陜西土木建筑網(wǎng)首頁 > 建筑論文 > 建筑施工 > 設(shè)置GGH濕法脫硫煙囪結(jié)構(gòu)選型及排煙筒防腐方案

摘要：介紹脫硫煙氣的特點和腐蝕性，煙囪結(jié)構(gòu)選型、排煙筒材質(zhì)選用及結(jié)構(gòu)形式。從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面論證了排煙筒材質(zhì)選擇及防腐措施。并對自立式和懸掛式排煙筒的結(jié)構(gòu)特點、經(jīng)濟性和施工條件進行了論證。...

設(shè)置GGH濕法脫硫煙囪結(jié)構(gòu)選型及排煙筒防腐方案

西北電力建設(shè)第四工程公司

王軍鋒  任鳳利

    隨著我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，現(xiàn)階段新建火電廠特別是城市火電廠在環(huán)評時要求設(shè)置氣-氣換熱器裝置(簡稱GGH)。在歐洲、日本，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求煙囪排煙溫度不低于75℃，因此，其煙氣脫硫系統(tǒng)基本上都設(shè)置了GGH。設(shè)置GGH時選擇一個適合此運行工況的煙囪，對于電廠經(jīng)濟安全運行很重要。

一、脫硫煙氣的特點和腐蝕性

    在脫硫系統(tǒng)中，為避免吸收塔排出的低溫濕煙氣腐蝕煙道和煙囪內(nèi)壁，同時提高煙囪排出煙氣的抬升高度以利于污染物的擴散，避免排煙降落液滴，常設(shè)氣-氣換熱器裝置(簡稱GGH)。

    1.不設(shè)GGH的濕法脫硫煙氣的特點和腐蝕性

    濕法脫硫工藝對煙氣中的SO2脫除效率很高，但對造成煙氣腐蝕主要成分的SO3脫除效率不高，約20%左右。因此，煙氣脫硫后，對煙囪的腐蝕隱患并未消除，相反脫硫后的煙氣環(huán)境（低溫、高濕、冷凝結(jié)露和正壓狀態(tài)等）會使腐蝕狀況進一步加劇。對煙氣濕法脫硫、且不設(shè)置煙氣加熱系統(tǒng)GGH的狀況，由于排放的煙氣溫度低于冷凝結(jié)露溫度，煙氣冷凝結(jié)露狀態(tài)突出，煙囪內(nèi)的腐蝕環(huán)境復(fù)雜惡劣，腐蝕情況更加嚴(yán)重，帶來的影響則是煙囪運行檢修周期將會變短，檢修維護、甚至補修修復(fù)的工程量將會增大，煙囪的安全運行面臨較大的滲漏腐蝕問題。

    “國際工業(yè)煙囪協(xié)會（CICIND）”在其煙囪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中有這樣的論述：燃煤電廠脫硫煙囪雖然在脫硫過程中已除去了大部分的氧化硫，但在脫硫后，煙氣濕度通常較大，溫度很低，且煙氣中單位體積的稀釋硫酸含量相應(yīng)增加。因而，處于脫硫系統(tǒng)下游的煙囪，其煙氣通常被視為“高”化學(xué)腐蝕等級，即我們常說的強腐蝕性煙氣等級。基于此，煙囪應(yīng)按強腐蝕性煙氣等級來考慮煙囪結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計。

    2.設(shè)GGH的濕法脫硫煙氣的特點和腐蝕性

    設(shè)置GGH的濕法脫硫，煙氣對煙囪的腐蝕性介于濕法脫硫不設(shè)置煙氣加熱系統(tǒng)（GGH）和干法脫硫之間，但隱患并未完全消除。濕法脫硫設(shè)置煙氣加熱系統(tǒng)（GGH）后的煙氣環(huán)境對煙囪結(jié)構(gòu)仍有一定的腐蝕性，可按中等腐蝕性煙氣等級來考慮煙囪結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計。

二、脫硫煙囪的結(jié)構(gòu)選型要求

    1.煙氣運行條件和煙囪結(jié)構(gòu)選型考慮的因素

    受煙氣脫硫設(shè)施和機組運行狀況變化的影響，煙氣的溫度和濕度隨之發(fā)生變化，即煙氣干－濕、高－低溫狀態(tài)轉(zhuǎn)換難以避免。因此，煙囪的防腐蝕設(shè)計很難做到完全適應(yīng)這些頻繁變化的運行條件。從防腐蝕設(shè)計的角度考慮，選擇的材料優(yōu)劣與煙囪的使用壽命成正比，優(yōu)質(zhì)的材料使用壽命長，但造價高。所以對于煙囪的防腐蝕設(shè)計，需要根據(jù)不同時期的各項條件統(tǒng)籌控制好煙囪安全可靠性與經(jīng)濟性的平衡點。

    煙囪結(jié)構(gòu)方案的選擇應(yīng)在考慮確保發(fā)電機組安全可靠運行和盡量保持持久運行、減少運行中的檢修維護前提下進行。同時，還應(yīng)盡可能從設(shè)計構(gòu)造上保證防腐蝕方案施工的可靠性和便利性，減少施工因素的影響和對它的依賴程度。當(dāng)單純從經(jīng)濟性方面考慮，煙囪可考慮選用抗?jié)B密閉性較差的耐酸磚砌體排煙筒結(jié)構(gòu)，但這可能會對發(fā)電機組帶來非正常停機的影響，并降低電廠的經(jīng)濟效益，同時還需考慮處理或加固的費用。另外還可以考慮經(jīng)濟性較差但抗?jié)B密閉性好的鋼排煙筒結(jié)構(gòu)。

    一般情況下，當(dāng)考慮經(jīng)濟因素、降低本期工程直接投資、選用常規(guī)防腐蝕設(shè)計方案時，還應(yīng)考慮運行后出現(xiàn)腐蝕狀況需檢修維護或加固所需的投資費用，即煙囪投資應(yīng)是煙囪使用壽命全周期內(nèi)的投資費用，它包括初期的直接投資和正常運行期間由于滲漏腐蝕危及安全帶來的檢修維護及加固費用。

    2.設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)則提出的煙囪結(jié)構(gòu)選型要求

    現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《煙囪設(shè)計規(guī)范》、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》和《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中關(guān)于煙囪選型的相關(guān)要求是：當(dāng)排放強腐蝕性煙氣時，宜采用多管式或套筒式煙囪結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)排放中等腐蝕性煙氣時，宜采用套筒式煙囪結(jié)構(gòu)型式，即把承重的鋼筋混凝土外筒和排煙筒分開，使外筒受力結(jié)構(gòu)不與腐蝕性煙氣相接觸。

    目前國內(nèi)濕法脫硫煙囪的腐蝕滲漏狀況較為普遍，設(shè)計方案及措施仍在不斷的研究和摸索之中，這涉及到煙囪運行的安全可靠性與投資費用的技術(shù)經(jīng)濟平衡，需不斷地認(rèn)識、理解和統(tǒng)一。以往工程中常規(guī)選用的兩臺鍋爐合用一根排煙筒（即套筒式煙囪）或傳統(tǒng)的單筒式煙囪方案，在煙囪使用期間排煙筒或內(nèi)襯腐蝕滲漏后的檢修維護難以實施，并存在較大的安全可靠性風(fēng)險，不應(yīng)繼續(xù)在大容量機組煙氣濕法脫硫條件下應(yīng)用。

    2009年8月，中國電力工程顧問集團公司在上海召開了“火力發(fā)電廠脫硫煙囪防腐技術(shù)研討會”，并形成了會議紀(jì)要意見。對脫硫煙囪的防腐設(shè)計原則確定為：（1）建議濕法脫硫處理后的煙氣按強腐蝕性等級考慮。（2）充分認(rèn)識設(shè)置GGH的必要性。（3）應(yīng)將排煙內(nèi)筒作為排放煙氣的設(shè)備考慮定期檢修與維護的條件。（4）1000MW級機組脫硫煙囪應(yīng)采用“一爐配一管”，600MW級機組脫硫煙囪宜采用“一爐配一管”，不設(shè)GGH的脫硫煙囪不宜采用磚砌體內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的單筒式或套筒式煙囪。（5）濕法脫硫煙囪的排煙內(nèi)筒宜為全程負壓運行。（6）應(yīng)有明確的煙氣冷凝結(jié)露酸液收集、排放和防煙氣沖刷的措施要求。

    以往在煙氣濕法脫硫、設(shè)置煙氣加熱系統(tǒng)（GGH）條件下的煙囪選型以磚套筒式或鋼套筒式為主，磚套筒防腐采用耐酸磚砌體，并設(shè)耐酸砂漿封閉層方案，鋼套筒防腐采用防腐涂層方案。

三、脫硫煙囪方案

    1.煙囪結(jié)構(gòu)選型

    濕法脫硫處理、設(shè)煙氣加熱系統(tǒng)（GGH）、煙氣溫度約為80℃的條件，按照國家相關(guān)煙囪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)煙囪設(shè)計規(guī)定和目前國內(nèi)濕法法脫硫（設(shè)GGH）煙囪通常選用套筒式煙囪結(jié)構(gòu)型式。

    2.排煙筒方案

    排煙筒可根據(jù)地基變形、抗震設(shè)防烈度等自然條件選擇鋼排煙內(nèi)筒結(jié)構(gòu)或磚砌體排煙內(nèi)筒方案。結(jié)構(gòu)型式可選用自立式或懸吊式。

    設(shè)GGH的濕法脫硫煙囪，選擇鋼排煙內(nèi)筒方案時，鋼排煙內(nèi)筒材料一般選用Q235B鋼，內(nèi)側(cè)面均涂刷防腐涂料保護層。選擇磚體砌排煙內(nèi)筒方案時，在耐酸釉面磚砌筑排煙筒的外表面均設(shè)置一層內(nèi)配鋼絲網(wǎng)的鉀水玻璃耐酸砂漿封閉層，以改善排煙內(nèi)筒結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力和整體性能。

    排煙筒的材質(zhì)選用、結(jié)構(gòu)型式及防腐層方案分別論述如下：

    2.1材質(zhì)選用

    設(shè)置GGH可提高煙囪排出煙氣的抬升高度以利于污染物的擴散，防止NOX落地濃度超標(biāo)。可解決煙囪冒"白煙"問題，無視覺污染，避免排煙降落液滴問題。可使煙囪防水防腐問題較單化。但安裝GGH后，由于GGH部件的腐蝕和換熱元件的堵塞會降低FGD系統(tǒng)的可用率，增加GGH的維修費用。

    因此，從確保煙囪長期安全可靠地運行和減少運行中檢修維護工作量及投資費用等方面考慮，排煙筒在設(shè)置GGH的情況下選擇鋼排煙內(nèi)筒方案時，鋼排煙內(nèi)筒材料一般選用Q235B鋼，內(nèi)側(cè)面均涂刷防腐涂料保護層。選擇磚體砌排煙內(nèi)筒方案時，在耐酸釉面磚砌筑排煙筒的外表面均設(shè)置一層內(nèi)配鋼絲網(wǎng)的鉀水玻璃耐酸砂漿封閉層，以改善排煙內(nèi)筒結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力和整體性能。

    2.2結(jié)構(gòu)型式

    目前，國內(nèi)火電廠工程排煙筒有兩種結(jié)構(gòu)型式。一種是自立式結(jié)構(gòu)，國內(nèi)約占95%以上，其設(shè)計和施工技術(shù)都比較成熟；另一種是懸吊式結(jié)構(gòu)，國內(nèi)暫無統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計和施工還在摸索和完善之中，工程應(yīng)用也在嘗試著開展。

    自立式和懸吊式排煙筒結(jié)構(gòu)各有其優(yōu)缺點，論述如下：

    2.2.1自立式和懸吊式排煙筒結(jié)構(gòu)特點

    自立式排煙筒結(jié)構(gòu)，其筒體下部是通過錨栓與基礎(chǔ)相連，筒體本身獨立承受各項外部荷載。鋼筋混凝土外筒壁與排煙筒之間均留有不小于1米的空隙，并沿高度方向設(shè)有數(shù)層用于檢修維護的平臺，部分平臺設(shè)置制晃裝置，用于鋼筋混凝土外筒壁對排煙筒在水平方向的約束支承。

    懸吊式排煙筒結(jié)構(gòu)，在鋼筋混凝土外筒壁與排煙筒之間也都留有不小于1米的空隙，并沿高度方向設(shè)有數(shù)層用于檢修維護的平臺，排煙筒則是分段或整體懸吊在這些平臺中的幾層或頂層上。根據(jù)不同的設(shè)計思路，排煙筒下部段可為自立式坐落在煙囪基礎(chǔ)上，也可懸空直接與水平煙道相連。各段排煙筒之間通過伸縮節(jié)相連，排煙筒的荷載（下部自立式除外）都是通過支撐平臺先傳給鋼筋混凝土外筒壁，再傳遞到基礎(chǔ)上。

    2.2.2自立式和懸吊式排煙筒結(jié)構(gòu)的受力特點

    由于自立式排煙筒自承重的特點，它的受力狀況是整體處于受壓狀態(tài)。相對而言，按照材料強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求，排煙筒下部的筒壁厚度要大些。自立式排煙筒不分段，它的結(jié)構(gòu)整體性好，對于脫硫煙氣正壓運行來說，它的抗?jié)B透性和抗腐蝕能力都有一定的優(yōu)勢。由于排煙筒直接坐落在煙囪基礎(chǔ)上，故鋼筋混凝土外筒壁不承受排煙筒的自重荷載。

    懸吊式排煙筒，由于其分段懸掛特點，運行期間它的受力狀況是整體處于受拉狀態(tài)。設(shè)計中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求容易滿足，排煙筒筒壁厚度相對小些，但設(shè)計中應(yīng)考慮施工方案可能存在的施工自立式狀態(tài)，需進行必要的受壓核算。由于懸吊式排煙筒是分段懸掛，各段間不可避免地人為留縫，對于脫硫煙氣正壓運行條件來說，這些縫的抗?jié)B和抗腐蝕能力都是處理的重點，也是重大安全隱患的薄弱點，設(shè)計和施工難度相對大些，運行期間需定期巡視檢查，發(fā)現(xiàn)伸縮膨脹節(jié)出現(xiàn)滲漏腐蝕情況及時處理。

    鋼筋混凝土外筒壁需承受排煙筒自重荷載及由自重質(zhì)量產(chǎn)生的地震作用。相對自立式排煙筒結(jié)構(gòu)而言，鋼筋混凝土外筒壁承受的荷載大些。

    對采用纖維增強塑料（玻璃鋼FRP）材料的排煙內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，考慮到它接縫的冷連接狀況和長期受拉的安全可靠性，從受力角度出發(fā)應(yīng)優(yōu)先考慮自立式結(jié)構(gòu)體系方案。

    2.2.3自立式和懸吊式排煙筒結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性分析

    從上述兩種排煙筒結(jié)構(gòu)的受力特點論述看：懸吊式排煙筒的筒壁厚度要小些，鋼結(jié)構(gòu)工程量小些，經(jīng)濟性好些，但排煙筒連接縫處的處理需牢固可靠，要考慮維護或更換的費用。自立式排煙筒整體性好，筒壁厚度大些，鋼結(jié)構(gòu)工程量稍大，相對而言經(jīng)濟性差些。

    2.2.4自立式和懸吊式排煙筒結(jié)構(gòu)的施工條件

    由于自立式排煙筒結(jié)構(gòu)的應(yīng)用廣泛，其施工技術(shù)也比較成熟，通常情況采用“氣壓頂升”法。氣壓頂升倒裝法原理清楚、設(shè)備簡單、操作方便、頂升平穩(wěn)、經(jīng)濟性好，具有一定的先進性。

    對于懸吊式排煙筒結(jié)構(gòu)，排煙筒的吊裝主要采用 “液壓提升”。該方法是一種常規(guī)的方式，在施工中面臨的主要問題是各懸掛段之間伸縮節(jié)相連。伸縮節(jié)的設(shè)計要求是：連接的上下段排煙筒能在溫度膨脹作用下自由滑動，同時還要保證煙氣的密閉性及筒體的橫向剛度，不能讓排煙筒出現(xiàn)橫向的擺動。相對而言，連接縫的設(shè)計施工比較復(fù)雜，施工難度較大，施工質(zhì)量要求高，經(jīng)驗積累少些。

    3.排煙筒防腐蝕方案

    3.1設(shè)GGH的濕法脫硫的各防腐蝕方案的優(yōu)缺點

    一般情況下，煙囪排煙筒是選用磚砌體結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)這兩種材料。從各方面的因素比較，國外主要選用鋼結(jié)構(gòu)材料。國內(nèi)在有煙氣加熱系統(tǒng)（GGH）條件下，主要選用磚砌材料，也可選用鋼結(jié)構(gòu)材料。

    鋼結(jié)構(gòu)材料與磚砌體結(jié)構(gòu)材料的性能比較：

    鋼結(jié)構(gòu)材料的抗?jié)B密閉性好，整體性強，自重輕，施工簡便和施工周期相對較短，但耐腐蝕性和經(jīng)濟性差些（限于國內(nèi)條件），在選用鋼排煙筒時，要對其內(nèi)壁進行防腐措施處理（需加設(shè)耐酸砂漿保護層、刷防腐涂料等）。

    磚砌體結(jié)構(gòu)材料中的磚體本身耐腐蝕性和經(jīng)濟性都較好，但形成砌體后的抗?jié)B密閉性和整體性較差，自重大，需設(shè)平臺分段支撐，施工復(fù)雜，周期長。其防腐薄弱環(huán)節(jié)是數(shù)量巨大的砌體間的砌筑縫和各分段支承平臺處排煙筒的連接接縫，在溫度變化和溫度長期作用下必定會產(chǎn)生開裂裂縫（磚體間）和連接縫隙（分段連接處），而這些開裂后出現(xiàn)的裂縫和連接縫隙，在低溫和高濕的煙氣環(huán)境、以及煙氣冷凝結(jié)露產(chǎn)生的腐蝕性水液滲透侵蝕下將促進煙囪排煙筒的腐蝕進程，給煙囪排煙筒的安全運行帶來不利的影響，嚴(yán)重者有可能導(dǎo)致停機維修和更換排煙筒，減少使用壽命。

    因此，僅從防腐的角度考慮，排煙筒材料應(yīng)首先考慮選用抗?jié)B密閉性好的鋼結(jié)構(gòu)方案。

    3.2設(shè)GGH的各防腐蝕方案的經(jīng)濟性分析

四、結(jié)論

    設(shè)置GGH的濕法脫硫，考慮到煙氣脫硫處理后的腐蝕性因素，以及以往工程的使用情況，從經(jīng)濟性方面考慮，煙囪結(jié)構(gòu)型式選用磚套筒式煙囪。從抗震性能角度考慮，高烈度區(qū)宜優(yōu)先選擇鋼套筒煙囪。從電廠長遠運行的經(jīng)濟安全角度，綜合建議選擇鋼套筒煙囪。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

上一篇： 淺談住宅陽臺排水問題

下一篇： 鋼纖維混凝土在路橋維修中應(yīng)用