摘要：目前在燃煤电厂普遍采用的湿法脱硫工艺使烟囱的防腐设计面临挑战，而 FRP 复合材料则为工程师的设计提供了新的选择。本文对玻璃钢在国内外电力行业烟囱的工程应用情况和标准编制情况进行了评述，分析了玻璃钢在我国湿法脱硫后湿烟囱应用的必要性和经济可行性，展望了玻璃钢在湿烟囱防腐方面应用的广阔前景。
关键词：燃煤电厂；湿烟囱；玻璃钢；防腐
1前言
我国的能源结构主要以煤为主，特别是在电力、冶金等重要工业领域中煤的使用量很大，煤在使用过程中会产生大量SO2。国内外电力企业在运营过程中为了减少SO2的排放量，保证电力能源的清洁均普遍应用到烟气脱硫技术。目前应用最多的工艺方案主要为不设烟气换热器、石灰石-石膏湿法脱硫。在应用烟气脱硫技术过程中所产生的烟气温度约为50℃，且湿度较大。烟气会在烟囱内结露，进而形成冷凝酸液。这些冷凝酸液会对烟囱产生腐蚀作用，这就对烟囱的内衬材料、结构型式提出了更高的要求。玻璃钢凭借其优点逐渐被应用于燃煤电厂湿烟囱中。
2玻璃钢概述
玻璃钢（Fiberglass Reinforced Plastic，缩写为FRP），国外称玻璃纤维增强塑料，是以玻璃纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料，同时具有功能性和结构性。玻璃纤维具有良好的刚性和强度，树脂具有较高的韧性和耐化学性，玻璃钢作为一种复合材料，该材料综合了树脂和玻璃纤维的特性，具有形状及强度可设计性强、质量轻、强度高、绝缘隔热、耐化学腐蚀、耐瞬时高温等诸多优点。玻璃钢的比强度高，疲劳强度为抗拉强度60～90%，适合复杂工况条件。与普通的钢材相比，成型之后的玻璃钢结构层强度无明显差异，但其容重却明显低于普通钢材，仅为普通钢材容重的1/4-1/5，安装方便，同时可以降低对现有混凝土外筒的载荷。通过整体缠绕成型工艺的玻璃钢排烟筒可自承重，也可悬挂，在实际应用过程中具有更强的耐酸防腐性能，没有腐蚀薄弱点。不需维护，使用寿命长，与混凝土烟囱同寿命。材料导热系数低，绝热性好，无需另设保温层。耐酸碱腐蚀能力强，已经广泛地应用于石化、建筑领域。因此玻璃钢特别适用于燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱中。
3玻璃钢烟囱设计标准概况
国外经过多年的研究和工程实践，FRP烟囱和管道结构设计、制造和施工方面的标准逐渐完备。
英国在1973年颁布了玻璃钢容器设计和施工规范BS4994，1987又进行了修订。该规范用于玻璃钢容器和水箱的设计、施工。
美国材料与试验学会在1993年发布了专门用于燃煤电厂玻璃钢排烟筒设计、制作和安装的标准指南ASTMD5364，该标准分别在2002年和2008年进行重新确认。ASTMD5364-08对玻璃钢烟囱的适用工况、选材、设计计算方法、制作安装、质量控制和检验等方面进行了详细的规定，是目前玻璃钢烟囱设计依据的主要规范。该规范明确了FRP烟囱的使用温度限制:最高运行温度90℃不超过2h，最高瞬态温度204℃不超过30min。
国际工业烟囱协会CICIND在2009年4月也发布了玻璃钢排烟筒的模式规范。该规范总结了玻璃钢烟囱研究和工程实践的最新成果，详细规定了玻璃钢烟囱选材、设计计算、质量控制方面的内容，同时给出了FRP排烟筒的设计实例，提供了主要节点的典型工程构造。该规范的出台必将推动玻璃钢烟囱设计和应用的规范化。
国内关于纤维增强塑料材料的试验标准已经完备，但国内对玻璃钢烟囱设计研究相对较少，工程实践也十分有限，目前仍没有专门的规范。玻璃钢结构设计规范主要是化工行业标准《玻璃钢/聚氯乙烯(FRP/PVC)复合管道设计规定》(HG20520-1992)和《玻璃钢化工设备设计规定》(HG/T20696-1999)，这两个标准可供玻璃钢结构设计参考。但玻璃钢烟囱的使用条件和结构特点与化工设备有较大不同，化工行业标准难以直接引用。
4玻璃钢在燃煤电厂湿烟囱的应用情况
4.1国外应用情况
在国外，玻璃钢在燃煤电厂湿烟囱的实际应用始于上个世纪70年代。在美国，截止到2003年玻璃管烟囱在电厂烟囱工程的应用比例已经高达10%。美国的East Kentucky Power Cooperative公司早在1977年便将玻璃钢应用于其Spurlock电站305MW的1号机组烟囱中，且一直安全使用至今。相关文献报道中指出，2007年完成脱硫改造的P4电厂对玻璃钢烟囱的应用为美国对玻璃钢的最新应用。该电厂的环保改造工程取得了突出的成效。在欧洲，玻璃钢烟囱也得到广泛应用，2002年英国Eggborough Power Station在混凝土烟囱内安装了两个玻璃钢内筒。德国的Kraftwerk Simmering电站也应用了玻璃钢烟囱。日本的关西电力南港发电厂总共应用了3个玻璃钢内筒烟囱。玻璃钢烟囱在国外的应用越来越普遍，并发挥着越来越强大的作用。
4.2国内应用情况
目前国内烟囱大部分采取磷片树脂胶泥和添加耐酸泡沫玻璃砖进行保护，而以上工艺，在我国不能达到很好的效果，其主要原因是我国大部分以煤为主要燃料的发电企业，主要采用的煤型为贫瘦煤，其含硫量最高能达到3%，远远超过了我国制定的GB50051-2002 标准中2.5%最高强腐蚀性标准。根据以上防护方案来说，只是减缓腐蚀进度，持久性较短，效果并不理想。而采用钛钢和合金板，造价极高，工艺难度大，还不具备大范围推广使用的条件。
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通过以上分析，烟囱烟道防腐的确是较难彻底决解的问题，通过脱硫前后改变了烟囱的使用环境，烟囱原有的防腐措施在新环境下存在某些缺陷，为了更好的解决湿烟囱的防腐问题，必须寻求一种耐酸防腐、满足结构要求、同时又经济适用的烟囱型式，玻璃钢烟囱为我们提供了一种较好的选择。玻璃钢(Fiberglass Reinforced Plastic)，玻璃纤维增强塑料(FRP)，是由高强度的纤维和树脂复合而成的新型复合材料，纤维采用的是ECR无氟无硼无碱耐酸玻纤直接缠绕纱与单向布，以提供 FRP 的强度和刚性，树脂是采用耐高温的酚醛型乙烯基树脂或者阻燃性乙烯基树脂，以提供FRP的耐化学性和韧性。玻璃钢集中了玻璃纤维和合成树脂的特性，具有质量轻、强度高、耐化学腐蚀、绝缘隔热、耐瞬时高温烧蚀、强度和形状可设计性强等优点。成型后的玻璃钢结构层抗拉强度与普通钢材相当，但其容重仅为钢材的1/4~1/5。由整体缠绕成型工艺生产的玻璃钢排烟筒能够自承重，具备比耐硫酸露点钢更加优异耐酸防腐性能，可以取消保温层，特别适合燃煤电厂脱硫不加 GGH 的湿烟囱运行条件。
示范工程案例：
1、通辽发电总厂 1 号烟囱防腐改造工程。
改造前：
● #1、2机组共用1座烟囱。烟囱高度210m，烟囱出口内直径为7m。
● 烟囱结构为单筒式耐酸胶泥砌筑陶粒混凝土内筒烟囱。
● 2009年进行了1号烟囱的防腐改造，改造工艺为烟囱内衬贴玻化陶瓷砖。贴砖防腐改造后，烟囱经常发生泄漏。
改造后：
● 采用加装FRP内筒，内筒直径6.2m，标高212m。
● 现有的砖内衬全部拆除。
● 标高25.4m处设置钢结构支承平台，生根于积灰平台。在支承平台以上采用全程自立式。
● 加固原有6m积灰平台的支撑，并在积灰平台的4个主支撑上立4根钢立柱，支撑FRP内筒。
2、通辽霍林河坑口发电有限责任公司烟囱防腐改造工程。
改造前：
● 2台600MW空冷机组共用1根烟囱。烟囱为钢筋混凝土外筒、套筒式砖内筒烟囱，高度为240m，出口内径9.5m。
● 烟囱标高17.60m设置有积灰平台，内筒40m以下为钢筋混凝土结构，40m～240m为砖套筒结构。
改造后：
● 加装FRP内筒，内筒直径8.5m，标高242m。
● FRP内筒在39.6m标高以上采用自立式，39.6m标高之下采用悬挂式，在39.6m设置钢结构支撑平台，将上下两部分连接。
● 39.6m标高以上的砖内筒全部拆除， 39.6m标高以下的钢筋混凝土内筒保留，用作FRP内筒支撑。
以以上两个案例总的来说，玻璃钢烟囱较其他材料制成的烟囱具有以下优点：
（1）玻璃钢能提供更宽范围的耐腐蚀性能，优良,整体结构无腐蚀薄弱点；
（2）绝热性能好，不需要保温层；
（3）可设计性好好，可据根需求定制产品；
（4）施工周期短，30-60天内完成；
（5）玻璃钢的材料成本相对要低，维护成本无；
（6）使用寿命更长，可保证30年不漏；
（7）玻璃钢比重小，使得其更易运输，也意味着支撑他们的钢材更少；
（8）运行可靠性高等。
5结束语
玻璃钢在国外湿法脱硫领域超过20年的应用充分显示了其在湿烟囱防腐方面独特的优势。国内对FRP结构的设计、加工和制作方面也积累了丰富的经验，经过精心的设计和施工，在技术上能够满足FRP烟囱的工程应用需要。国内严峻的烟囱防腐形势也促使我们拓展湿烟囱设计的新思路，经济性分析表明，玻璃钢烟囱在目前较好的湿烟囱防腐方案中有一定的竞争力。相信随着电力行业对湿烟囱防腐的重视和对FRP材料认识的深入，FRP复合材料必将物尽其用，为我国电力行业清洁能源的发展发挥应有的作用。
参考文献：
[1] 王永明.浅谈玻璃钢烟囱在火力发电站中的作用[J].科技与企业，2014(22)
[2] 陆士平.玻璃钢烟囱设计规范主要技术内容解读[J].全面腐蚀控制，2013(10)
[3] 李维旺 杨满福.玻璃钢(FRP)烟囱内筒施工工艺探讨[J].山西建筑，2010(09)
论文作者:赵亮
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/12
标签：烟囱论文; 玻璃钢论文; 电厂论文; 标高论文; 耐酸论文; 燃煤论文; 烟筒论文; 《电力设备》2018年第13期论文;