1. 概述
電廠水泥煙囪內壁防腐公司工程施工的現實意義在于,煙氣對煙囪的液態腐蝕是煙囪遭腐蝕的主要原因.國內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理,進而介紹一種性價比高,耐腐蝕性能優良的新型煙囪——玻璃鋼煙囪,目前這類煙囪是電廠煙囪內壁玻璃鋼防腐工程施工蝕的明智選擇.
2.電廠煙囪腐蝕的機理
2.1煙囪內壁防腐公司的運行工況
性.首先,對煙囪而言,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行工況:
1)排放未經脫硫的煙氣.進入煙囪的煙氣溫度在120℃～130℃左右,煙囪內壁處于干燥狀態,煙氣對煙囪內壁材料僅產生相當輕微的氣態腐蝕.目前,隨著國家環保新政的出臺,該種運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)排放經濕法脫硫處理的煙氣,煙氣經GGH系統加熱.進入煙囪的煙氣溫度在70℃～80℃左右,煙囪內壁有輕微結露.根據排放煙氣成分、機組的負荷情況、脫硫系統GGH性能等條件的不同,結露狀況將有所變化.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)排放經濕法脫硫處理的煙氣,無GGH系統.進入煙囪的煙氣溫度在45℃左右,煙囪內壁有嚴重結露,沿筒壁有結露液流淌.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
煙氣對煙囪的腐蝕可分為氣態介質腐蝕和液態介質腐蝕兩種情況,我們需特別重視的是液態介質腐蝕.煙囪產生液態介質腐蝕的必要條件是:含有腐蝕性介質的煙氣;具備煙氣結露條件.
上述*種工況的干煙氣對煙囪的腐蝕以氣態腐蝕為主,僅早期的單筒鋼筋混凝土煙囪存在一定的液態介質腐蝕情況.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襯的縫隙到達混凝土內壁處結露,對煙囪產生腐蝕.當采用套筒式煙囪后,已能有效防止干煙氣對煙囪的腐蝕.而排放半濕煙氣和濕煙氣的煙囪則具有產生液態介質腐蝕的可能.
2.3濕法脫硫工藝對煙氣的影響
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,但是該脫硫工藝對煙氣中SO3脫除效率并不高(僅20%左右).相關研究表明,經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,再經煙囪排放.脫硫后煙氣的-與其H2SO4和水的含量有關,其中H2SO4對煙氣的-影響很大.在一般情況下脫硫效率90%時酸性煙氣的-為83.5～94.2℃,脫硫效率95%時酸性煙氣的-約為76.5～87.4℃.
從以上數據可以看出,對上述"濕煙囪"運行工況,煙氣溫度遠低于其-溫度,因此濕煙氣在煙囪內壁凝結成大量含硫酸的冷凝水順著內壁向下流動,形成動態腐蝕.這種不斷流動的酸液將煙囪內筒表面腐蝕后形成的鹽類不斷沖走,不會在表面形成屏蔽隔離作用的保護層,因此腐蝕速度不會隨時間變化而減緩,這種動態腐蝕造成的危害比同條件下處于靜態的酸液要大得多.煙囪的環境特點也決定了煙氣結露酸液的強腐蝕性.首先,對煙囪而言,低濃度稀硫酸液比高濃度的酸液腐蝕性更強,其次,酸液的溫度在40-80℃時,對結構材料的腐蝕性特別強,以鋼材為例,40-80℃時的腐蝕速度比在其它溫度時高出約3-8倍.所以該工況下煙囪內壁腐蝕環境非常惡劣.
對于"半濕煙囪"運行工況,煙氣溫度比-略低或接近,此時結露較輕,但實驗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與吸收中,煙氣中的酸成分逐漸累積,造成水膜內酸濃度的升高,因此雖然此時煙氣溫度較高,但由于酸濃度的增加同樣對煙囪內壁造成腐蝕.
3.電廠水泥煙囪內筒型式的選擇
對于濕法脫硫且無GGH裝置的電廠工程,應特別重視煙囪內筒防腐問題.內筒型式的選擇,必須充分考慮內筒的耐腐蝕性能、使用壽命、檢修便利等技術指標,也要考慮造價等經濟指標.濕煙囪內筒材料其材質必須具有以下必要性能:良好的耐化學腐蝕性;必要的耐熱性及機械性能.
目前國內經常采用的內筒方案有:1)鋼內筒內側襯Henkel防腐玻璃磚;2)鋼內筒內側襯防腐玻化磚;3)復合鈦板.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,施工質量控制要求很高,且材料主要靠進口,施工周期也較長;方案2)用國產材料代替了進口材料,但從已實施的工程來看,效果并不是很好;方案3)造價高昂,同時內筒體系也存在焊接接頭、膨脹節等薄弱部位,成為腐蝕發生的源頭.基于此,本文重點介紹整體玻璃鋼內筒新型煙囪內筒方案.
4.玻璃鋼煙囪內筒
4.1玻璃鋼內筒的特點煙囪內壁玻璃鋼防腐工程施工
玻璃鋼(FRP)由有機的耐高溫樹脂和纖維組成,具有很好的耐腐蝕性.根據《工業建筑防腐蝕設計規范》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介質腐蝕能力.從機械性能看,玻璃鋼是各向異性的材料,其環向彈性模量6,900～22,000MPa,軸向彈性強度設計值約6.9MPa.
煙氣溫度對玻璃鋼造價和性能有很大影響,耐高溫要求越高,材料成本將會快速上漲.且隨著溫度的升高,玻璃鋼的耐腐蝕性能及使用壽命將會降低.本工程脫硫不設旁路且不上GGH,進入煙囪的煙氣溫度在45℃左右,屬低溫煙囪,采用玻璃鋼(FRP)作為煙囪內筒材料非常適合.
整體玻璃鋼(FRP)煙囪在脫硫煙囪方面應用是一個發展方向.玻璃鋼復合材料具有耐化學腐蝕性強、使用壽命長、輕質、熱率導低、強度高、可承受高的熱應力等優點,已成為燃煤電廠煙氣脫硫排煙冷卻塔煙道、噴淋管、除霧器、漿液管道等設備的***佳選材.
4.2國內電廠煙囪采用玻璃鋼內筒的可行性
電廠的脫硫濕煙囪采用玻璃鋼內筒在國外已有較多實例,但國內由于脫硫項目起步較晚,還沒有電廠玻璃鋼高煙囪(高度超過200m)投運的實例,也沒有玻璃鋼煙囪相關的技術標準,據了解,國內有幾個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例已有好幾個.擴展到化工、鋼鐵等-領域,玻璃鋼(FRP)應用于洗滌塔、煙道、煙囪的時間已超過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筒在技術上是可行性的.
1)玻璃鋼材料的不斷進步.冶建總院早在1965年～1976年之間,在我國玻璃鋼技術剛剛起步時,所研制的玻璃鋼煙囪,就能夠在腐蝕性比現在的濕法脫硫后的煙氣的腐蝕性嚴重得多的環境中,安全使用達15年之久而未見損壞.在防腐蝕新材料不斷進步的今天,完全有能力做好排放濕煙氣用的玻璃鋼煙囪.
國內某單位研制的玻璃鋼用樹脂,其長期液態使用溫度可達140℃,短期可達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)玻璃鋼結構設計技術的不斷完善.玻璃鋼作為一種在力學性能上的各向異性材料,在其出現初期,對它的各方面的特性還認識不足,在結構設計上要么留下了過大的裕量,造成浪費;要么剛度不足,導致各種問題.但是,該材料經過近50年的不斷研究、探索,對其力學性能已基本掌握,各類玻璃鋼材料的結構設計、加工工藝設計,已不存在問題.
在結構可設計性方面,玻璃鋼材料與傳統上的金屬材料相比,擁有巨大的優勢:玻璃鋼的比抗拉強度高于優質合金鋼,我們可以在其需要高強度的方向上,很方便地達到使用要求;玻璃鋼的弱點在于剛度不足,但是,我們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.例如,我國當前航天飛行器的頭錐,均是采用碳纖維玻璃鋼材料制造,在火箭升空時超過7.8km/s的極高速度飛行時,完全可以抵擋空氣產生的超高氣壓而不產生破壞,可見我國當前的玻璃鋼結構設計技術,對于濕法脫硫后的濕煙筒內筒設計來說,無任何困難.
3)玻璃鋼制造技術方面的飛躍,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,采用自制纏繞設備,生產出尺寸達Φ2500×102,000mm的整體玻璃鋼煙囪,安全使用15年之久未見損壞.當前,我們在大型回轉體玻璃鋼構件的制作方面,均采用電腦控制的自動纏繞設備.
4)現場安裝技術問題.玻璃鋼的抗拉強度決定于玻璃纖維,制造成玻璃鋼后,沿纖維方向上的抗拉強度可達300MPa以上;玻璃鋼的抗壓強度決定于樹脂,樹脂固化后的抗壓強度一般在80MPa以上.根據以前的工程經驗,玻璃鋼煙囪的自支撐高度可達40m左右,而實際上,混凝土外筒的吊裝鋼平臺間距完全可以小于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筒,在玻璃鋼煙囪的抗拉強度、抗壓強度方面,均不存在問題.
對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加以固定,隨即進行下一節玻璃鋼管的安裝施工.
5)玻璃鋼管道的特殊優點——內壁摩擦力極小,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壁極為光滑,表面粗糙率可低至0.008,其水流摩阻損失系數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、排放.此外,玻璃鋼材料的導熱系數只有鋼材的0.5%左右,可以節省保溫費用.在原材料的防腐蝕性能、耐溫性能有著巨大性能裕量,設計技術完全可滿足需要,加工制造技術用上電腦控制的今天,采用玻璃鋼做套筒濕煙囪內筒,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缺乏工程實踐經驗,對一系列計算方法和設計參數還需要研究.比如,玻璃鋼內筒的熱、力學計算問題,厚度如何確定,樹脂與纖維的組分比例,膨脹節的位置及間距,鋼平臺的支撐連接方式,細部節點做法等.這些問題,都將隨著工程實踐的展開逐步得到解決.
5.總結
對于濕法脫硫的電廠煙囪,采用玻璃鋼內筒具有造價相對較低、防腐性能優異、耐久性好的優點,隨國內工程實踐的逐步開展,玻璃鋼煙囪在設計、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展空間.
