烟囱结构选型及防腐材料的选择

l 脱硫工艺简况及对烟囱的影响

: ]& n$ W% \- |# w  B) F' f

1.1 脱硫工艺简况

1 ]+ r" @$ J9 v" f0 o. W" [湿法脱硫工艺主要流程是：锅炉的烟气从引风机出口侧的烟道接口进人烟气脱硫(FGD)系统。在烟气进人脱硫吸收塔之前，通过烟气一烟气加热器(GGH)，将烟气的热量传输给吸收塔出口的烟气，使吸收塔人口烟气降低，有利于吸收塔安全运行，同时吸收塔出口的清洁烟气则由GGH 升温换热，使烟气温度升高，有利于烟气排放。经过GGH 加热器加热后烟气温度一般在80 C左右，可使烟囱出口处达到更好的扩散条件和避免烟气形成白雾。GGH 之前设增压风机， 以克服脱硫系统的阻力，加热后的清洁烟气靠增压风机的传送排人烟囱。在锅炉启动过程或脱硫装置因故障而解列时，烟气可不进人脱硫装置，而通过旁路烟道进人烟囱排向大气。

7 q! w8 o- `8 _" ^) v5 v( [

1．2 脱硫对烟囱的影响

    烟气经过脱硫后，虽然进人烟囱的二氧化硫含量大大减少，但是，由于经湿法脱硫后，烟气湿度增加，烟气温度降低，极易在烟囱的内壁结露形成腐蚀性很强的酸液。调查发现，脱硫烟囱的烟气有以下特点：水分含量高，湿度很大；温度低，一般在80 C左右；含有低温氟化物和硫酸，对烟囱结构有很强的腐蚀性；酸液的浓度低。由于脱硫烟囱内烟气的上述特点，对烟囱设计有如下影响：烟气湿度大，在烟气压力和湿度梯度的双重作用下，使烟囱内侧结构致密度差的材料易遭到腐蚀，影响结构耐久性。

* ~( N1 f$ `2 g6 k+ \+ x

( l% Z; e4 C* Z" B, Y
b． 低浓度酸液比高浓度酸液的腐蚀性更强。

C．酸液的温度在40～80 C时，对结构材料的腐蚀性更强。以钢材为例，40~80 C时的腐蚀速度比在其它温度时高出约3～8倍。

, F1 [( d% W6 f) T1 J

/ b' T/ u) a' z
由此可知，排放脱硫烟气的烟囱比排放普通烟气的烟囱对防腐蚀设计要求更高。

# S; r. n4 J( h: v0 a7 ^9 h* U, L

2 某电厂一期工程烟囱方案选择

$ C  u8 f, I3 f% @) r& f' O

2．I 脱硫后电厂烟囱型式的选择

7 k3 H9 ]5 \; I7 l! H9 q
   多年的实际调查表明，我国广泛采用的单筒钢筋混凝土烟囱在排放未脱硫烟气的情况下，普遍存在着下列问题：a．温度裂缝宽而密，宽度通常在0．300～0．1 mm，个别高达10 mm，裂缝贯穿筒壁，大大超过了规范要求；b．烟气酸腐蚀严重，内衬和钢筋被腐蚀，混凝土碳化，一些烟囱有腐蚀物渗出。在温度裂缝和酸腐蚀的反复交互作用下，烟囱的使用寿命受到严重影响。脱硫工艺的采用，使排烟温度相对降低，烟气更容易结露形成腐蚀性很强的酸液，因而，采用这类烟囱结构的裂缝和腐蚀问题将变得更加突出。

% w( J) d/ u/ }+ O3 u- ]为此，人们进行了大量的探索，许多结构合理的新型烟囱，如多管式烟囱，在工程设计中开始采用。排烟管与承重筒分开布置，消除了烟气温度对承重筒的影响，避免了烟气对承重筒的腐蚀。近年来，大型火力发电厂总的趋势是采用多管式烟囱，多筒结构将使电厂中烟囱总数减少，较大地增加烟气的抬升高度，减少烟气对周围环境的影响。多管式烟囱的1个筒接通1台锅炉，当1个排烟筒产生故障时，不致影响其它锅炉。此外，多管式烟囱保证了良好的管理和运行条件，用平台和起重电梯就能维修，而不必断开其余排烟筒。但多管式钢内筒烟囱造价较普通钢筋混凝土烟囱高。多管式烟囱由外筒、内筒、平台和附属设施等部分组成。外筒一般采用钢筋混凝土结构，内筒根据不同条件可采用耐酸砖、钢材、耐酸合金或耐腐蚀有机材料等， 为施工方便一般平台采用钢结构。

2．2 单筒钢筋混凝土烟囱

    方案1：单筒钢筋混凝土烟囱。一般单筒钢筋混凝土烟囱内衬都采用砖和砂浆砌筑，保温材料也采用块状材料。烟囱内衬和保温层的结构整体性相对较差，烟气很容易从这些砖砌体和保温块的缝隙中渗透到筒壁的内表面。块形材料组成的内衬保温层不很理想，那么必然会想到烟囱改用整体式内衬的可能性。国内某些单位联合研制的BSJ—Y1，是一种轻质、高强、防腐和隔热性能较好的整体浇筑式新材料。烟囱由钢筋混凝土外筒和BSJ—Y1整体浇筑式内筒组成。

* `/ h9 k0 S7 Y' p, x' }8 I$ C% L
该型式烟囱在东北地区未脱硫电厂有几个应用实例，在建的广西合山电厂300 Mw 机组为脱硫机组，也计划采用。

- o/ x6 h6 g) A) ?( w2 Q+ A

2．3 多管式钢内筒烟囱

   方案2：多管式钢内筒烟囱。2台炉1座多管式钢内筒烟囱，每炉设1个直径6 m 钢排烟囱，烟内筒烟囱高度240 m。钢筋混凝土外筒高230 m，外筒上口直径约为16．2 m，壁厚300 mm，下口直径约为25．9 m 壁厚700 nlnl。目前我国设计的600MW 机组电厂多采用此类型烟囱。此类烟囱内垂直交通问题，国内设计一般仅考虑设置钢梯，不设置电梯。

    钢内筒直接支呈于烟囱零米地面标高处，该方法在国内外电厂烟囱工程中应用较为普遍，国内均采用此支承方式。烟囱内部沿高度每隔30～40 m布置一个钢结构平台，作为检修工作平台。钢排烟内筒外侧设置厚度80 mm 保温层，烟囱顶部平台以上部位的钢内筒保温层外须用不锈钢板包裹。根据烟囱内筒选用材料的不同，多管式钢内筒烟囱可分为如下2种方式。

2．3．1 方式1：钢内筒内浇筑防腐材料

   钢内筒由厚度为10～18 mm 的钢板卷成弧形后焊接而成。钢内筒外面沿高度每6 m 左右间隔设置1个刚性环(T型钢或加劲角钢)。在检修平台和吊装平台标高处设有钢内筒稳定装置，以保证钢内筒的横向整体稳定。钢内筒采用耐硫酸露点腐蚀钢腐蚀富裕度。

0 q% }! ?& B4 M! ^5 ^8钢内筒采用表面浇筑一层厚度为60mm 的耐腐蚀轻质细颗粒混凝土防腐层。轻质细颗粒混凝土酸陶粒和陶瓷，轻质细颗粒混凝土防腐层内配有钢筋网，并与钢内筒有锚筋联结。

2．3．2 方式2：钢内筒内衬钛板

* U- i$ H& O  [0 L# Q钢内筒由厚度为10～16 mm 的钛复合钢板卷成弧形后焊接而成。钢内筒外面沿高度每6 m左右间隔设置一个刚性环(T型钢或加劲角钢)。在检修平台和吊装平台标高处设有钢内筒稳定装置，以保证钢内筒的横向整体稳定。内筒结构设计计算时，不必预留腐蚀裕度，内侧也不必采取防腐措施。主要工程量及烟囱总造价见表1。

/ w  V/ K4 z8 ?& `! M: Z( b. v- 国内台塑集团福建漳州后石电厂6台600Mw机组、在建的常熟电厂2台600 Mw 机组采用钛复合钢板，江苏镇江电厂也拟采用钛复合钢板， 国内脱硫电厂应用这一方案较

3 方案技术经济比较

$ B0 ?: C/ W9 L7 p4 ?  v1 f
    单筒钢筋混凝土烟囱方案投资在各方案中最低。从采用BSJ—Y1整体浇筑式内筒烟囱的广西合山电厂、黑龙江鸡西电厂现场调查发现，BSJ—Y1内衬浇筑料本身存在较大的收缩和徐变。尽管在内衬的内表面沿环向和竖向，每隔约1 m 距离应设置一条温度伸缩缝， 以减少温度应力，但在2电厂施工现场还发现内衬有几处较大的水平缝。内衬设置温度伸缩缝后，该缝一般在收缩和徐变过程中会贯穿到钢筋混凝土筒壁，在该处的防腐蚀又成为薄弱环节，在具体构造上也较难处理。广西合山电厂、黑龙江鸡西电厂对些缝均未作处理对排放脱硫烟气的烟囱， 内壁结露形成腐蚀性的硫酸将会由此缝腐蚀钢筋混凝土外筒。此外， 内衬运行过程中的温度胀缩．以及内衬和筒壁之间的摩擦力等，其各种因素的综合作用，完全有可能使内衬产生其它裂缝。由于是2炉合用1只单筒烟囱，因而维护困难。综上所述，对于这样重要的电厂在湿法脱硫烟囱的运行条件下，单筒钢筋混凝土烟囱方案不是最合适的。

4 ]* v' u2 _' }9 m& z* U
    多管式钢内筒烟囱是目前国际上通用的一种电厂烟囱型式，国外于上个世纪60年代就开始采用。它的主要优点是：结构自重轻，气密性好，烟气流速稳定，烟气扩散效果好，便于维护检修，结构温度应力小，可避免钢筋混凝土外筒出现裂缝和腐蚀，提高电厂烟囱的整体耐久性能。多管式钢内筒烟囱的结构形式是脱硫后电厂烟囱首选方案之一。多管式钢内筒烟囱造价较普通钢筋混凝土烟囱要高。多管式钢内筒烟囱的钢内筒采用浇筑防腐衬料方案，投资在多管式钢内筒烟囱方案中最低，较单筒钢筋混凝土烟囱方案投资要高。国内北仑港电厂1号、2号2台600MW 机组(未脱硫)采用此方案，西北电力设计院设计的韩城第二发电厂新建600MW 机组(脱硫)也采用此方案，但还在防腐衬料内侧贴陶瓷耐酸板。采用此方案，防腐衬料的施工条件较差，质量控制较难。而且设计上对防腐衬料要求较高，不允许产生细微的裂缝，以免烟气渗入对烟囱钢内筒产生腐蚀。由于烟气不可避免地对防腐衬料产生腐蚀，此类烟囱需定期对钢内筒进行检修和维护。根据El本的经验，一般1O多年就需对防腐衬料进行修补。多管式钢内筒烟囱， 钢内筒内衬钛板方案投资在各方案中最高。采用该方案一次投资较高，但由于内衬钛板的高耐腐蚀性能，在电厂的设计运行周期内，对烟囱钢内筒不用进行大量的维护工作。

4 结 论

! ?( G% e) S: x% ~
1、单筒钢筋混凝土烟囱造价最低，但在烟气湿法脱硫运行条件下， 烟囱的安全性能最低，本工程不宜采用。

2、钢内筒内衬钛板，耐腐蚀性能最好，国内外脱硫电厂有较多应用实例，但投资较高。本工程建议采用此方案。

*3、钢内筒内浇筑防腐衬料投资较低，但施工条件料进行检查修补，但不影响机组的正常运行。本工程如因投资因素不能采用钢内筒内衬钛板的情况下，可采用此方案。