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摘要：本文针对火电厂烟囱采用湿法脱硫，不设GGH时的烟囱结构形式及几种常用的烟囱防腐方法进行对比介绍，对于烟囱的结构形式及防腐蚀方案，需要根据不同工程的特点，从使用功能、技术先进性、投资经济性、运行检修方便等多方面进行综合考虑。
关键词：烟囱 湿法脱硫 防腐 GGH
1 烟囱防腐重要性
我国是一个燃煤大国，随着经济的飞速发展，能源需求不断增长，燃煤量日趋增大，随之由煤烟引起的空气污染也日趋严峻，成为制约我国经济和社会发展的重要因素。火力发电厂燃煤造成的硫氧化物、氮氧化物排放对环境造成了严重的污染，特别是硫化物的排放是造成我国大气环境污染和酸雨不断加剧的主要原因。
石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺是目前国内电厂主要采用的烟气脱硫技术，具有其脱硫率高、煤质适用面宽、工艺技术成熟、稳定运转周期长、负荷变动影响小、烟气处理能力大等优点，也是目前世界上技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硫技术。但是，即使进行脱硫处理，脱硫后的烟气环境（低温、高湿等）依然对烟囱具有较强的腐蚀性，特别是对不设置烟气加热系统GGH的状况，烟囱内的腐蚀环境则更加恶劣，为了延长烟囱正常是用年限，减少维修维护费用，有必要对烟囱的结构形式及防腐进行合理设计，减少安全隐患。
2 脱硫烟气特点及腐蚀性
2.1 脱硫烟气的特点
通常进行湿法脱硫处理后的烟气，水份含量都高，湿度大，温度低，易于出现烟气结露现象，取消GGH后尤为严重。烟气中的水气结露后形成的具腐蚀性水液量较大，主要依附于烟囱排烟筒内壁流淌下来至专设的排液口排到脱硫系统液池中。而脱硫处理后的烟气中还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质，形成腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率很高，但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3脱除效率不高，约20%左右。因此，烟气脱硫后，对烟囱的腐蚀隐患并未消除，相反地，脱硫后的烟气环境（低温、高湿等）可能使腐蚀状况进一步加剧了，特别是对不设置烟气加热系统GGH的状况，烟囱内的腐蚀环境则更加恶劣。
2.2 脱硫烟气的腐蚀性
由于国内脱硫烟囱历史较短，专项的腐蚀调查研究资料很少，经验也不多；因此，烟囱设计规范对脱硫烟囱的设计尚无明确说明，只是从烟气的腐蚀性等级对烟囱的防腐设计进行要求。对于脱硫后烟气对烟囱结构的腐蚀性分析，我们主要借鉴了国外的资料和做法。
国际工业烟囱协会（International Committee On Industrial Chimneys 缩写CICIND）在其发布的《钢烟囱标准规程 Model Code For Steel Chimneys》（1999年第1版）中对脱硫后的烟气腐蚀性能（烟气腐蚀性能对其它类型烟囱同样适用）作了如下说明：
(1) 烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在将大大提高腐蚀程度，在20℃和1个标准大气压下，氟化氢（300mg/m3）、氯元素（1300mg/m3）和氯化氢（1300mg/m3）的重量浓度超过0.025%、0.1%和0.1%时，腐蚀等级（化学荷载）为高级。
(2) 处于烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气条件通常被视为高腐蚀等级（化学荷载）。
(3) 含有硫磺氧化物的烟气腐蚀等级（化学荷载）按SO3的含量值确定；凝结过程中SO3离子与水蒸气结合成为硫酸，对烟囱进行腐蚀。
(4) 亚硫酸的露点温度取决于烟气中SO3浓度，一般约为65℃，稍高于水的露点。燃煤中如含有污染，则在同样的温度下还会有像盐酸、硝酸等其它酸液。
(5) 尽管在烟气脱硫效应（FGD）过程中已除去了大部分的氧化硫，但在净化装置下游，随着氧化硫含量的减少，烟气的湿度会增大，且温度会降低，当温度低于80℃时，烟气浓缩成酸液。另外净化后的烟气中还含有氯化物。
(6) 烟气中的氯离子遇到水蒸汽便形成氯酸，它的化合温度约为60℃，当低于氯酸露点温度时，就会产生严重的腐蚀，即使是氯化物很少也会造成严重腐蚀。
按照“国际工业烟囱协会（CICIND）”的设计标准要求，燃煤电厂排出的烟气虽然在脱硫过程中能除去大部分的氧化硫；但经脱硫后，烟气湿度增大，温度降低，使烟气中单位体积的稀释硫酸含量相应增加，其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性烟气等级，因而烟囱应按强腐蚀性烟气等级来考虑烟囱结构的安全性设计。
3脱硫烟囱的结构型式
钢筋混凝土套筒式烟囱是目前国内火力电厂普遍采用的烟囱结构型式。钢筋混凝土套筒烟囱采用承重外筒与内筒脱开的结构型式，承重外筒不直接承受烟气的高温和腐蚀作用，具有维修方便、可靠性高等特点，相应增加了烟囱寿命，从而能有效地保证电厂的安全运行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆排烟筒支承方式有自立式和悬挂式，悬挂式又分整体悬挂、分段悬挂和部分悬挂部分自立式三种。
整体悬挂式钢排烟筒烟囱的内筒直接悬挂由于烟囱顶部的承重平台，而分段悬挂式钢内筒烟囱则分成几段分别悬挂在各承重平台，各段之间设置膨胀节连接。由于悬挂式结构筒体以受拉为主，充分发挥钢板受拉性能好的优点，避免了钢板的局部压屈，节省排烟筒钢材用量；但各段之间膨胀节及各层承重平台设计较为复杂，承重平台用钢量较大；另外由于整体悬挂式钢排烟筒烟囱的内筒重量集中在烟囱上部，分段悬挂式钢排烟筒烟囱的内筒重量分布在各层支撑平台上，因此地震作用效应对钢筋混凝土外筒影响较大；部分悬挂部分自立式烟囱钢内筒与水平烟道连接部分采用自立式，其它部分隔节分段悬挂，既充分利用悬挂烟囱的优势，又能较好保证结构稳定，减少膨胀节数量，是较好的内筒悬挂型式。
自立式的内筒直接坐落在烟囱基础底板上，排烟筒重可以不必设置支撑排烟筒的承重平台。但是为了避免水平荷载作用使高柔排烟筒产生较大横向变位，应沿烟囱竖向间隔一定距离设置排烟筒横向限位钢平台。自立式钢内筒用钢量较悬挂式大，由于自立式内筒全部自重均作用于烟囱底板，因此地震作用效应对钢筋混凝土外筒影响较小，有利于抗震设计。
根据排烟筒的受力特点，自立式烟筒的筒壁厚度比较大，悬挂式烟筒的筒壁厚度比较小， 用钢量比自立式省30%以上，具有明显的经济效益。烟筒采用悬挂式还可以为输煤栈桥穿烟囱提供空间，从而又可以节约输煤系统的工程造价。另外，从安装上来说，自立式排烟筒可以采用气压顶升的方法。气压顶升设备简单，操作方便，顶升平稳。悬挂式采用液压提升的方法，在施工中面临的主要问题是悬挂段之间的伸缩节的连接，施工难度较大，施工质量要求较高。针对这种情况，我院发明了一项“一种悬挂式钢内筒烟囱的膨胀节”专利，可以大为降低施工难度，有效保证施工质量。因此，综合考虑经济性及安装条件，工程推荐内筒采用悬挂式。
4 烟囱防腐设计方案讨论
根据近几年烟气冷凝结露导致的腐蚀渗漏事例及近期烟囱排烟筒的选用经验，排烟筒可考虑选用密闭性好和整体性强的钛－钢复合板材料、钢内筒贴宾高德玻璃砖、玻璃钢FRP，如下分别进行介绍。
4.1 钛－钢复合板内筒
钛板对脱硫后烟气的防腐效果很好，是国际工业烟囱协会推荐的不设GGH情况下烟囱防腐内衬之一。
钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大，但实际上钛在许多介质中很稳定。如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧的亲和力很大，在空气中或含氧介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性，完全满足钛在恶劣环境中的耐蚀性。据可查资料显示金属钛对海水、湿氯气、二氧化铝、硝酸、铬酸、醋酸、氯化铁、氯化铜、熔融硫、次氯酸盐、浓度低于3%的盐酸、浓度低于4%的硫酸、王水、乳酸等无腐蚀倾向；对发烟硫酸、氢氟酸、浓度大于3%的盐酸，浓度大于4%的硫酸、10%以上的三氯化铝，35℃以上的磷酸、氯化物、溴等有腐蚀倾向。据了解铬璜电厂实际测量烟囱中结露产生的酸性水PH值大约为3,且脱硫后烟气中氟的含量很小，说明脱硫后的强腐蚀烟气对钛板腐蚀性会很小。目前湿法脱硫工艺烟囱内筒多采用爆炸-钛钢复合板（钛板厚1.2mm）作内衬。
4.2 钢内筒贴宾高德玻璃砖内衬
宾高德玻璃砖内衬的主要材料是一种特级低膨胀硅酸硼玻璃，这种衬块能抵御除氢氟酸以外不同浓度的各种酸类的腐蚀，其耐蚀性虽然对氢氟酸受到限制，但对几乎所有的环境均有足够的抗腐蚀能力。标准宾高德玻璃砖尺寸为150X230X38(51)mm；这种砖是一种由闭腔式多孔结构的泡沫硅酸硼玻璃制成，不但能抗酸腐蚀，而且对气体和凝结水实际是不渗透的，同时它具有自重轻和极好的隔热性能。宾高德玻璃砖使用宾高德粘胶膜(专用粘合剂)将其粘接在内衬基面上，膜厚3.2mm。这种粘合剂具有高抗酸性和弹性，在衬基上宾高德粘膜可以在各种不同的烟气环境(可以持续承受204℃以下温度)使用达20年后，仍保持弹性，仍有效地将衬基与高温和侵蚀性气体隔离开。
4.3 玻璃钢内筒
玻璃钢（FRP）即纤维增强塑料，通常是由高强度的玻璃纤维增强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）材料在烟塔合一的排烟条件下已有应用于水平排烟烟道的工程实例，但在国内电厂烟囱中应用较少，2007 年曾在山东某电厂210 米高烟囱中使用过，但施工后期发生过火灾，造成了重大人身安全事故。目前，玻璃钢材料排烟筒的设计和施工仍处于研究和试用之中，国内还没有配套的用于烟囱排烟内筒的设计和施工标准，需参考国外的标准开展设计工作。另外，由于玻璃钢材料分类很多，设计、采购和制作质量的控制难度都较大，很难避免由于认识上的疏忽和材料上的缺陷导致排烟内筒的防腐蚀和抗渗能力减弱，其制作安装过程还需增设监造工序措施。
结语：
烟囱结构型式推荐选择双管式套筒式烟囱，排烟筒选择悬挂式结构，内筒形式考虑到烟气脱硫处理后烟气温度低、湿度大、冷凝结露突出、烟气正压运行和腐蚀环境恶劣等因素，需根据材料使用的成熟可靠度和设计施工标准齐备性、经济性、施工难度、结构受力性能的可靠性等因素进行综合选取。
参考文献:
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[2] 魏兴成. 火力发电厂烟囱内壁耐腐蚀材料选择研究.价值工程.2014，（30）.
[3] 邢峻. 国内火电厂湿法脱硫烟囱防腐现状及展望 .全面腐蚀控制.2013,(4).
论文作者:刘成军
论文发表刊物:《防护工程》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/2
标签：烟囱论文; 烟气论文; 烟筒论文; 腐蚀性论文; 湿法论文; 结构论文; 温度论文; 《防护工程》2017年第34期论文;