1 新建濕煙囪的防腐要求
煙氣腐蝕性等級是煙囪選型的主要依據, 相關的設計規程[3]中規定, 濕法脫硫后的濕煙氣應按強腐蝕性等級考慮。電廠煙囪安全運行的必要條件是承重的鋼筋混凝土外筒不被煙氣腐蝕, 排煙內筒在運行期間能盡可能地抗煙氣腐蝕, 因此, 濕煙囪的 方案應是排煙筒與承重筒分開布置的多管式煙囪。從材料的抗滲密閉性、耐久性以及施工周期等方面來看, 脫硫煙囪采用鋼內筒優于磚砌內筒[4]。
圓形截面的煙囪與異形截面的相比, 具有簡單、規則、對稱的特點。在結構受力方面, 圓形截面煙囪的風荷載體型系數 小, 結構對稱從而扭轉效應 小, 對抗震有利;在設計周期方面, 塔架煙囪、方筒 (包括H型) 需額外增加一定的結構試驗時間;在施工工期方面, 異形煙囪比圓形煙囪工期長;在技術方面, 圓筒、方筒 (包含H型) 和塔架煙囪都是完全可行的。表1為基于煙囪選型的5個方面, 對煙囪外筒形式進行對比分析[5]。
目前新建的燃煤火電廠一般遠離大城市, 對煙囪外形的環境適應性沒有特殊要求, 因而煙囪承重結構的選取, 主要考慮在滿足功能要求的前提下造價 。外筒為圓形的多管式煙囪在國內外大型火電廠的煙囪方案中占絕大多數, 而且設計、施工等均已很成熟。由表1可見, 普通圓形鋼筋混凝土外筒是新建煙囪外筒的 選擇。
燃煤機組采用濕法脫硫技術并且不設旁路及不設GGH時, 進入煙囪的煙氣溫度為40~50℃, 屬于濕煙囪, 按強腐蝕性等級考慮。煙囪結構選型及防腐內襯材料的選擇, 必須考慮以下幾個方面:技術可行, 滿足煙囪在復雜化學環境下的防腐要求;經濟合理, 具有較低的建設成本;施工條件好, 質量易控制, 施工周期短;運行維護費用低, 檢修方便。需注意的是, 材料的選擇不僅應考慮初期成本, 還應綜合考慮裝置的可靠運行周期 (即大修周期) 和總使用壽命等相關問題。
3.1 鈦鋼復合板內筒
目前國內已有多家電廠采用鈦鋼復合板鋼套筒煙囪, 鈦鋼復合板是以低碳鋼為基材, 以鈦板為復層的2層金屬復合板。鈦鋼復合板[5-6]是一種成熟的組合材料, 有專門的 標準, 但焊接工藝比較復雜, 保證焊接質量比較困難, 焊縫和劃痕處是腐蝕的薄弱環節, 極易出現腐蝕問題。
近幾年來, 鈦板價格持續下降, 并且施工工藝也有很大進步。目前在國內許多新建電廠或煙囪改造項目中, 大多考慮采用鈦鋼復合板內筒方案, 而在國外十幾年前 已采用鈦鋼復合板作為煙囪內筒, 應用起步較早。
鎳基合金內襯是國際工業煙囪協會推薦的脫硫系統不設GGH情況下另一種煙囪防腐內襯。用于煙囪內襯的鎳基合金是C276, 在鎳基中同時加入Cr、Mo。據了解美國國內認證的煙囪內筒金屬復合材料均是鎳基合金復合板 (鋼號C276+Q235) , 沒有關于鈦鋼復合板的認證[5]。有資料表明, 對于大多數腐蝕介質而言鎳合金材料具有優異的耐腐蝕性, 是比鈦板防腐性能更好的材料。但由于鎳合金內襯造價太高, 國內電廠目前還沒有采用鎳基合金材料作為煙囪防腐內襯的先例。
玻璃磚分國產和進口2種, 比較有代表性的是美國Henkel公司開發的賓高德玻璃磚。江蘇利港電廠、陜西霍洲電廠的煙囪鋼內筒均采用賓高德玻璃磚內襯[5]。以泡沫硼硅玻璃結合人造橡膠技術制成的這種磚, 作為防腐襯里, 在暴露于脫硫系統酸冷液環境中具有較高的抗腐蝕性能。
防腐玻璃磚的吸水率是一項重要的性能指標, 常采用浸泡稱重法進行檢測, 吸水率不合格的磚塊在實際運行中易吸收酸液, 會浸泡腐蝕內筒金屬材料。
玻璃鋼是由高強度的玻璃纖維和樹脂復合而成的結構性和功能性均優的新型復合材料, 玻璃纖維提供強度和剛性, 樹脂提供耐腐性和韌性。玻璃鋼復合材料集中了玻璃纖維和合成樹脂的特性, 具有質量輕、強度高、耐化學腐蝕等優點, 已成為燃煤電廠煙氣脫硫排煙冷卻塔煙道、漿液管道、煙囪等設備的優良選材。成型后的增強樹脂結構層強度與普通鋼材相當, 但其容重僅為鋼材的 (1/4) ~ (1/5) 。應用玻璃鋼排煙筒可以取消保溫層, 特別適合燃煤電廠采用濕法脫硫技術但不設GGH的煙囪運行條件[7]。
4 濕煙囪內筒防腐方案經濟性比較
表2 不同煙囪方案的經濟比較Tab.2 Economic comparison of different chimney schemes 下載原表
表2 不同煙囪方案的經濟比較Tab.2 Economic comparison of different chimney schemes
由表2可知, 鋼內筒內襯賓高德防腐玻璃磚方案的造價 , 鈦鋼復合板內筒方案的造價居中, 玻璃鋼內筒造價相對 , 但煙囪總造價, 后兩者在價格方面未體現明顯的差別, 其中進口玻璃磚價格市場波動較大。玻璃鋼復合材料作為一種可設計的各向異性材料, 加工制造、施工安裝的質量對其力學性能有很大影響, 其上述價格是參考某國外煙囪玻璃鋼內筒施工單位的報價。
對于腐蝕性強的濕煙囪, 要采用耐腐蝕材料制作或在排煙筒中內襯耐腐蝕材料。針對不同的工況, 可以采用不同的防腐蝕材料和煙囪結構形式, 腐蝕較嚴重的煙囪可根據腐蝕介質和工況條件而采用玻璃鋼、不銹鋼、合金鋼、鈦復合板等防腐方案。
表3 電廠煙囪中幾種適用材料的比較Tab.3 Comparison of chimney materials in coal-fired plants 下載原表
表3 電廠煙囪中幾種適用材料的比較Tab.3 Comparison of chimney materials in coal-fired plants
6 結論
(1) 1 000 MW燃煤機組采用濕法脫硫技術但不設旁路不設GGH時, 煙囪煙氣濕度大, 屬于濕煙囪, 應按強腐蝕性等級考慮。煙囪結構形式的 方案應是排煙筒與承重筒分開布置的雙管式煙囪, 采用普通圓形鋼筋混凝土外筒, 內設2個排煙筒, 每爐各1個。
注: (1) “○”為建議采用的方案;“□”為可采用的方案;“△”為不宜采用的方案;“×”為不應采用的方案。 (2) 選擇表中所列方案時, 其材料的性能應與實際煙囪運行工況相適應, 當煙氣溫度較高時, 內襯材料應滿足長期耐高溫要求。
(3) 由于目前對玻璃鋼排煙筒的結構強度、耐溫性、防火安全性、耐久性和安裝工藝方面有所顧慮, 所以國內目前還沒有推廣采用此煙筒。如果1 000 MW燃煤機組采用玻璃鋼內筒煙囪, 在招標和施工過程中必須對原材料、現場施工環境和產品質量等采取嚴格控制和監管措施。
