火電廠脫硫_濕煙囪_防腐蝕內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、建筑設(shè)計(jì)火電廠脫硫 濕煙囪 防腐蝕內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)孫宏斌雷艷紅(陜西省電力設(shè)計(jì)院710054西安摘要:本文介紹了濕法脫硫煙囪運(yùn)行工況,結(jié)合對(duì)濕法脫硫煙囪腐蝕性的認(rèn)識(shí),以工程實(shí)例,闡述了幾種可用于濕煙囪內(nèi)壁防腐材料的性能及防腐蝕結(jié)構(gòu)的形式,對(duì)其防腐方案的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)進(jìn)行比較,供同類工程參考。關(guān)鍵詞:濕法脫硫;濕煙囪;防腐材料1前言隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)火力發(fā)電廠的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求愈來愈高,在我國,煙氣脫硫裝置已廣泛應(yīng)用。但濕法脫硫不設(shè)煙氣加熱裝置(GGH尚處在探索階段,煙氣脫硫后煙囪腐蝕的調(diào)查和研究成果欠缺,經(jīng)驗(yàn)較少。濕法脫硫后進(jìn)入煙囪的煙氣與不脫硫的煙氣在工況上有顯著差異,對(duì)煙囪的腐蝕大大增強(qiáng)。鑒于

2、濕煙囪結(jié)構(gòu)在電廠運(yùn)行中的特殊作用,保證煙囪結(jié)構(gòu)的安全、有效、長期、穩(wěn)定運(yùn)行,濕法脫硫煙囪的防腐處理至關(guān)重要。2脫硫濕煙囪煙氣的特點(diǎn)和腐蝕性由于濕法脫硫工藝的特點(diǎn),其對(duì)煙氣中的SO2脫除效率很高,但對(duì)煙氣中造成腐蝕的主要成分SO3脫除效率并不高,約20%左右。脫硫處理后的煙氣一般還含有氟化氫和氯化物等,它們是腐蝕強(qiáng)度高、滲透性強(qiáng)、且較難防范的低溫高濕稀酸型物質(zhì)。脫硫后煙氣環(huán)境變得低溫、高濕,煙氣密度增加,煙囪自拔力減小,煙囪內(nèi)的煙氣壓力升高,加重了煙氣和含酸液水分向外筒壁方向的滲透。煙囪出口處流速降低,煙囪頂部容易發(fā)生煙流下洗,煙流下洗不僅會(huì)腐蝕煙囪的組件材料,而且減弱了煙氣的擴(kuò)散,影響周圍環(huán)境

3、。在低于0!的氣溫下還會(huì)導(dǎo)致煙囪上口結(jié)冰。外煙囪的直徑過大,會(huì)在其下風(fēng)側(cè)產(chǎn)生較大的低壓區(qū),因此,有多個(gè)內(nèi)煙筒的煙囪發(fā)生煙流下洗的可能性較單煙筒煙囪更大。脫硫后的煙氣溫度降低,當(dāng)系統(tǒng)不設(shè)置GGH時(shí),煙氣溫度一般在40!50!之間,水份含量高,濕度大,多處于飽和狀態(tài),在煙囪內(nèi)壁會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象,使煙囪內(nèi)壁長期處于浸泡狀態(tài),通常稱在這種工作狀態(tài)下的煙囪為濕煙囪。煙氣溫度低,煙囪內(nèi)的煙氣上抽力就降低,它影響著煙氣的流速和煙氣抬升高度及煙氣擴(kuò)散效果,這對(duì)排放的煙氣滿足環(huán)保要求(特別是氮氧化物NOX指標(biāo)帶來不利的因素。濕煙囪的另一個(gè)問題是煙囪 降雨 ,其起因是煙氣夾帶的液滴,這種降雨通常發(fā)生在煙囪下風(fēng)側(cè)幾百

4、米內(nèi)。雖然系統(tǒng)設(shè)置(GGH加熱煙氣的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)(FGD也可能發(fā)生煙囪降雨,但濕煙囪出現(xiàn)的幾率更大。濕煙囪排放的低溫?zé)煔馓?垂直擴(kuò)散速度低,出現(xiàn)煙流下洗的可能性更大。因此,往往需要設(shè)置GGH來提升煙氣溫度。系統(tǒng)設(shè)置GGH可升高脫硫處理后排放的煙氣溫度,一般在80!左右,可以減緩煙氣冷凝結(jié)露產(chǎn)生的腐蝕性水液液體(稀酸,煙囪自拔力增加,從理論上講,采用GGH時(shí)能有利于減緩煙氣的腐蝕(即提高煙氣溫度,減少結(jié)露,但煙氣濕度、水分這些誘發(fā)腐蝕的因素依然存在,況且GGH的運(yùn)行有時(shí)不能滿足設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度值的要求,尤其是在發(fā)電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行、機(jī)組開啟及其它不利工況時(shí)。因此,煙氣脫硫后,雖然能使大氣環(huán)境得

5、到改善,但對(duì)煙囪的腐蝕隱患并未消除,相反地,脫硫后的煙氣環(huán)境(低溫、高濕等使腐蝕狀況進(jìn)一步加劇,因此煙囪的抗腐蝕性能需要提高,尤其脫硫系統(tǒng)不設(shè)置GGH時(shí)煙囪的抗腐蝕性能要求更高。3脫硫煙囪運(yùn)行工況由于新建電廠脫硫系統(tǒng)通常要遲于機(jī)組投運(yùn),此外由于設(shè)備的非正常運(yùn)行,脫硫煙囪主要在以下三種工況下運(yùn)行:干燥#潮濕#浸水干燥-潮濕-浸水工況交替變化,這對(duì)煙囪內(nèi)襯防腐材料提出了更高的要求;內(nèi)襯防腐材料選擇時(shí)除應(yīng)考慮主工況運(yùn)行條件外,還須適應(yīng)電廠煙囪的其它運(yùn)行工況,以及工況交替變化對(duì)內(nèi)襯材料防腐性能的影響。4某電廠1X330MW技改工程濕煙囪防腐方案選擇本工程按2330MW機(jī)組統(tǒng)一規(guī)劃、集中布置、分步實(shí)施的

6、原則設(shè)計(jì)。本期建設(shè)規(guī)模為1330MW機(jī)組,預(yù)留下期1330MW機(jī)組。煙囪按2330MW機(jī)組排煙量設(shè)計(jì),采用一座鋼內(nèi)筒套筒式混凝土煙囪,預(yù)留下期煙道接口。根據(jù)工藝布置、環(huán)保及業(yè)主要求,本工程脫硫系統(tǒng)不設(shè)置GGH裝置。從前邊分析可知,影響脫硫濕煙囪防腐內(nèi)襯的兩個(gè)最大因素就是溫度和化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。72009年12月總第174期陜西建筑目前國內(nèi)出現(xiàn)的幾種國產(chǎn)煙囪防腐材料,如發(fā)泡玻璃磚內(nèi)襯系統(tǒng)(天津電能科技有限公司產(chǎn)品、復(fù)合式泡沫玻璃磚防腐內(nèi)襯(上海川達(dá)環(huán)保材料有限公司產(chǎn)品、高性能輕質(zhì)?；沾?江蘇藝興紫砂陶股份有限公司產(chǎn)品、玻璃鋼整體套筒濕煙囪(中冶集團(tuán)建筑研究總院技術(shù),填補(bǔ)了國內(nèi)濕煙囪防腐材料的空白

7、,但工程應(yīng)用極少。電力院設(shè)計(jì)主要都是參照國外的標(biāo)準(zhǔn)和工程實(shí)踐進(jìn)行濕煙囪防腐設(shè)計(jì),國內(nèi)一般煙囪防腐采用玻璃鱗片等耐酸膠泥、合金復(fù)合板、進(jìn)口底劑復(fù)合泡沫玻璃磚內(nèi)襯等幾種方案。幾種防腐材料的性能分析見表一。表1煙囪防腐材料的性能分析表項(xiàng)目玻璃鱗片等耐酸膠泥合金復(fù)合濕煙囪進(jìn)口底劑復(fù)合泡沫玻璃磚內(nèi)襯制作方法將玻璃鱗片膠泥材料刮涂或噴涂在被保護(hù)基體上在地面制作出合金復(fù)合板片,在現(xiàn)場將合金復(fù)合板焊接成型采用防腐性能優(yōu)良的進(jìn)口煙囪內(nèi)襯底劑,將泡沫玻璃磚粘貼底劑上優(yōu)點(diǎn)施工工期短,耐腐蝕、磨損性能好理論上講,鎳基合金的耐腐蝕性能極為優(yōu)異防腐和保溫性能綜合效果好缺點(diǎn)煙氣溫度過高可能燒蝕破壞其結(jié)構(gòu),對(duì)底漆的粘接特性要

8、求高施工難度極大,不可能達(dá)到合金全部焊接要求施工要求高鋼內(nèi)筒由厚度為1018mm厚Q235B鋼板卷成弧形后焊接而成。在鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),預(yù)留了2mm厚度的腐蝕富裕度。鱗片膠泥采用的基體樹脂是高性能的乙烯基酯樹脂,該類型樹脂具有較環(huán)氧樹脂更好的耐腐蝕性能。由于基體樹脂是有機(jī)材料,鱗片膠泥的壽命保證期為510年。根據(jù)國內(nèi)脫硫的實(shí)際運(yùn)行情況,溫度的沖擊是需要慎重考慮的因素。鱗片膠泥具有抗?jié)B性好、施工難度小、易修補(bǔ)造價(jià)較低等特點(diǎn)。因此,鱗片膠泥在煙氣脫硫設(shè)備上應(yīng)用較多。國外電廠煙囪早期有應(yīng)用,但現(xiàn)已較少采用。鋼內(nèi)筒由1016mm厚(支承式或68mm厚(懸掛式 Q235B鋼板加鈦板耐腐內(nèi)襯。內(nèi)筒結(jié)構(gòu)

9、設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),不必預(yù)留腐蝕富裕度,合金板內(nèi)側(cè)也不必采取防腐措施。內(nèi)筒鋼板與鈦板內(nèi)襯有工廠軋制復(fù)合、爆炸復(fù)合和現(xiàn)場掛貼式。鈦板內(nèi)襯厚度一般為1.21.6mm,缺點(diǎn)是施工時(shí)不可能達(dá)到合金全部焊接要求,造價(jià)太高。由于其性能穩(wěn)定,國內(nèi)脫硫電廠應(yīng)用這一方案較多。鋼內(nèi)筒由厚度為1018mm的鋼板卷成弧形后焊接而成。鋼內(nèi)筒采用耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼板,在鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),預(yù)留了2mm厚度的腐蝕富裕度。鋼內(nèi)筒內(nèi)表面襯貼防腐發(fā)泡隔熱玻璃磚,該磚具有耐腐蝕和保溫的雙重性能,使原來的煙囪內(nèi)襯和保溫層結(jié)構(gòu)合二為一。脫硫后濕煙囪內(nèi)襯材料的選擇,須考慮以下幾方面的因素:(1技術(shù)可行性,滿足復(fù)雜化學(xué)環(huán)境下的防腐要求;(2經(jīng)濟(jì)合

10、理,較低的建筑成本,一次性投資費(fèi)用要低;(3施工條件好,質(zhì)量控制方便,施工周期短;(4運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低,并且方便檢修。表2幾種防腐材料的國內(nèi)單價(jià)比較表防腐材料名稱國內(nèi)造價(jià)鎳基合金6500元/m27500元/m2鋼-泡沫玻璃磚(進(jìn)口2200元/m22600元/m2玻璃鱗片500元/m2800元/m2底劑(進(jìn)口-嵌縫膠(進(jìn)口-泡沫玻璃磚(國內(nèi)生產(chǎn)1800元/m2表3各型套筒煙囪技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較表項(xiàng)目耐候鋼內(nèi)襯玻璃磚套筒煙囪鋼內(nèi)筒內(nèi)涂玻璃鱗片外加保溫層套筒煙囪鋼內(nèi)襯鈦板外加保溫層套筒煙囪造價(jià)1998萬元1788萬元3189萬元結(jié)構(gòu)特點(diǎn)內(nèi)筒獨(dú)立支承或懸掛,自重輕,全高等直徑布置,利于煙氣抬升排出,維修方便

11、,防腐性能好,價(jià)格適中內(nèi)筒獨(dú)立支承或懸掛,自重輕,全高等直徑布置,利于煙氣抬升排出,維修方便,防腐性能較好,價(jià)格較低。適應(yīng)溫度較低,使用壽命較短,需定期檢查、修復(fù)內(nèi)筒獨(dú)立支承或懸掛,自重輕,全高等直徑布置,利于煙氣抬升排出,密封性能佳,抗震性能優(yōu)越;維修方便,外筒壁不直接受腐蝕性煙氣作用;內(nèi)筒防腐性能好,后期維護(hù)量小,工程造價(jià)高從煙囪防腐材料的性能分析表一及各型套筒煙囪技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較表三可以看出:(1套筒式鋼內(nèi)筒煙囪的鋼內(nèi)筒采用內(nèi)襯鈦板、鋼內(nèi)筒內(nèi)襯玻璃磚、鋼內(nèi)筒內(nèi)涂玻璃鱗片三種方案均能滿足防腐要求。(2三種方案,鋼內(nèi)筒采用內(nèi)襯鈦板效果最好,鋼內(nèi)筒內(nèi)襯玻璃磚次之,鋼內(nèi)筒內(nèi)涂玻璃鱗片較差(煙氣溫度

12、過高可能燒蝕破壞其結(jié)構(gòu)。(3造價(jià)上,三種方案,鋼內(nèi)筒采用內(nèi)襯鈦板造價(jià)最高;鋼內(nèi)筒內(nèi)涂玻璃鱗片方案造價(jià)最低,而鋼內(nèi)筒內(nèi)襯玻璃磚介于兩者之間。(4相對(duì)來講,鋼內(nèi)筒采用內(nèi)襯鈦板方案施工難度最大,焊縫質(zhì)量難以控制,采購周期長,施工速度慢;采用鋼內(nèi)筒內(nèi)襯玻璃磚方案施工要求較高,耐腐蝕性能好,有一定的保溫性能;8陜西建筑2009年12月總第174期而采用鋼內(nèi)筒內(nèi)涂玻璃鱗片方案由于采取噴涂方法,施工工期較短。(5采用鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒投資大,但維護(hù)間隙周期長,一般為1520年,國內(nèi)、外脫硫電廠有較多應(yīng)用實(shí)例;鋼內(nèi)筒內(nèi)襯玻璃磚,底劑的選擇非常重要,國內(nèi)的底劑普遍都難以達(dá)到要求,國外有成熟的應(yīng)用在煙囪內(nèi)襯的底劑,已

13、經(jīng)有30年以上的使用業(yè)績。5鋼內(nèi)筒內(nèi)襯玻璃磚煙囪的工程實(shí)例山西霍州第二發(fā)電廠一期工程2300MW燃煤發(fā)電廠210米鋼內(nèi)筒套筒式煙囪設(shè)計(jì),不設(shè)煙氣加熱系統(tǒng)(GGH條件下,鋼內(nèi)筒內(nèi)側(cè)面加設(shè)一層美國賓高得泡沫玻璃磚防腐層(51毫米厚;山西兆光發(fā)電廠2300MW機(jī)組2106.5米鋼內(nèi)筒煙囪(并網(wǎng)發(fā)電一周年、安徽華潤2600MW超臨界機(jī)組2210*5.8米鋼內(nèi)筒雙管煙囪(一號(hào)機(jī)已并網(wǎng)發(fā)電、中電國際平圩第二電廠2108.5M鋼內(nèi)筒煙囪(局部(施工、驗(yàn)收完畢均采用國產(chǎn)發(fā)泡玻璃磚防腐系統(tǒng)。6結(jié)論濕法脫硫煙囪具有腐蝕環(huán)境苛刻、防腐蝕工程量大、內(nèi)襯腐蝕維修困難等特點(diǎn)。為保證煙囪結(jié)構(gòu)的安全、有效、長期、穩(wěn)定運(yùn)行,涉

14、及到基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計(jì)、防腐蝕構(gòu)造設(shè)計(jì),材料選擇、現(xiàn)場施工等諸方面。濕煙囪防腐蝕內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),防腐材料的選擇應(yīng)滿足以下要求:(1不易脫落,防腐壽命長。由于煙囪的防腐工程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,維修不方便,因此,要求防腐材料使用壽命要長,免維護(hù)周期要長。(2耐高溫,耐酸性介質(zhì)腐蝕性能好,可以長期在酸性環(huán)境中可以承受高溫?zé)煔獾臎_擊。(3熱震穩(wěn)定性好,可抵御溫度急冷急熱變化所帶來熱疲勞。脫硫設(shè)備的故障會(huì)導(dǎo)致煙氣直排,瞬間溫度可達(dá)到250!以上,這要求防腐材料有較強(qiáng)的耐溫度變化的能力。(4防水抗?jié)B性能優(yōu)良,要能阻止酸液進(jìn)一步的滲透,保護(hù)混凝土基材不受酸液侵襲。(5耐磨性能優(yōu)良,強(qiáng)度高,可經(jīng)受氣流中介質(zhì)的長期沖刷。鋼內(nèi)

15、筒內(nèi)襯玻璃磚在防腐蝕性能、耐熱性能方面,是完全可以滿足套筒濕煙囪的長期運(yùn)行要求的,本工程可采用此方案。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及參考文獻(xiàn):計(jì)研究總院.2國家標(biāo)準(zhǔn)%煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范&SG B50051-2002,.包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院.3地方標(biāo)準(zhǔn)%火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定&SDL5022-93,.西北電力設(shè)計(jì)院,華北電力設(shè)計(jì)院.4解寶安.%不設(shè)GGH的濕法脫硫煙囪內(nèi)筒防腐設(shè)計(jì)觀點(diǎn)J&.西北電力設(shè)計(jì)院.5宋紅兵.%已建機(jī)組加裝濕法煙氣脫硫后的煙囪防腐J&.大唐環(huán)境科技工程有限公司.6張大厚.%濕煙囪內(nèi)筒壁防腐蝕材料性能分析J&.中冶集團(tuán)建筑研究總院.(上接第1頁結(jié)構(gòu)直徑1

16、87.2m,采用三向網(wǎng)格,節(jié)點(diǎn)為能承受軸力和彎矩的剛性節(jié)點(diǎn)。世界上最大的室內(nèi)體育館是美國1996年奧運(yùn)會(huì)的主體育館棗亞特蘭大體育館(擬橢圓形平面,186m235m,采用的是張拉整體體系的屋蓋,主要由索、桿、膜組成,是當(dāng)今最有發(fā)展前途的一種新型空間結(jié)構(gòu)。當(dāng)然,從設(shè)計(jì)與施工的角度講,跨度再大的結(jié)構(gòu)也是有可能實(shí)現(xiàn)的,為此,日本、美國學(xué)者和研究單位都在進(jìn)行研究。在橋梁方面,1000m左右跨度已經(jīng)實(shí)現(xiàn),世界上跨度最大的斜拉索橋?yàn)槿毡镜亩喽嗔_大橋全長為890m;最大的懸索橋?yàn)槿毡镜拿髽?1991m,公路鐵路兩用最大跨度橋?yàn)橄愀鄣那囫R大橋(懸索橋1377m。世界最早的雙曲拋物面懸索屋蓋是著名的美國雷里競

17、技館。國際上以及我國都在流行一種波浪形曲面,樹狀支承以及直接交匯的相貫節(jié)點(diǎn)的立體桁架體系?？雌饋硇蹓讯烙^。我國深圳機(jī)場、首都機(jī)場、上海浦東機(jī)場就是典型的例子。5我國建筑鋼結(jié)構(gòu)的前景與差距從美國、日本、歐洲一些發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)看,建筑業(yè)即將成為鋼材的主要市場。而目前我國與之相比還有差距。因此我國的高層建筑鋼材到目前為止還都從國外進(jìn)口,特別是大于50mm的厚鋼板,國產(chǎn)產(chǎn)品的Z向性能尚達(dá)不到要求。國外不僅鋼板厚度較大,而且可以滿足各種性能要求。如日本已經(jīng)能夠生產(chǎn)的100mm的厚鋼板,具有以下類型:(1有高強(qiáng)度低預(yù)熱型(以前預(yù)熱75!,現(xiàn)在預(yù)熱50!的厚鋼板590N/mm2級(jí)(HT590級(jí);(2抗地震的厚鋼板,主要有低屈服比高強(qiáng)度鋼材(HT590HT780級(jí)和低屈服點(diǎn)鋼板,這種鋼材日本重點(diǎn)生產(chǎn),用于次要結(jié)構(gòu)上,當(dāng)?shù)卣饡r(shí)這種材料先屈服,保證主要結(jié)構(gòu)減少地震損失;(3防火厚