华润电力控股有限公司 518001
1 概述
某大型热电厂工程建设2×300MW亚临界发电机组。除尘方式采用电除尘器除尘，并对烟气采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺进行脱硫，脱硫系统不设置烟气加热系统GGH，不设置烟气旁路，两台机组共用一座烟囱。
从2009年以后对国内烟囱运行状况的调研情况来看，经脱硫正常运行后排放湿烟气的烟囱排烟筒内冷凝酸液量比较大，多个电厂的烟囱出现了较为严重的腐蚀渗漏现象，造成有些工程在机组运行一到两年内，就开始对烟囱排烟筒防腐层结构进行改造或维修。因此本工程烟囱设计为两台炉各用一个排烟外筒，采用套筒式双排烟筒烟囱型式，这样避免两台机同时停机的状况发生，可以保证电厂的正常发电。
针对这一情况，本文根据工程实际对烟囱的双排烟筒设计方案进行研究论证，特别是对排烟内筒采用悬吊式玻璃钢内筒、混凝土外筒采用变径和等直径的方案，重新进行技术经济比较，以确定安全、可靠、经济合理的设计方案，确保机组长期安全运行。
2 烟囱主要设计数据
2.1 厂址基本参数
抗震设防烈度： 6度
设计基本地震加速度值 0.05g
基本风压： 0.512kPa（百年一遇）
建筑场地类别： Ⅲ类
场地土类型： 中软土
3 湿法脱硫烟气的特点及烟囱结构形式设计的必要性
3.1 烟囱的运行工况
本工程在不设置GGH的情况下，经湿法脱硫的烟气进入烟囱的运行工况如下：
工况一：当两台炉脱硫正常运行时，进入烟囱的烟气温度50℃左右，由于脱硫后烟气温度降低，导致烟囱自拔力下降，不足以克服烟囱本身的阻力，烟囱处于正压运行状态，烟气在排烟筒内壁会产生严重的结露现象。
工况二：当两台炉脱硫正常运行，负荷降低到65%以下或只有一台炉运行时，烟囱处于负压运行状态。
3.2 脱硫后烟气的特点及腐蚀性
烟气采用湿法脱硫工艺，可使烟气中SO2的含量大大减少（脱除效率≥95%），但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3脱除效率并不高，仅20～30%左右。因此，烟气脱硫后，虽然能使大气环境得到改善，但对烟囱的腐蚀隐患并未完全消除，而且对烟囱抗腐蚀性能提出了更高要求。脱硫后的烟气环境变得低温、高湿，烟气的含水量增大，SO2、SO3与水作用，将在烟囱内壁出现结露现象。
脱硫后烟气对烟囱的腐蚀性主要表现在：
1）烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在将加剧其腐蚀程度，腐蚀等级（按化学腐蚀等级划分）为高级。
2）烟气凝结液中酸的含量虽然不高，但渗透性较强，对烟囱结构有很强的腐蚀性。
烟气中的氯离子遇到水蒸气形成氯酸，其化合温度为60℃，当低于氯酸露点温度时，会产生严重的腐蚀。
3）酸液的温度在40-80℃时，对结构材料的腐蚀性特别强。以钢材为例，40-80℃时的腐蚀速度比在其他温度时高出约3-8倍。
4）脱硫后烟气温度低，上抽力小，流速低，容易产生烟气聚集，并对排烟筒内壁产生正压力，加剧了烟气外渗，使其腐蚀性增强。
3.3 烟囱设计相关规范规定
3.3.1“国际工业烟囱协会（CICIND）”的设计标准
“国际工业烟囱协会（CICIND）”的设计标准指出：燃煤电厂脱硫烟囱虽然在脱硫过程中已除去了大部分的二氧化硫，但在脱硫后，烟气湿度通常较大，温度很低，且烟气中单位体积的稀释硫酸含量相应增加。因而，处于脱硫系统下游的烟囱，其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性烟气等级，故烟囱应按强腐蚀性类型设计。
3.3.2《烟囱设计规范》和《火力发电厂土建结构设计技术规定》规定
《烟囱设计规范》GB50051-2002第10.2.2条和电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022-93第7.4.4条都要求：当排放强腐蚀性烟气时，宜采用多管式或套筒式烟囱结构型式，即把承重的钢筋混凝土外筒和排烟内筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触。
4 本工程烟囱型式
根据提出采用悬吊式玻璃钢内筒烟囱形式。
FRP（Fiberglass Reinforced Plastics）即纤维增强塑料，俗称玻璃钢。通常是由高强度的玻璃纤维和树脂复合而成的兼具结构性和功能性的新型复合材料，玻璃纤维提供FRP的强度和刚性，树脂提供FRP的耐化学性和韧性。
玻璃钢（FRP）内筒材料：呋喃树脂、阻燃环氧乙烯基树脂、玻璃纤维及织物、促进剂、固化剂等。材料决定烟囱性能。
首先玻璃钢烟囱耐腐蚀能力较强，美国燃煤电厂脱硫始于20世纪70年代，大规模开始于80年代；在初期，美国电厂基本上沿用他们早期不脱硫状态下的防腐蚀方式：呋喃树脂胶泥砌筑陶瓷耐酸砖（Ceramic Acid Brick），但是，由于脱硫后烟气条件的改变导致出现了一些严重腐蚀事故，再加上建造费用较高，80年代以后的新建项目很少采用；
后来也先后采用过C‐276等昂贵的金属合金、发泡玻璃砖、涂料等许多方案，均不是很理想。美国目前新建项目主要采用玻璃钢内筒，约占85%；
另外根据国内外的玻璃钢烟道、罐体工程经验，呋喃树脂玻璃钢整体排烟筒的综合工程造价是钛合金复合钢板的60％左右，但比砌筑耐酸砖排烟筒高出16％左右。烟气脱硫，发展清洁能源是大势所趋。玻璃钢复合材料具有天然的低温防腐优势，十分适合燃煤电厂脱硫后的湿烟囱采用。
玻璃钢排烟内筒的筒体结构由内衬防腐蚀层、结构层（提供主要力学性能）、外表面层（防紫外线、抗老化）组成。
耐腐内衬层的制作：耐腐内衬层是由表面毡、喷射纱、内衬树脂组成的富树脂层，树脂含量为90％以上，其气密性好、光洁度高，具有防渗防腐的作用。
耐腐层铺层顺序如下：碳纤维表面毡：树脂含量不小于92％，30g／㎡；玻璃表面毡：树脂含量不小于92％，30g／㎡；喷射纱：树脂含量不小于75％，2400TEX。
最内层铺设碳纤维表面毡层（0.25mm厚）以提供导电连续性，防止静电积聚，避免其他施工人员的触电危险。玻璃纤维表面毡层（0.25mm厚）是一层富树脂层（树脂含量90％以上），提供优异的耐腐蚀性能。次内层为玻璃纤维喷射短切纱层（1.0mm／层），树脂含量70％以上，用来形成防腐层。
FRP烟囱结构层的制作：FRP烟囱的结构层是提供力学性能的主要功能层，用纤维浸润结构树脂后环向缠绕配合单向布交替缠绕成型（具体依据工艺设计），树脂含量为30％～40％。作用是承受各种应力及外载荷。缠绕时需注意玻璃纤维纱的张力控制，始终保持适当张力以保证缠绕制品质量，在缠绕时用压板及毛刷将纤维压实，并驱赶气泡，以保证产品的气泡数量在质量控制的范围之内。每层纤维相邻两幅须有一定尺寸的搭接，以保证相邻两幅之间无间隙。在整个结构层的缠绕过程中应该每间隔5min进行一次产品的温度测量（红外线测温仪）。在缠绕之前应该对固化树脂体系进行凝胶时间测试，以便及时的对因为环境温度的变化引起的凝胶时间的影响做出相应的固化树脂体系进行改变。
FRF烟囱外表层的制作：外保护层由表面毡及树脂胶衣组成，树脂胶衣中加入抗老化剂和紫外线吸收剂，树脂含量达90％以上，起到保护结构层的作用，延长设备的使用寿命。6）FRP烟囱首段的保温及耐候处理。外保护层，主要由表面毡和加入抗老化剂和紫外线吸收剂的树脂缠绕成型，树脂含量达90％以上，起到外保护作用，延长烟囱的使用寿命。
在每段管道缠绕过程中按要求预埋吊耳，以便脱模、吊装及组装定位使用。按设计要求，在每段FRP管道外层对应位置安装制作加强筋。加强筋采用半圆缠绕成型，加强筋间距按设计要求执行
目前的玻璃钢烟囱多采悬吊式，用液压顶升装置，分段顶升。
如果采取分段悬吊，则每段烟囱之间设置膨胀节。在钢平台处设置悬吊装置牛腿。若为整体悬吊则要对每段玻璃钢烟囱的接口进行着重处理。
5 本工程烟囱结构设计造价比较
根据前面所述，本工程烟气经过湿法脱硫后，在不设置GGH的情况下，依据华润电力初设审查意见，采用悬吊式玻璃钢内筒方案，确定三种烟囱结构型式：
1）双套筒变直径混凝土外筒
2）双套筒等直径混凝土外筒
3）单排烟筒方案
对以上三种方案进行造价比较，详见下表：
注：以上结果均为初步估算。
6 结论
通过上述各方面论证及技术经济比较，我们可以得出如下结论：
双排烟筒烟囱比单排烟筒烟囱造价较高，造价高出60%~70%。其中双玻璃钢内筒要比单排烟内筒造价高出500多万，外筒造价高出166万和259万，本次烟囱内筒型式为悬吊式，所以钢平台量较大，分别比单排烟筒烟囱高出272万和426万，由于上部混凝土增加导致基础和桩基量也相应增加，分别高出107万和246万。
对于双排烟筒采用等直径外筒比变直径外筒造价较高。其中外筒造价高出93万，钢平台造价高出154万，基础和桩基造价高出139万元。
作者简介：陆晓明，华润电力控股有限公司，518001。
论文作者:陆晓明
论文发表刊物:《电力技术》2016年第8期
论文发表时间:2016/10/20
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