火電廠煙囪防腐改造工程方案設計

盧慶領（山西魯能河曲發電有限公司，山西 忻州 036500）

火電廠煙囪防腐改造工程方案設計

盧慶領（山西魯能河曲發電有限公司，山西 忻州 036500）

河曲電廠一期工程2×600MW亞臨界燃煤發電機組共用一座240/10m單筒式煙囪。煙囪筒身為鋼筋混凝土結構，其內襯（60m以下為240mm厚；60m以上為120mm厚）為耐火磚，用耐酸膠泥砌筑。鋼筋混凝土筒壁內附保溫層厚80mm。沿煙囪筒身高度方向每隔15m設置環形懸挑牛腿支承保溫層和砌體內襯。

河曲電廠一期機組同期配套安裝石灰石-石膏濕法全煙氣脫硫裝置，采用一爐一塔的方案，設置了煙氣加熱GGH裝置，煙囪中的排煙溫度約為80℃，原有煙囪在設計的時候曾進行簡單的濕法脫硫防滲防腐處理。為滿足國家現行環保排放標準的要求，電廠擬對一期工程2臺機組現有的煙氣濕法脫硫系統進行超低排放改造，同時取消和拆除現有煙氣脫硫系統的煙氣加熱GGH裝置。GGH取消且不新增MGGH時，煙囪入口處的排煙溫度將從原來的80℃降到45～50℃，煙囪中的煙氣冷凝結露酸液會非常明顯，滲漏腐蝕狀況將會加劇，原有的“單筒式”煙囪結構體系已不適合增容改造后的煙氣濕法脫硫運行條件，需要對其進行濕法脫硫防滲防腐改造處理。

1 改造方案設計依據

（1）目前國內濕法脫硫、不設置GGH的現役“單筒式”老煙囪濕法脫硫防滲防腐改造成熟的常規方案是：主要以在原有煙囪鋼筋混凝土筒壁內新增設置一根鋼排煙內筒的方案為主，即設置“套筒式”煙囪；新增設置的排煙內筒體系采用鈦鋼復合板材料。近年來，在役老煙囪濕法脫硫防滲防腐改造方案中很多都采用了這種方案。

（2）國家標準《煙囪設計規范》GB50051-2013

2 改造方案設計思想

在原有“單筒式”煙囪筒身磚砌體內襯內表面新增設置一層防腐層（如玻璃磚或涂層、聚合物材料）的濕法脫硫煙囪防滲防腐改造方案有諸多問題：其煙囪結構形式仍是“單筒式”煙囪，其防腐層的耐久性和施工質量保證不確定；煙囪投運后其內部沒有使用情況的檢查條件；屬于短期治理型方案；之前在役老煙囪濕法脫硫防滲防腐改造工程中有較大比例的失敗案例等情況。國家標準《煙囪設計規范》GB50051-2013不建議通濕煙氣的煙囪使用“單筒式”方案。根據前述煙囪防腐改造方案設計依據及國家規范及西安熱工研究院對濕煙囪運行情況進行系統的普查調研結果，一期“單筒式”濕煙囪防滲防腐改造方案的設想是：采用在原有煙囪鋼筋混凝土筒壁內新增一根排煙內筒的“套筒式”煙囪方案。新增設置的排煙內筒具體可采用如下方案：

（1）鈦鋼復合板內筒；

（2）鋼內筒+賓高德內襯防腐；

（3）玻璃鋼內筒。

3 改造方案技術分析

3.1 鋼內筒及其防腐方案

（1）拆除原有內襯，增設鈦鋼復合板內筒

鈦是一種很耐腐蝕的材料，這是由于鈦的表面容易生成穩定的鈍化膜，鈍化膜是由幾納米到幾十納米厚的極薄的氧化鈦構成，在許多環境中是很穩定的，并且一旦局部破壞還具有瞬間再修補的特性。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質中具有很好的穩定性，比現有的不銹鋼和其他有色金屬的耐腐蝕性都好，甚至可與鉑比美。因此鈦內襯是目前新建濕煙囪防腐的主導工藝。脫硫后煙氣中還含有大量的氧化性介質，這對保護鈦板表面的氧化膜是有好處的，從另一方面又降低了硫酸的侵蝕。

鈦板由于其特定的化學性能，有非常好的防腐效果，脫硫后的強腐蝕性煙氣對鈦板的腐蝕性很小，是國際工業煙囪協會推薦的濕法脫硫不設GGH情況下煙囪防腐內襯之一。內筒結構設計計算時，不必預留腐蝕富裕度。鈦鋼復合板是一種成熟的組合材料，有專門的國家標準，但造價相對較高，施工要求較高。

需要注意的是，鈦板與碳鋼不宜直接焊接，因其相融形成的金屬是不耐腐蝕的。為此，鋼內筒襯鈦板有二種工藝：1)現場掛貼：國內臺塑福建省漳州后石電廠采用現場掛貼鈦板內襯。2)爆炸復合：國內設計的鈦板內襯煙囪均采用鈦復合鋼板工藝。

將原有240/10m“單筒式”煙囪筒身的磚砌體內襯、隔熱層、積灰平臺、隔煙墻和筒首鑄鐵壓頂蓋板等全部拆除，保留原有煙囪的鋼筋混凝土筒壁；在原有煙囪筒壁內新增一根鈦鋼復合板材料的排煙內筒體系方案。

方案說明：需要拆除原有“單筒式”煙囪的磚砌體內襯、隔熱層、積灰平臺、隔煙墻和筒首鑄鐵壓頂蓋板等結構，保留原有煙囪的鋼筋混凝土筒壁（經綜合判定能繼續使用時）；按照長期治理型方案的思路，在原有煙囪的鋼筋混凝土筒壁內新增設置一根鈦鋼復合板材料的排煙內筒、內煙道和導流板，以及相應的排煙內筒橫向約束裝置、平臺層和垂直交通系統等。

新增排煙內筒高度為243.0m，自立式，上下等直徑。結合原有“單筒式”煙囪鋼筋混凝土筒壁頂部內懸挑的環形牛腿內半徑尺寸和新增排煙內筒施工間隙的常規要求，排煙內筒內直徑確定為9.0m，筒壁壁厚確定為12＋1.2～18＋1.2mm。鋼內筒導熱性較好，采用80mm厚超細玻璃棉氈外包鍍鋅鋼絲網作為外保溫層。鋼內筒外每隔50m設鋼檢修平臺，兼作鋼內筒的橫向止晃。此外，由于在原鋼筋混凝土外筒內設置了鋼內筒，需在鋼內筒兩側采用鈦-復合鋼板材質制作內煙道(每側約3.4m長)與改造后脫硫凈煙道通過膨脹節相接。

本方案施工時重點監測鈦鋼復合板焊縫的處理，焊接時鈦條需要搭接相焊而不能對接相焊。鋼內筒采用鈦鋼復合板材料，防腐材料鈦板內襯與碳鋼基體材料具有良好的復合性能，且防腐材質與基體材質膨脹系數接近，適應溫度變化效果良好，且金屬內襯材質具有良好的耐磨，耐沖刷性能。另因內襯材質光滑，摩擦系數小，形成煙囪雨的極限煙速大于表面粗糙的磚類內襯材料。施工時采用倒裝法施工工藝，高空作業工作量大大下降。但施工時需嚴格控制焊縫處理，并注意保護鈦板表面避免碰撞損傷，鋼內筒保溫性能較差，為盡可能減少冷凝液的生成，需設置保溫層。

方案優點：煙囪防滲防腐改造工作主要是在煙囪內部進行，對周邊已有設施基本上無影響。鈦鋼復合板材料的排煙內筒、內煙道和導流板結構能從根本上解決煙氣濕法脫硫處理后煙囪的滲漏和腐蝕問題；結構體系合理，耐久性好，使用壽命長，檢修維護周期超過30年；鈦鋼復合板材料的選材、復合、軋制、包裝運輸、安裝、焊接和檢驗等施工各個工序，都有相應的國家或行業標準指導和控制；使用業績多（超過200座煙囪），設計和施工經驗成熟可靠。

方案缺點：原有“單筒式”煙囪內的拆除工程量較大，施工周期較長，投資費用較高。施工期間內，臨時煙囪排放煙氣的影響稍大。

施工工期：參照類似煙囪防滲防腐改造經驗，大致5～7個月，供參考。

該方案從根本上解決了原有“單筒式”煙囪濕法脫硫改造后的防滲防腐問題。在原有煙囪鋼筋混凝土筒壁內新建一根鈦鋼復合板材料的排煙內筒體系方案。可行性大，設計優先推薦。

（2）新增鋼內筒，內貼美國賓高德輕質發泡隔熱防腐玻璃磚防腐內襯

將原有240/10m“單筒式”煙囪筒身的磚砌體內襯、隔熱層、積灰平臺等拆除，保留原有煙囪的鋼筋混凝土筒壁；在原有煙囪筒壁內新增一根Q235B鋼內筒＋內貼美國賓高德輕質發泡隔熱防腐玻璃磚材料防護層的排煙內筒體系方案。

方案說明：需要拆除原有“單筒式”煙囪的磚砌體內襯、隔熱層、積灰平臺、隔煙墻和筒首鑄鐵壓頂蓋板等結構，保留原有煙囪的鋼筋混凝土筒壁（經綜合判定能繼續使用時）。按照中期治理型方案的思路，在原有煙囪的鋼筋混凝土筒壁內新增設置一根Q235B鋼內筒＋50mm厚美國賓高德輕質發泡隔熱防腐玻璃磚材料防護層的排煙內筒、內煙道和導流板，以及相應的排煙內筒橫向約束裝置、平臺層和垂直交通系統等。

新增排煙內筒高度為243.0m，自立式，上下等直徑。結合原有“單筒式”煙囪鋼筋混凝土筒壁頂部內懸挑的環形牛腿內半徑尺寸和新增排煙內筒施工間隙的常規要求，新增排煙內筒的內直徑確定為9.1m（粘貼50mm厚玻璃磚防護層后的凈內徑為9.0m），筒壁壁厚確定為12～18mm。

方案優點：煙囪防滲防腐改造工作主要是在煙囪內部進行，對周邊已有設施基本上無影響。階段性地解決了煙囪排煙內筒、內煙道和導流板的滲漏腐蝕問題；結構體系合理，耐久性和使用壽命適中，投資費用與方案一相近。

Q235B鋼材排煙內筒材料的選材、制作、包裝運輸、安裝、焊接和檢驗等施工各個工序，都有相應的國家或行業標準指導和控制；有一定的使用業績（30座煙囪左右），設計和施工經驗成熟可靠。

方案缺點：原有“單筒式”煙囪內的拆除工程量較大，施工周期較長，投資費用也較高。施工期間內，臨時煙囪排放煙氣的影響稍大。

表1 煙囪改防腐造方案經濟性和可行性分析總匯表

另外，輕質發泡耐酸隔熱防腐玻璃磚材料的采購和施工要求較高。目前，國產產品的失敗案例較多，故本報告建議采用美國賓高德輕質發泡隔熱防腐玻璃磚材料的防護層系統。

施工工期：參照類似煙囪防滲防腐改造經驗，大致6～8個月，供參考。

該方案階段性地解決了原有“單筒式”煙囪濕法脫硫改造后的防滲防腐問題。輕質發泡隔熱防腐玻璃磚材料防護層的采購和施工要求較高，國產產品有較多的失敗案例；本工程建議選用美國賓高德輕質發泡隔熱防腐玻璃磚材料的防護層。由于與方案一相比，投資費用相近，但施工質量控制有一定的風險。可行性適中，設計推薦。

（3）新增玻璃鋼內筒

玻璃鋼是由增強材料玻璃纖維和基體樹脂組成的復合材料，特點是輕質、纖維方向強度高，剛度小，玻璃鋼的密度介于1500～2000kg/m3，為普通碳鋼的1/4～1/5。玻璃鋼排煙筒的優點是自防腐，不用做其他的防腐處理，自重輕，對整個煙囪結構抗震設計有利。玻璃鋼復合材料不僅要滿足防腐的性能，還要承受自身的結構力，通過整體纏繞、大塊預制拼接形成整體密封的排煙筒結構。玻璃鋼的強度可以很容易地達到使用要求；但是玻璃鋼內筒的整體剛度不足，可以利用其結構可設計性，在剛度不足的部位或者方向上設計出加強筋、中空結構、變形結構等，來提高其整體剛度。

玻璃鋼復合材料在煙囪防腐領域的應用在國外已越來越普遍，而且其在耐混合煙氣腐蝕、可施工性、價格等方面的優勢遠遠高于鈦鎳合金材料。但目前市場上能夠滿足要求的樹脂均為進口美國的特種樹脂，該類樹脂價格比國產樹脂貴,供應緊張。

玻璃鋼防腐方案缺點：1）承受結構載荷，具有較大的風險；2）施工難度大，工序復雜，容易引發火災。3）玻璃鋼內筒安裝時將各節手糊連接，節點處軸向抗拉強度難以保證，對施工人員的技術要求較高。4）高空作業較多。

玻璃鋼內筒一般分節在現場纏繞加工，纏繞時在環向或螺旋方向采用纏繞紗，軸向采用單向布增強，安裝時再將各節手糊連接，節點處軸向抗拉強度往往難以保證。在煙囪外部分節成筒，可以節省較多施工工期，但安裝時需要一節節從煙囪頂部吊裝進煙囪內，高空作業比較多。

玻璃鋼（FRP）在歐美等發達國家脫硫煙囪防腐中已得到廣泛應用，業績良好，可以在國內脫硫煙囪防腐中采用。但目前玻璃鋼（FRP）在國內脫硫煙囪防腐中已投運的項目較少，在建的也不足10例，運行時間偏短，應加強設計、制作、安裝及質量監控等引進技術的研究，積累相關經驗，確保玻璃鋼內筒的制作及安裝工藝質量。

施工工期：參照類似煙囪防滲防腐改造經驗，大致4～5個月，供參考。

該方案階段性地解決了原有“單筒式”煙囪濕法脫硫改造后的防滲防腐問題。玻璃鋼內筒采用外部分段預制，煙囪頂部吊裝可大大縮短施工周期；總造價比較低。但高空作業多、各分段間連接對工人技術要求較高；易燃，存在較大的火災風險；目前國內成功使用案例較少。可行性相對較小，可作備選方案。

3.2 煙囪改造施工、地基及基礎驗算

若不考慮腐蝕損傷，原鋼筋混凝土煙囪外筒滿足原設計規范。經外觀檢查，原煙囪鋼筋混凝土外筒未見異常，初步認為現煙囪結構未受到腐蝕影響，可以繼續使用。其內部需待停機后進一步核實。

原砌筑內襯及保溫層需拆除，施工順序應從上向下分節進行。拆下來的廢棄物通過吊籃下運，從拆除的積灰平臺口至煙囪底部運出。新增鋼內筒原材料從煙囪底部進入，使用倒裝法，施工時需重點監測焊縫處理處的打磨及防腐。

將煙囪原有磚內筒、保溫層、積灰平臺及內襯筒拆除后，原煙囪基礎為環形基礎，基底面積約150m2，最薄處厚度為2770mm。環形基礎內徑18.9m，新增內筒后，鋼（或玻璃鋼）內筒在原煙囪基礎環內重新做圓形獨立基礎，與原煙囪外筒基礎互不干涉。基底持力層選卵石層，地基承載力標準值為390kPa。

鋼內筒筒首外部5m區域范圍采用3mm厚316L不銹鋼制作防雨罩，實現鋼內筒筒首外部防腐。

鋼內筒導熱性較好，在其外部采用80mm厚超細玻璃棉氈外包鍍鋅鋼絲網作為外保溫層。

新建內筒煙囪水平導流板上設冷凝液收集管，下排至排水溝。

由于在原鋼筋混凝土外筒內設置了鋼（或玻璃鋼）內筒，需在鋼（或玻璃鋼）內筒兩側設置水平煙道與煙囪外部的脫硫凈煙道通過膨脹節相接。水平煙道每側約3.4m長，采用6mm厚鋼板制作，煙道內壁噴涂高性能防腐涂層或采用鈦鋼復合板進行防腐。

4 改造方案的技術經濟指標對比

上述三種改造方案技術經濟指標對比如表1所示。

本文給出的三個防腐方案均是具有一定應用業績的改造方案。方案一投資較大，但改造高空作業較少，且國內成功業績較多，且對于本工程煙氣流速合理，改造后運行檢修工作量較小；方案二材料及施工較好，防腐性能有保證，但煙囪排煙內筒摩擦系數較大，材料強度較差，改造防腐面積較大，改造費用較高，基底不易控制；方案三防腐整體性效果較好，工程造價較低，若采用預制安裝法施工工期短，但國內應用時間較短，高空作業較多，且有較大的火災風險，分節連接處對工人施工技術要求較高。

5 結語

綜合考慮幾個方案的防腐、防滲性能，本文給出的幾個方案都是可選方案，都有自身的優缺點，綜合考慮防腐性能的優異性及長期運行的穩定性方面，推薦采取鈦鋼復合板內筒方案。

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Design of Chimney Anticorrosion Renovation Project in Thermal Power Plant

Lu Qing-Ling

本文首先對山西河曲發電有限公司煙囪防腐改造的原因、方案設計原則、設計思路進行了闡述，在對煙囪防腐技術分析的基礎上提出了鈦鋼復合板、鋼內筒+賓高德系統、玻璃鋼內筒三種不同的技術改造方案，每種都有自身的優缺點，綜合考慮防腐性能的優異性及長期運行的穩定性方面，推薦采取鈦鋼復合板內筒方案。

火電廠；煙囪；防腐改造；方案設計

This article,first to the Shanxi Hequ Power Com?pany Limited transformation chimney anticorrosion design princi?ples and design ideas were introduced,based on the analysis of chimney anticorrosion technology on the titanium steel composite plate,steel tube+object system,High German glass steel tube three technical transformation of different schemes,each has its own advantages and disadvantages,considering the excellent stabili?ty and long-term operation of the anticorrosion properties,recom?mends the use of titanium clad steel plate inner cylinder scheme.

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盧慶領（1974-），男，漢族，山東成武人，總經理助理，研究方向主要為物質管理、生產運行管理等。