2×660MW机组烟囱结构形式及防腐方案

2×660MW机组烟囱结构形式及防腐方案

刘成军

特变电工股份有限公司北京市丰台区100070

摘要：本文结合某工程2×660MW超超临界煤凝汽式汽轮发电机组，对烟囱腐蚀影响的特点及防范措施的选择进行了论证，最后从使用功能、技术先进性、投资经济性、运行检修方便等方面综合考虑，采用悬挂式玻璃钢双套筒烟囱方案。

关键词：烟囱湿法脱硫玻璃钢

1工程概况

本工程规划容量为2400MW，一期建设2×600MW超临界燃煤凝汽式汽轮发电机组，本期在原厂址扩建2×660MW超超临界煤凝汽式汽轮发电机组。

由于本期工程湿法脱硫后烟气的特性，使得烟囱的选型和防腐处理措施与传统设计有很大不同。考虑到烟气对烟囱的腐蚀影响，作为火力发电厂的重要构筑物，人们对其结构的耐久性、可靠性和经济性的要求越来越高。为此，选择一种适合此运行工况的烟囱，对于电厂的安全经济运行至关重要。

2烟囱设计条件

本工程烟囱高度为210m，供2×660MW机组使用。工艺采用电除尘器除尘，对烟气采用湿法脱硫工艺，FGD系统不设置烟气加热系统(GGH)，不设置烟道旁路；设计煤种燃用印尼KPC矿燃煤，校核煤种为山西平朔煤。设计煤种含硫量为1.30%，校核煤种含硫量为1.65%；正常运行时烟囱内烟气温度约50℃；地震基本设防烈度6度，设计基本地震加速度值0.05g，基本风压值(百年一遇)1.0kN/m2，场地类别Ⅱ类。

3烟气特点及腐蚀性

本工程综合考虑经济性价比、建设工期和节约运行费用等因素，采用不设GGH的方法，经脱硫处理的烟气水份含量大，湿度大且温度低，极易结露形成腐蚀性液体，依附于烟囱内侧壁流下来至专设的排液口排到脱硫系统的废液池中，同时，烟气密度增加，烟囱自拔力减小，烟囱内的烟气压力升高，加剧了腐蚀性液体的渗透。

湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率很高，一般能达到90%以上，但对造成烟气腐蚀主要成分的SO3脱除效率不高，约20%~30%。因此，烟气脱硫后，对烟囱的腐蚀隐患并未消除；相反，脱硫后的烟气环境（低温、高湿等）使腐蚀状况进一步加剧。排放脱硫烟气的烟囱比排放普通未脱硫烟气的烟囱对防腐蚀设计要求要高得多，在设计烟气脱硫后的烟囱时必须对烟囱采取特殊处理工艺，进一步加强烟囱的防腐措施。

4烟囱结构选型

目前国内火力电厂采用湿法脱硫工艺后的烟囱结构型式主要为钢筋混凝土套筒式烟囱。套筒式烟囱是指钢筋混凝土外筒内设一个或多个排烟套筒，排烟筒可以接入1～2台锅炉。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，是典型的从被动防腐转变为主动防腐的设计。主要由如下内筒设计：

砖内筒

砖内筒方案是在我国最初开始采用湿法脱硫技术时为了解决烟囱腐蚀问题，根据当时的技术经济条件提出的。该方案实际是以牺牲砖内筒为代价，来保护混凝土外筒。该方案施工周期较长,自重大，抗震性能较差，后期维护困难。目前国内仅在电厂FGD系统设置烟气加热系统(GGH)条件下有运行的实例。对于电厂FGD系统中不设置烟气加热系统(GGH)条件下，其实用性和安全性存在一定的疑问，风险较大，不推荐采用。

钢内筒

钢内筒一般采用普通钢板或耐硫酸露点钢板为基材，外采用玻璃棉毡作保温层外包镀锌钢丝网。但因为湿烟气的冷凝水会不停地破坏钢材表面形成的防腐膜。对于湿烟囱的钢内筒，内表面必须要有防稀硫酸或NOx腐蚀的保护层。目前主要采用的四种方案是内贴发泡玻璃砖、泡沫玻化陶瓷砖、耐酸浇注料、耐酸防腐涂料层和钛(镍)合金复合钢板等。

钢内筒烟囱从材料的抗渗密性方面要远好于砖内筒烟囱，充分利用了钢材的强度高，重量相对较轻的优势，再辅以内侧防腐材料就形成了一种受力性和功能性良好的抵抗烟气腐蚀的结构体系。目前国内大容量机组大多采用钢内筒套筒烟囱，而其中又以自立式钢套筒烟囱为主。最近几年，悬挂式钢套筒烟囱因其受力性能和经济上的优势，正逐渐被广大业主和设计单位认同，其结构设计、构筑措施等方面较自立式套筒烟囱要相对复杂一些。

玻璃钢内筒

玻璃钢内筒国内从20世纪70年代开始在化工、冶金行业有关单位进行研究和应用，是由高强度的玻璃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，玻璃纤维提供强度和刚度，树脂提供耐化学性和韧性。玻璃钢集中了玻璃纤维和合成树脂的特性，具有质量轻、强度高、耐化学腐蚀、绝缘隔热、耐瞬时高温烧蚀、强度和形状可设计性强等优点。成型后的玻璃钢结构层强度与普通钢材相当，但其容重仅为钢材的1/4～1/5。由整体缠绕成型工艺生产的玻璃钢排烟筒能够自承重，具备比耐硫酸露点钢更加优异耐酸防腐性能，可以取消保温层，特别适合燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱运行条件。随着玻璃钢性能的不断提高，在保证施工质量的前提下，此类型烟囱具有良好的推广前景。

从受力角度考虑，双套筒烟囱外筒直径大，线刚度大，侧向荷载作用下的变形更小，而内筒直径小，线刚度小，更易与外筒产生变形协调，从而内筒筒身应力和止晃点反力相对较小，有利于设计；从烟囱的结构计算考虑：自立式套筒烟囱为压弯构件，轴力、弯矩大且存在局部稳定问题，故壁厚，内筒重量较悬挂式重30%～50%；悬挂式套筒以受拉为主，避免了稳定问题，自重轻、经济性好，对外筒也是有利的。综合考虑，本工程采用双筒悬挂式烟囱方案

5烟囱防腐方案

本工程一期采用湿法脱硫工艺，FGD中设置烟气加热系统(GGH)，正常运行时烟气温度约80℃，烟囱防腐方案为耐硫酸露点钢板，内刷新型防腐涂料。在实际运行中发现，在烟气流速较大的部位涂料出现脱落的现象，基材腐蚀严重，这说明这种涂料的耐冲刷和抗老化性能一般。而本工程FGD中不设置烟气加热系统(GGH)，正常运行时烟气温度约40℃～50℃，烟囱内的温度更低、湿度更大、酸液腐蚀性更强，这种工况下上述防腐涂料的耐冲刷、抗老化和防腐性能存在较大疑问，可靠度难以保证，故本报告将比较其它形式的防腐方案，选择经济合理的防腐措施加以替代。

国内脱硫项目虽开展较晚，但发展迅速，近几年来已有不少新建和已投产工程对湿法脱硫后的烟囱进行了防腐处理，主要应用的内衬防腐材料有：复合合金钢、玻璃钢、发泡玻璃砖、泡沫玻化陶瓷砖、防腐涂料、耐酸浇注料等。

复合合金板抗腐蚀效果好，但价格十分昂贵，施工中由于基材焊缝较多，给内侧钛板的密封带来难度；发泡玻璃砖耐酸、耐热、密度小，可兼做保温，但价格较高，粘接树脂抗老化性能有待检验，对施工质量要求高，运行中发泡玻璃砖一旦出现脱落，基材腐蚀严重；耐酸浇注料耐热耐腐蚀，但工艺复杂，施工受周围环境和设备制约，质量难以保证；玻璃重量轻、钢耐酸、耐冲刷、密度小、绝缘隔热、耐瞬时高温烧蚀、强度和形状可设计性强，虽然高温运行条件下，性能有所降低，但考虑到本工程运行的实际情况，玻璃钢完全能满足相关需求。

结语：

综合以上论述可知，悬挂式玻璃钢双套筒烟囱具有自重轻、抗震性能好、造价合适、防腐性能优越、耐冲刷、隔热性强、运行检修方便、可减少甚至取消保温材料等优点。虽然其在耐火、耐高温和耐久性方面有待进一步检验，但考虑到本工程烟囱内烟气温度的实际情况，只要材料选择正确、设计和构造措施合理、良好的施工质量保证，它仍是一种适应本工程特点的理想的烟囱型式，作为本工程烟囱的推荐方案。

参考文献

[1]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）.

[2]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).

[3]白学利.湿法脱硫烟囱腐蚀现状及防腐方案的选择.热力发电.2011,40(2).