火力发电厂烟囱结构选型及防腐设计论文

火力发电厂烟囱结构选型及防腐设计【摘要】本论文介绍了火力发电厂所常用的烟囱结构型式及其特点，并阐述了烟气采用湿法脱硫后，对烟囱内衬及混凝土筒壁腐蚀影响的特性。

结合近几年来国内多个工程脱硫烟囱的设计经验，提出了多种方案结构设计及防腐设计方案供工程设计参考。

1 国内烟囱概况
我国国内电厂在早期并未对烟气进行脱硫，排放烟气的腐蚀性相对较低，这个阶段的烟囱均大多为单筒式钢筋混凝土烟囱。

随着国家环保标准的提高和大众环境意识的增强，自2002年开始，国内新建火力发电厂都要求进行烟气脱硫处理。

烟气的腐蚀程度也因此大大提高，原来的传统的烟囱型式已经不能满足烟气脱硫后的运行工况。

在近几年新建的脱硫烟囱中，套筒式（多管式）烟囱是较常用的一种的烟囱型式。

套筒式（多管式）烟囱又可以分为砖内筒和钢内筒两种，在不设置烟气加热装置(ggh)的情况下，钢内筒由于能较好避免冷凝酸液渗漏，因此更多的被采用。

2 火力发电厂常见烟囱结构型式介绍
2.1 单筒式钢筋混凝土烟囱
钢筋混凝土单筒式烟囱是我国早期在火力发电厂未设置烟气脱硫装置（其烟气温度在130℃以上）时普遍采用的一种结构形式。

其内衬多采用普通耐酸砖，支承在筒身牛腿上，内衬和筒身之间的隔热层有膨胀珍珠岩或岩棉板等，最外侧为承重的钢筋混凝土外筒。

这种形式的烟囱结构安全、构造简单、施工方便，造价相对较
低, 工期也易保证。

在我国从设计到施工都积累了比较丰富的经验。

但随着使用时间的增加，发现一些问题，比如在设置烟气脱硫装置时，烟气温度降低，湿度增大，腐蚀性更强。

而且运行之后一旦有腐蚀产生，其检查和维修都非常困难。

2.2 直排烟筒式钢筋混凝土烟囱
直排烟筒式钢筋混凝土烟囱是单筒式钢筋混凝土烟囱的改进型。

其上半部分与单筒式钢筋混凝土烟囱基本相同，下半部分钢筋混凝土外筒与内筒分离，分别落于基础之上。

排烟筒不同于单筒式烟囱排烟筒的线型：上半段直段，下半段锥段，基本上为直线型。

这样主要是为了保证烟囱的全程负压，避免烟气从砖内筒渗漏至外筒，影响结构安全。

此类型烟囱目前应用较少。

2.3 套筒式烟囱
套筒式烟囱一般用于排放燃煤含硫量较高、烟气经脱硫处理等腐蚀性较强烟气的条件状况。

这是将承重外筒与排烟内筒相互脱开的一种结构型式。

承重外筒一般选择钢筋混凝土结构，其直径及线型根据结构自身自振周期及变位限值，考虑风荷载与地震作用、排烟内筒直径和检修空间共同决定。

由于其承重外筒与排烟筒脱开，承重外筒不直接受烟气的高温和腐蚀作用，而且具有检查、维修方便，可靠性高等特点，是火力发电厂烟气设置脱硫装置后较多采用的结构型式，目前被广泛地应用。

套筒式烟囱中的排烟筒在已有工程中最常见的分两种：砖砌内筒或钢内筒。

3 脱硫烟气的特点和腐蚀性
我国的能源结构是以燃煤为主，大气污染属煤烟型污染，粉尘、二氧化硫、氮氧化物是电厂对大气的主要污染物，形成了酸雨等污染情况，因此国家对新建火力发电厂都强制要求进行烟气脱硫。

目前，国内外燃煤电厂中的烟气脱硫是控制二氧化硫排放的主要措施，应用最多和最成熟的的工艺是湿法石灰石洗涤法。

本工程烟气脱硫采用湿法石灰石洗涤法脱硫，属于湿法脱硫工艺。

烟气脱硫后，对烟囱的腐蚀隐患并未真正消除：烟气湿度大，含有腐蚀性介质的烟气在烟气压力和湿度梯度的双重作用下，烟囱内侧结构致密度差的材料内部很易遭到腐蚀，影响结构耐久性；低浓度酸液比高浓度酸液的腐蚀性更强；酸液温度在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它温度时高出约3～8倍。

因此，排放湿法脱硫烟气的烟囱比排放未经湿法脱硫的普通烟气的烟囱对防腐蚀设计的要求要
高得多，属于强腐蚀性烟气。

因此，烟囱内壁的防腐蚀措施应进一步加强。

4 烟囱选型分析
4.1 双管式砖内筒烟囱方案
双管式砖内筒烟囱外侧设钢筋混凝土外筒、内部设置两个直径为8.5m的砖排烟筒。

砖排烟筒由内而外分别为耐热耐酸砖、耐酸砂浆封闭层及保温层。

钢筋混凝土外筒是烟囱的承重结构，外筒与内筒之间每隔30m设置钢梁－钢筋混凝土现浇板组合平台，共设置
7层。

砖排烟筒分段支承于各层钢平台。

双管式砖内筒水平灰缝密实度不易控制，整个内筒的密闭性和整体性较差，自重大，需设平台分段支撑，抗震性能较差，施工复杂，质量控制较难且施工周期长，砌体砌筑灰缝和分段连接缝隙会加速排烟筒的腐蚀进程。

系统设置ggh时，可升高脱硫处理后排放的烟气温度（约80℃及以上），能减缓烟气冷凝结露产生的腐蚀性水液液体，有利于减缓烟气的对砖内筒腐蚀和渗透。

由于本方案投资较低，在设置ggh时，综合考虑结构的经济性、安全性、可靠性，可采用此方案，且目前国内已有多个电厂应用。

但对于不设置ggh 的脱硫烟囱，烟气温度低，烟气中水分含量高，湿度大，极容易在内壁形成稀酸结露，对砌体砌筑的灰缝和分段连接缝隙产生强烈的腐蚀和渗透，给烟囱的安全运行带来隐患。

4.2 双管式钢内筒烟囱方案
目前国内已采用的钢排烟筒的防腐处理措施主要有四种方案：内贴泡沫防腐砖、耐酸防腐混凝土、耐酸防腐涂料层和钛合金复合钢板。

4.2.1 内贴进口宾高德泡沫玻璃砖
宾高德泡沫玻璃砖是美国henkel公司开发的，以泡沫硼硅玻璃结合人造橡胶技术形成防腐衬里，在化学环境与温度变化的情况下，或暴露于高温浓缩酸和脱硫系统酸冷液环境中，都具有较强的防腐能力。

发泡玻璃砖通过宾高德胶粘材料粘于钢排烟筒内侧基底。

其具有耐酸腐蚀、绝热、耐高温、低热膨胀系数等优点，由于
其导热性低，使烟囱内衬和保温层结构合二为一，内筒外侧可不设置保温层。

在钢内筒设计计算时，筒壁考虑2mm的腐蚀裕度。

采用宾高德玻璃砖内衬对于脱硫烟囱的防腐效果比较理想，但是造价比一般的防腐方案高，在国内应用推广的阻力较大。

4.2.2 内贴国产轻质泡沫玻化砖
轻质泡沫玻化砖是国内相关企业，引进国外先进防腐材料的技术特性，根据湿法脱硫烟囱排放烟气特点，研制的一种新型防腐材料。

经过国电电力建设研究所检测，其耐酸耐热性、强度、防水抗渗等主要技术性能不低于宾高德泡沫玻璃砖的性能。

但是泡沫玻化砖使用的粘胶易老化，施工质量不好容易砖块脱落，国内已有电厂在湿法脱硫烟囱中采用的泡沫玻化砖内衬脱落的事故发生。

4.2.3 钛合金复合钢板
钛板由于其特定的化学性能，有非常好的防腐效果，脱硫后的强腐蚀性烟气对钛板的腐蚀性很小，是国际工业烟囱协会推荐的fgd系统不设ggh情况下烟囱防腐内衬之一。

钛与其它耐蚀金属相比有如下优点：钝化能力强，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。

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。

由于钛的表面钝化膜的性质决定了钛对中性、氧化性、弱还原性的介质具有较好的耐蚀性。

内筒结构设计计算时，不
必预留腐蚀富裕度。

相比内贴进口宾高德泡沫玻璃砖或内贴国产轻质泡沫玻化砖钢内筒的重量减少不少，节省了内筒的钢材用量。

目前国内已有电厂采用钛钢复合板钢套筒的烟囱。

钛钢复合板是以低碳钢q235b为基材，以钛板为复层的两层金属复合板。

钛钢复合板是一种成熟的组合材料，有专门的国家标准，价格波动比较大，2003年复合板单价约2.5万/吨，2005年复合板单价约3.8万/吨，现在约2.0万/吨。

保温层通常采用超细玻璃棉毡外包镀锌钢丝网。

5 结论
通过对目前国内外火力发电厂常见烟囱结构型式以及防腐特点的分析可以看出，采用湿法脱硫工艺的火力发电厂，不宜采用钢筋混凝土单筒式烟囱，应采用钢筋混凝土套筒烟囱。

从使用要求方面看，无论是砖内筒还是钢内筒在一定条件下均能有效地防止脱硫后烟气结露产生的腐蚀性稀酸液对承重外筒的
腐蚀，利于烟囱排烟、便于维修，减少正压影响的烟气侵蚀等问题。

如设置ggh，钢筋混凝土砖内筒套筒烟囱能基本满足湿法脱硫后的烟气防腐要求，但如不设ggh，由于砖套筒采用分段支撑的结构，考虑到外筒的受力要求，其下部烟气进口处内筒无法形成直筒，加上烟气温度的降低，整个锥形结构的内筒难以保证烟气全程负压，其防腐效果将受到制约。

从耐久性和可靠性方面看，钢内筒较砖内筒具有较好的优势，其后期维护费用较低，而砖内筒需要必要的维护甚至更换，后期维
护费用比较高。