1. 概述
電廠水泥煙囪內(nèi)壁防腐公司工程施工的現(xiàn)實(shí)意義在于,煙氣對(duì)煙囪的液態(tài)腐蝕是煙囪遭腐蝕的主要原因.國內(nèi)電廠普遍采用石灰石洗滌法(俗稱濕法)脫硫,采用該脫硫工藝的電廠普遍存在煙囪受腐蝕的情況.本文首先探討煙囪的腐蝕機(jī)理,進(jìn)而介紹一種性價(jià)比高,耐腐蝕性能優(yōu)良的新型煙囪——玻璃鋼煙囪,目前這類煙囪是電廠煙囪內(nèi)壁玻璃鋼防腐工程施工蝕的明智選擇.
2.電廠煙囪腐蝕的機(jī)理
2.1煙囪內(nèi)壁防腐公司的運(yùn)行工況
性.首先,對(duì)煙囪而言,低濃度稀硫酸液比高濃度的酸液腐蝕目前,我國電廠煙囪主要有以下三種運(yùn)行工況:
1)排放未經(jīng)脫硫的煙氣.進(jìn)入煙囪的煙氣溫度在120℃～130℃左右,煙囪內(nèi)壁處于干燥狀態(tài),煙氣對(duì)煙囪內(nèi)壁材料僅產(chǎn)生相當(dāng)輕微的氣態(tài)腐蝕.目前,隨著國家環(huán)保新政的出臺(tái),該種運(yùn)行工況已基本不允許.我們稱此這種工況的煙氣為"干煙氣",排放"干煙氣"的煙囪為"干煙囪".
2)排放經(jīng)濕法脫硫處理的煙氣,煙氣經(jīng)GGH系統(tǒng)加熱.進(jìn)入煙囪的煙氣溫度在70℃～80℃左右,煙囪內(nèi)壁有輕微結(jié)露.根據(jù)排放煙氣成分、機(jī)組的負(fù)荷情況、脫硫系統(tǒng)GGH性能等條件的不同,結(jié)露狀況將有所變化.我們稱此這種工況的煙氣為"半濕煙氣",排放"半濕煙氣"的煙囪為"半濕煙囪".
3)排放經(jīng)濕法脫硫處理的煙氣,無GGH系統(tǒng).進(jìn)入煙囪的煙氣溫度在45℃左右,煙囪內(nèi)壁有嚴(yán)重結(jié)露,沿筒壁有結(jié)露液流淌.我們稱此這種工況的煙氣為"濕煙氣",排放"濕煙氣"的煙囪為"濕煙囪".
2.2煙囪遭受腐蝕的煙氣條件
煙氣對(duì)煙囪的腐蝕可分為氣態(tài)介質(zhì)腐蝕和液態(tài)介質(zhì)腐蝕兩種情況,我們需特別重視的是液態(tài)介質(zhì)腐蝕.煙囪產(chǎn)生液態(tài)介質(zhì)腐蝕的必要條件是:含有腐蝕性介質(zhì)的煙氣;具備煙氣結(jié)露條件.
上述*種工況的干煙氣對(duì)煙囪的腐蝕以氣態(tài)腐蝕為主,僅早期的單筒鋼筋混凝土煙囪存在一定的液態(tài)介質(zhì)腐蝕情況.早期電廠常采用單筒鋼筋混凝土煙囪這種***簡單的煙囪型式.由于單筒煙囪混凝土內(nèi)壁處的溫度T2一般低于-溫度,在正壓的作用下,有部分煙氣通過磚內(nèi)襯的縫隙到達(dá)混凝土內(nèi)壁處結(jié)露,對(duì)煙囪產(chǎn)生腐蝕.當(dāng)采用套筒式煙囪后,已能有效防止干煙氣對(duì)煙囪的腐蝕.而排放半濕煙氣和濕煙氣的煙囪則具有產(chǎn)生液態(tài)介質(zhì)腐蝕的可能.
2.3濕法脫硫工藝對(duì)煙氣的影響
在燃煤電廠中煙氣中的SOx、NOX是主要的空氣污染物,濕法脫硫后,煙氣中90%以上的SO2被有效除去,但是該脫硫工藝對(duì)煙氣中SO3脫除效率并不高(僅20%左右).相關(guān)研究表明,經(jīng)濕法脫硫的煙氣中含有SO2,SO3,HCl和H2O等成分.煙氣的溫度和-是***重要的結(jié)露條件.脫硫后的煙氣溫度一般為45～50℃,該煙氣或直接從煙囪排放,或通過GGH裝置加熱到80℃左右,再經(jīng)煙囪排放.脫硫后煙氣的-與其H2SO4和水的含量有關(guān),其中H2SO4對(duì)煙氣的-影響很大.在一般情況下脫硫效率90%時(shí)酸性煙氣的-為83.5～94.2℃,脫硫效率95%時(shí)酸性煙氣的-約為76.5～87.4℃.
從以上數(shù)據(jù)可以看出,對(duì)上述"濕煙囪"運(yùn)行工況,煙氣溫度遠(yuǎn)低于其-溫度,因此濕煙氣在煙囪內(nèi)壁凝結(jié)成大量含硫酸的冷凝水順著內(nèi)壁向下流動(dòng),形成動(dòng)態(tài)腐蝕.這種不斷流動(dòng)的酸液將煙囪內(nèi)筒表面腐蝕后形成的鹽類不斷沖走,不會(huì)在表面形成屏蔽隔離作用的保護(hù)層,因此腐蝕速度不會(huì)隨時(shí)間變化而減緩,這種動(dòng)態(tài)腐蝕造成的危害比同條件下處于靜態(tài)的酸液要大得多.煙囪的環(huán)境特點(diǎn)也決定了煙氣結(jié)露酸液的強(qiáng)腐蝕性.首先,對(duì)煙囪而言,低濃度稀硫酸液比高濃度的酸液腐蝕性更強(qiáng),其次,酸液的溫度在40-80℃時(shí),對(duì)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性特別強(qiáng),以鋼材為例,40-80℃時(shí)的腐蝕速度比在其它溫度時(shí)高出約3-8倍.所以該工況下煙囪內(nèi)壁腐蝕環(huán)境非常惡劣.
對(duì)于"半濕煙囪"運(yùn)行工況,煙氣溫度比-略低或接近,此時(shí)結(jié)露較輕,但實(shí)驗(yàn)觀察到煙囪壁上仍有明顯的水膜存在.該水膜在不斷的蒸發(fā)與吸收中,煙氣中的酸成分逐漸累積,造成水膜內(nèi)酸濃度的升高,因此雖然此時(shí)煙氣溫度較高,但由于酸濃度的增加同樣對(duì)煙囪內(nèi)壁造成腐蝕.
3.電廠水泥煙囪內(nèi)筒型式的選擇
對(duì)于濕法脫硫且無GGH裝置的電廠工程,應(yīng)特別重視煙囪內(nèi)筒防腐問題.內(nèi)筒型式的選擇,必須充分考慮內(nèi)筒的耐腐蝕性能、使用壽命、檢修便利等技術(shù)指標(biāo),也要考慮造價(jià)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo).濕煙囪內(nèi)筒材料其材質(zhì)必須具有以下必要性能:良好的耐化學(xué)腐蝕性;必要的耐熱性及機(jī)械性能.
目前國內(nèi)經(jīng)常采用的內(nèi)筒方案有:1)鋼內(nèi)筒內(nèi)側(cè)襯Henkel防腐玻璃磚;2)鋼內(nèi)筒內(nèi)側(cè)襯防腐玻化磚;3)復(fù)合鈦板.上述方案均存在不足之處:方案1)效果較好,但是施工難度大,施工質(zhì)量控制要求很高,且材料主要靠進(jìn)口,施工周期也較長;方案2)用國產(chǎn)材料代替了進(jìn)口材料,但從已實(shí)施的工程來看,效果并不是很好;方案3)造價(jià)高昂,同時(shí)內(nèi)筒體系也存在焊接接頭、膨脹節(jié)等薄弱部位,成為腐蝕發(fā)生的源頭.基于此,本文重點(diǎn)介紹整體玻璃鋼內(nèi)筒新型煙囪內(nèi)筒方案.
4.玻璃鋼煙囪內(nèi)筒
4.1玻璃鋼內(nèi)筒的特點(diǎn)煙囪內(nèi)壁玻璃鋼防腐工程施工
玻璃鋼(FRP)由有機(jī)的耐高溫樹脂和纖維組成,具有很好的耐腐蝕性.根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》所列材料防腐蝕性能表,樹脂類材料具有較好的耐多種化學(xué)介質(zhì)腐蝕能力.從機(jī)械性能看,玻璃鋼是各向異性的材料,其環(huán)向彈性模量6,900～22,000MPa,軸向彈性強(qiáng)度設(shè)計(jì)值約6.9MPa.
煙氣溫度對(duì)玻璃鋼造價(jià)和性能有很大影響,耐高溫要求越高,材料成本將會(huì)快速上漲.且隨著溫度的升高,玻璃鋼的耐腐蝕性能及使用壽命將會(huì)降低.本工程脫硫不設(shè)旁路且不上GGH,進(jìn)入煙囪的煙氣溫度在45℃左右,屬低溫?zé)焽?采用玻璃鋼(FRP)作為煙囪內(nèi)筒材料非常適合.
整體玻璃鋼(FRP)煙囪在脫硫煙囪方面應(yīng)用是一個(gè)發(fā)展方向.玻璃鋼復(fù)合材料具有耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、使用壽命長、輕質(zhì)、熱率導(dǎo)低、強(qiáng)度高、可承受高的熱應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn),已成為燃煤電廠煙氣脫硫排煙冷卻塔煙道、噴淋管、除霧器、漿液管道等設(shè)備的***佳選材.
4.2國內(nèi)電廠煙囪采用玻璃鋼內(nèi)筒的可行性
電廠的脫硫濕煙囪采用玻璃鋼內(nèi)筒在國外已有較多實(shí)例,但國內(nèi)由于脫硫項(xiàng)目起步較晚,還沒有電廠玻璃鋼高煙囪(高度超過200m)投運(yùn)的實(shí)例,也沒有玻璃鋼煙囪相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),據(jù)了解,國內(nèi)有幾個(gè)小型電廠采用了玻璃鋼煙囪方案,而在煙塔合一的電廠工程中,玻璃鋼用作排煙道的實(shí)例已有好幾個(gè).擴(kuò)展到化工、鋼鐵等-領(lǐng)域,玻璃鋼(FRP)應(yīng)用于洗滌塔、煙道、煙囪的時(shí)間已超過40年.玻璃鋼整體煙囪用做火電廠濕法脫硫后的套筒濕煙囪內(nèi)筒在技術(shù)上是可行性的.
1)玻璃鋼材料的不斷進(jìn)步.冶建總院早在1965年～1976年之間,在我國玻璃鋼技術(shù)剛剛起步時(shí),所研制的玻璃鋼煙囪,就能夠在腐蝕性比現(xiàn)在的濕法脫硫后的煙氣的腐蝕性嚴(yán)重得多的環(huán)境中,安全使用達(dá)15年之久而未見損壞.在防腐蝕新材料不斷進(jìn)步的今天,完全有能力做好排放濕煙氣用的玻璃鋼煙囪.
國內(nèi)某單位研制的玻璃鋼用樹脂,其長期液態(tài)使用溫度可達(dá)140℃,短期可達(dá)180℃,耐腐蝕性能則為:可耐30～40%的苯、40～50%的硫酸與15～18%的氫氧化鈉在120～140℃的交替作用.從材料的防腐蝕性能來說,用于濕法脫硫后的煙氣排放,其防腐蝕性能、耐溫性能擁有巨大的裕量空間.
2)玻璃鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷完善.玻璃鋼作為一種在力學(xué)性能上的各向異性材料,在其出現(xiàn)初期,對(duì)它的各方面的特性還認(rèn)識(shí)不足,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要么留下了過大的裕量,造成浪費(fèi);要么剛度不足,導(dǎo)致各種問題.但是,該材料經(jīng)過近50年的不斷研究、探索,對(duì)其力學(xué)性能已基本掌握,各類玻璃鋼材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝設(shè)計(jì),已不存在問題.
在結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性方面,玻璃鋼材料與傳統(tǒng)上的金屬材料相比,擁有巨大的優(yōu)勢(shì):玻璃鋼的比抗拉強(qiáng)度高于優(yōu)質(zhì)合金鋼,我們可以在其需要高強(qiáng)度的方向上,很方便地達(dá)到使用要求;玻璃鋼的弱點(diǎn)在于剛度不足,但是,我們可以利用其結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性,在剛度不足的部位或者方向上設(shè)計(jì)出加強(qiáng)筋、中空結(jié)構(gòu)、變形結(jié)構(gòu)等,來提高其整體剛度.例如,我國當(dāng)前航天飛行器的頭錐,均是采用碳纖維玻璃鋼材料制造,在火箭升空時(shí)超過7.8km/s的極高速度飛行時(shí),完全可以抵擋空氣產(chǎn)生的超高氣壓而不產(chǎn)生破壞,可見我國當(dāng)前的玻璃鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù),對(duì)于濕法脫硫后的濕煙筒內(nèi)筒設(shè)計(jì)來說,無任何困難.
3)玻璃鋼制造技術(shù)方面的飛躍,為整體玻璃鋼套筒的制造提供了保障.早在近40年前,冶建總院的技術(shù)人員就可利用手糊法制造出40m高的無支撐玻璃鋼煙囪,并且安全使用11年而未見損壞.在近30年前,采用自制纏繞設(shè)備,生產(chǎn)出尺寸達(dá)Φ2500×102,000mm的整體玻璃鋼煙囪,安全使用15年之久未見損壞.當(dāng)前,我們?cè)诖笮突剞D(zhuǎn)體玻璃鋼構(gòu)件的制作方面,均采用電腦控制的自動(dòng)纏繞設(shè)備.
4)現(xiàn)場安裝技術(shù)問題.玻璃鋼的抗拉強(qiáng)度決定于玻璃纖維,制造成玻璃鋼后,沿纖維方向上的抗拉強(qiáng)度可達(dá)300MPa以上;玻璃鋼的抗壓強(qiáng)度決定于樹脂,樹脂固化后的抗壓強(qiáng)度一般在80MPa以上.根據(jù)以前的工程經(jīng)驗(yàn),玻璃鋼煙囪的自支撐高度可達(dá)40m左右,而實(shí)際上,混凝土外筒的吊裝鋼平臺(tái)間距完全可以小于40米,因此,無論采取懸掛法或者是下支法安裝玻璃鋼煙囪內(nèi)筒,在玻璃鋼煙囪的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度方面,均不存在問題.
對(duì)于玻璃鋼煙囪的安裝就位問題,我們一般是將玻璃鋼制造成為10m左右的長度,采取普通鋼管內(nèi)筒的頂升或者提升方式,在將玻璃鋼煙囪升***裝高度后,用樹脂、玻璃纖維布帶以及配套的接頭,將兩根玻璃鋼管道連接起來,并通過混凝土外筒的鋼平臺(tái)加以固定,隨即進(jìn)行下一節(jié)玻璃鋼管的安裝施工.
5)玻璃鋼管道的特殊優(yōu)點(diǎn)——內(nèi)壁摩擦力極小,絕熱性能好.玻璃鋼管道由于采用特殊模具加工而成,使得玻璃鋼管道的內(nèi)壁極為光滑,表面粗糙率可低至0.008,其水流摩阻損失系數(shù)f為0.000915,較鋼管(f=0.00179)能顯著減少沿程的流體壓力損失,提高輸送能力20%以上,非常有利于高含水煙氣的流動(dòng)、排放.此外,玻璃鋼材料的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼材的0.5%左右,可以節(jié)省保溫費(fèi)用.在原材料的防腐蝕性能、耐溫性能有著巨大性能裕量,設(shè)計(jì)技術(shù)完全可滿足需要,加工制造技術(shù)用上電腦控制的今天,采用玻璃鋼做套筒濕煙囪內(nèi)筒,是完全可行的.
玻璃鋼煙囪方案所存在的問題主要在于國內(nèi)缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)一系列計(jì)算方法和設(shè)計(jì)參數(shù)還需要研究.比如,玻璃鋼內(nèi)筒的熱、力學(xué)計(jì)算問題,厚度如何確定,樹脂與纖維的組分比例,膨脹節(jié)的位置及間距,鋼平臺(tái)的支撐連接方式,細(xì)部節(jié)點(diǎn)做法等.這些問題,都將隨著工程實(shí)踐的展開逐步得到解決.
5.總結(jié)
對(duì)于濕法脫硫的電廠煙囪,采用玻璃鋼內(nèi)筒具有造價(jià)相對(duì)較低、防腐性能優(yōu)異、耐久性好的優(yōu)點(diǎn),隨國內(nèi)工程實(shí)踐的逐步開展,玻璃鋼煙囪在設(shè)計(jì)、制作等方面的問題將逐步得到解決,這一新型的煙囪型式存在巨大的發(fā)展空間.
