配制HPC 混凝土，水泥除按規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準進行拌制等要求外，還必須選用合適的骨料、拌和水及養護水。冷卻塔的粗骨料一般要求采用新鮮的花崗巖。細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比常規冷卻塔具有更高標準。冷卻塔混凝土所用的拌和水以及養護水應該采用淡水。

3.4 采用聚合物改性混凝土

近年來，隨著化學工業的發展，將有機材料和無機材料進行復合從而生產出具有優良性能的聚合物新材料，聚合物材料用于混凝土工程中，使得混凝土的性質顯著改善，也產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理，主要有以下幾個方面，如改變水泥石結構形態、改變水泥的水化和凝結硬化性能、改變混凝土內部孔隙結構和孔隙率、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物發生化學作用等，從而改善了混凝土的物理、力學和變形性能等。而從微觀結構角度出發，聚合物會通過成膜作用形成獨立于水泥水化產物網架狀結構外的獨立空間網狀結構，因此賦予混凝土更好的膠結狀態，這已經被微觀測試手段所證實。在防腐蝕性能方面，即使水泥水化產物網架狀結構因腐蝕而解體，但是只要聚合物的網狀結構存在，混凝土仍然能夠保持良好的力學和變形性能。

3.5 塔筒混凝土內壁涂刷防腐涂料

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

1)纖維增強涂層。纖維增強涂層:如玻璃鱗片覆層、玻璃鋼隔離層，用于強腐蝕環境中能有效保護基層，玻璃鱗片覆層一般刮涂法施工，比較復雜，玻璃鋼層用于塔筒內壁不太現實，不予考慮。這些涂層的防腐蝕性能從GB 50046—2008 工業建筑防腐蝕設計規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壁上使用較少。

4)樹脂類涂層。樹脂類有機物涂料有熱塑型和熱固型兩大類，尤其是熱固型材料，因為是交聯結構，固化無可逆性，防腐效果顯著。GB 50046—2008 工業建筑防腐蝕設計規范中附錄B.02表中，環氧類材料能耐≤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，環氧是能滿足要求的。另外，一些涂料生產廠家將玻璃鱗片改性后摻混到環氧涂料中，同時兼容了玻璃鱗片覆層的抗滲透性和環氧樹脂的耐腐蝕性。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秀，如果是在戶外陽光照射下，它的耐候性比環氧更勝一籌。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1 mm 以上，更厚的可以一道噴涂達5 mm 左右，噴涂聚脲的耐磨性突出，抗滲性優良。但該涂料的缺點是造價較高，噴涂設備笨重，對于設備的要求較高，噴涂管道需要加熱，需要有強大的壓縮空氣作為動力。

聚氨酯層作為面涂配套使用，該類型涂料屬雙組分交聯涂料，發生交聯的兩個官能團羥基和異氰酸基經化學計算等當量配制，交聯密度較高，即使長期在電解質溶液(如海水)中亦不易發生解離和導致松弛，而且有機固化物有立體交聯網狀結構，化學穩定性極高，即使在40 ℃～50 ℃的溫度使用下，仍能保持其恒久的耐蝕性，有效保護混凝土，涂料表面光潔，不易產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。考慮到空冷系統塔內正常運行時塔內無水汽，因而工作條件要大大好于濕冷系統，所以間接空冷塔通常選用價格相對低廉又能滿足防腐要求的聚氨酯樹脂涂料，涂裝時為一底三面膜厚大于250 μm。另外當煙塔合一時，由于排煙口的煙氣出口流速要大于塔內的空氣流速(煙氣流速約在10 m/s～15 m/s，空冷塔內空氣流速約在2 m/s～6 m/s)，在正常運行時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向周圍擴散而是沿著塔中心垂直向上排放形成一個煙柱，只有在外界有大風時煙氣才會吹向塔壁。考慮到上述因素塔體的防腐涂層從塔頂往下1/3 高度內進行涂刷。

4 結語

對于燃煤火電廠排煙冷卻塔鋼筋混凝土結構防腐蝕問題，本文中分析了冷卻塔混凝土的腐蝕機理，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度，采用聚合物改性混凝土改善混凝土內部孔隙結構來提高冷卻塔混凝土自身的防腐性能，在混凝土內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構防腐蝕能力。

［1］GB 50660—2011，大中型火力發電廠設計規范［S］.

［2］DL/T 5339—2006，火力發電廠水工設計技術規范［S］.

［3］GB 50046—2008，工業建筑防腐蝕設計規范［S］.