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摘要：介紹脫硫煙氣的特點(diǎn)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(jì)兩方面論證了排煙筒材質(zhì)選擇及防腐措施。并對(duì)自立式和懸掛式排煙筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)性和施工條件進(jìn)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(guó)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(píng)時(shí)要求設(shè)置氣-氣換熱器裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)選擇一個(gè)適合此運(yùn)行工況的煙囪，對(duì)于電廠經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行很重要。

一、脫硫煙氣的特點(diǎn)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(shí)提高煙囪排出煙氣的抬升高度以利于污染物的擴(kuò)散，避免排煙降落液滴，常設(shè)氣-氣換熱器裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)GGH)。

    1.不設(shè)GGH的濕法脫硫煙氣的特點(diǎn)和腐蝕性

    濕法脫硫工藝對(duì)煙氣中的SO2脫除效率很高，但對(duì)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(duì)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(huì)使腐蝕狀況進(jìn)一步加劇。對(duì)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(lái)的影響則是煙囪運(yùn)行檢修周期將會(huì)變短，檢修維護(hù)、甚至補(bǔ)修修復(fù)的工程量將會(huì)增大，煙囪的安全運(yùn)行面臨較大的滲漏腐蝕問(wèn)題。

    “國(guó)際工業(yè)煙囪協(xié)會(huì)（CICIND）”在其煙囪設(shè)計(jì)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(guò)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(jí)，即我們常說(shuō)的強(qiáng)腐蝕性煙氣等級(jí)。基于此，煙囪應(yīng)按強(qiáng)腐蝕性煙氣等級(jí)來(lái)考慮煙囪結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)。

    2.設(shè)GGH的濕法脫硫煙氣的特點(diǎn)和腐蝕性

    設(shè)置GGH的濕法脫硫，煙氣對(duì)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(duì)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(jí)來(lái)考慮煙囪結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)。

二、脫硫煙囪的結(jié)構(gòu)選型要求

    1.煙氣運(yùn)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(jī)組運(yùn)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(jì)很難做到完全適應(yīng)這些頻繁變化的運(yùn)行條件。從防腐蝕設(shè)計(jì)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(zhǎng)，但造價(jià)高。所以對(duì)于煙囪的防腐蝕設(shè)計(jì)，需要根據(jù)不同時(shí)期的各項(xiàng)條件統(tǒng)籌控制好煙囪安全可靠性與經(jīng)濟(jì)性的平衡點(diǎn)。

    煙囪結(jié)構(gòu)方案的選擇應(yīng)在考慮確保發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行和盡量保持持久運(yùn)行、減少運(yùn)行中的檢修維護(hù)前提下進(jìn)行。同時(shí)，還應(yīng)盡可能從設(shè)計(jì)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(duì)它的依賴(lài)程度。當(dāng)單純從經(jīng)濟(jì)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(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組帶來(lái)非正常停機(jī)的影響，并降低電廠的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還需考慮處理或加固的費(fèi)用。另外還可以考慮經(jīng)濟(jì)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(jì)因素、降低本期工程直接投資、選用常規(guī)防腐蝕設(shè)計(jì)方案時(shí)，還應(yīng)考慮運(yùn)行后出現(xiàn)腐蝕狀況需檢修維護(hù)或加固所需的投資費(fèi)用，即煙囪投資應(yīng)是煙囪使用壽命全周期內(nèi)的投資費(fèi)用，它包括初期的直接投資和正常運(yùn)行期間由于滲漏腐蝕危及安全帶來(lái)的檢修維護(hù)及加固費(fèi)用。

    2.設(shè)計(jì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》和《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qiáng)腐蝕性煙氣時(shí)，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(shí)，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(kāi)，使外筒受力結(jié)構(gòu)不與腐蝕性煙氣相接觸。

    目前國(guó)內(nèi)濕法脫硫煙囪的腐蝕滲漏狀況較為普遍，設(shè)計(jì)方案及措施仍在不斷的研究和摸索之中，這涉及到煙囪運(yùn)行的安全可靠性與投資費(fèi)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)平衡，需不斷地認(rèn)識(shí)、理解和統(tǒng)一。以往工程中常規(guī)選用的兩臺(tái)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(hù)難以實(shí)施，并存在較大的安全可靠性風(fēng)險(xiǎn)，不應(yīng)繼續(xù)在大容量機(jī)組煙氣濕法脫硫條件下應(yīng)用。

    2009年8月，中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司在上海召開(kāi)了“火力發(fā)電廠脫硫煙囪防腐技術(shù)研討會(huì)”，并形成了會(huì)議紀(jì)要意見(jiàn)。對(duì)脫硫煙囪的防腐設(shè)計(jì)原則確定為：（1）建議濕法脫硫處理后的煙氣按強(qiáng)腐蝕性等級(jí)考慮。（2）充分認(rèn)識(shí)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(hù)的條件。（4）1000MW級(jí)機(jī)組脫硫煙囪應(yīng)采用“一爐配一管”，600MW級(jí)機(jī)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(fù)壓運(yùn)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(guó)家相關(guān)煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)煙囪設(shè)計(jì)規(guī)定和目前國(guó)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(shí)，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(hù)層。選擇磚體砌排煙內(nèi)筒方案時(shí)，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(kuò)散，防止NOX落地濃度超標(biāo)。可解決煙囪冒"白煙"問(wèn)題，無(wú)視覺(jué)污染，避免排煙降落液滴問(wèn)題。可使煙囪防水防腐問(wèn)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(huì)降低FGD系統(tǒng)的可用率，增加GGH的維修費(fèi)用。

    因此，從確保煙囪長(zhǎng)期安全可靠地運(yùn)行和減少運(yùn)行中檢修維護(hù)工作量及投資費(fèi)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(shí)，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(hù)層。選擇磚體砌排煙內(nèi)筒方案時(shí)，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(guó)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(guó)內(nèi)約占95%以上，其設(shè)計(jì)和施工技術(shù)都比較成熟；另一種是懸吊式結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)暫無(wú)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)和施工還在摸索和完善之中，工程應(yīng)用也在嘗試著開(kāi)展。

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

    2.2.1自立式和懸吊式排煙筒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    自立式排煙筒結(jié)構(gòu)，其筒體下部是通過(guò)錨栓與基礎(chǔ)相連，筒體本身獨(dú)立承受各項(xiàng)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(hù)的平臺(tái)，部分平臺(tái)設(shè)置制晃裝置，用于鋼筋混凝土外筒壁對(duì)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(hù)的平臺(tái)，排煙筒則是分段或整體懸吊在這些平臺(tái)中的幾層或頂層上。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)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(guò)伸縮節(jié)相連，排煙筒的荷載（下部自立式除外）都是通過(guò)支撐平臺(tái)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(diǎn)

    由于自立式排煙筒自承重的特點(diǎn)，它的受力狀況是整體處于受壓狀態(tài)。相對(duì)而言，按照材料強(qiáng)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(duì)于脫硫煙氣正壓運(yùn)行來(lái)說(shuō)，它的抗?jié)B透性和抗腐蝕能力都有一定的優(yōu)勢(shì)。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(diǎn)，運(yùn)行期間它的受力狀況是整體處于受拉狀態(tài)。設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求容易滿足，排煙筒筒壁厚度相對(duì)小些，但設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮施工方案可能存在的施工自立式狀態(tài)，需進(jìn)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(duì)于脫硫煙氣正壓運(yùn)行條件來(lái)說(shuō)，這些縫的抗?jié)B和抗腐蝕能力都是處理的重點(diǎn)，也是重大安全隱患的薄弱點(diǎn)，設(shè)計(jì)和施工難度相對(duì)大些，運(yùn)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(shí)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(duì)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(duì)采用纖維增強(qiáng)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(zhǎng)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(jì)性分析

    從上述兩種排煙筒結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)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(jì)性好些，但排煙筒連接縫處的處理需牢固可靠，要考慮維護(hù)或更換的費(fèi)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(duì)而言經(jīng)濟(jì)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(jiǎn)單、操作方便、頂升平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)性好，具有一定的先進(jìn)性。

    對(duì)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(wèn)題是各懸掛段之間伸縮節(jié)相連。伸縮節(jié)的設(shè)計(jì)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(dòng)，同時(shí)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(dòng)。相對(duì)而言，連接縫的設(shè)計(jì)施工比較復(fù)雜，施工難度較大，施工質(zhì)量要求高，經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)

    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(guó)外主要選用鋼結(jié)構(gòu)材料。國(guó)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(qiáng)，自重輕，施工簡(jiǎn)便和施工周期相對(duì)較短，但耐腐蝕性和經(jīng)濟(jì)性差些（限于國(guó)內(nèi)條件），在選用鋼排煙筒時(shí)，要對(duì)其內(nèi)壁進(jìn)行防腐措施處理（需加設(shè)耐酸砂漿保護(hù)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(jì)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(tái)分段支撐，施工復(fù)雜，周期長(zhǎng)。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(tái)處排煙筒的連接接縫，在溫度變化和溫度長(zhǎng)期作用下必定會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂裂縫（磚體間）和連接縫隙（分段連接處），而這些開(kāi)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(jìn)煙囪排煙筒的腐蝕進(jìn)程，給煙囪排煙筒的安全運(yùn)行帶來(lái)不利的影響，嚴(yán)重者有可能導(dǎo)致停機(jī)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(jì)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(jì)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(zhǎng)遠(yuǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)安全角度，綜合建議選擇鋼套筒煙囪。

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

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