火力發(fā)電廠混凝土單筒式煙囪的改造

1 概述
為了滿足新的高標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境要求, 供熱企業(yè)燃煤鍋爐需配備相應(yīng)環(huán)保設(shè)施。對(duì)舊的仍在使用中的燃煤鍋爐增加煙氣除塵、脫硫等設(shè)施進(jìn)行改造, 對(duì)新建的燃煤鍋爐加強(qiáng)環(huán)保設(shè)施投入。

燃煤鍋爐煙氣脫硫一般采取濕法脫硫, 煙氣經(jīng)過(guò)除塵、脫硫后, 溫度僅為50℃左右, 為濕煙氣, 含有一定濃度的氯化物、硫化物等, 化學(xué)性能為酸性。燃煤鍋爐一般配套混凝土煙囪, 在低溫濕煙氣環(huán)境下, 煙囪內(nèi)襯表面有結(jié)露現(xiàn)象, 濕煙氣結(jié)露后產(chǎn)生冷凝液[1]。冷凝液、酸性這兩個(gè)因素疊加作用, 對(duì)煙囪形成強(qiáng)腐蝕。

在煙囪內(nèi)部還存在著不均勻的煙氣流場(chǎng), 煙氣中的高速固體粒子流[2]對(duì)內(nèi)襯材料產(chǎn)生沖擊作用, 這就對(duì)內(nèi)襯材料的抗磨損性能提出要求, 現(xiàn)在所使用的內(nèi)襯材料耐酸磚都能達(dá)到耐磨、耐腐蝕的性能要求。但是, 濕煙氣溫度低, 抽力小, 煙囪內(nèi)部煙氣呈正壓, 正壓對(duì)煙囪壁產(chǎn)生了滲透壓力, 具有強(qiáng)腐蝕性的濕煙氣冷凝液在滲透壓力[1]作用下, 通過(guò)內(nèi)襯縫隙滲入到混凝土壁板, 腐蝕混凝土壁板, 使煙囪承載力降低, 使用壽命減少, 造成安全隱患。

傳統(tǒng)混凝土煙囪的內(nèi)襯因施工砌筑的原因和材料塊狀形態(tài)的特點(diǎn), 從上到下沿整個(gè)內(nèi)襯壁, 都存在不同程度的砌筑縫隙。混凝土壁板施工中, 由于要分層澆筑, 分層滑模 (倒模) , 不可避免地產(chǎn)生施工縫。這些縫隙的存在會(huì)使?jié)駸煔饫淠褐饘訚B透, 最終從混凝土壁板滲出, 從外觀上能看到白色、黃色污漬, 被俗稱為“煙囪流淚”、“尿堿”, 造成外觀損傷。

以上問(wèn)題, 在已建成煙囪中尤為突出。老舊鍋爐混凝土煙囪, 建設(shè)時(shí)間早, 采用舊的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范, 沒(méi)有考慮濕法脫硫后的煙氣狀態(tài), 不再適用于現(xiàn)狀, 如果不做防腐處理, 則破壞會(huì)日益嚴(yán)重。但是其結(jié)構(gòu)本身沒(méi)有安全問(wèn)題, 若拆掉, 則會(huì)造成很大浪費(fèi)。若繼續(xù)使用, 則需要采取防腐措施, 解決這一問(wèn)題。

2 供熱煙囪與火力發(fā)電廠煙囪的區(qū)別
火力發(fā)電廠濕法脫硫后煙囪腐蝕現(xiàn)象普遍, 供熱行業(yè)可以通過(guò)火力發(fā)電廠的大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn), 總結(jié)、借鑒、學(xué)習(xí), 探討適合自己的煙囪防腐模式。與火力發(fā)電廠煙囪比較, 供熱鍋爐煙囪具有以下不同之處。

(1) 進(jìn)入煙囪的煙氣溫度低
供熱燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣一般工藝流程為:鍋爐煙氣→除塵器→引風(fēng)機(jī)→濕式脫硫塔→煙道→煙囪。

火力發(fā)電廠一般會(huì)在煙氣脫硫后增加煙氣加熱器[3]152, 其作用是對(duì)濕煙氣進(jìn)行加熱, 使?jié)駸煔鉁囟扔?0℃左右升至100℃以上, 在煙囪內(nèi)部不易結(jié)露。而供熱燃煤鍋爐煙氣經(jīng)濕法脫硫后, 濕煙氣直接進(jìn)入煙囪, 易結(jié)露。

(2) 運(yùn)行時(shí)間不同
與火力發(fā)電廠煙囪常年運(yùn)行不同, 供熱煙囪僅在供暖期使用, 有半年以上時(shí)間停運(yùn), 如果煙囪改造采用了耐久性差的材料, 則可以利用該段時(shí)間進(jìn)行檢修維護(hù)。

3 已建煙囪防腐構(gòu)造的分析及措施
3.1 構(gòu)造
傳統(tǒng)煙囪構(gòu)造從內(nèi)到外, 分別為內(nèi)襯+隔熱層+混凝土壁板。內(nèi)襯為耐酸磚、耐酸膠泥砌筑, 在高速固體粒子流沖擊下, 耐酸磚可以抵擋濕煙氣的摩擦損耗, 但耐酸磚之間的耐酸膠泥具有細(xì)微縫隙, 不具有防水能力。在濕煙氣正壓工作狀態(tài)下, 由于冷凝液腐蝕和高速固體粒子流沖擊, 耐酸膠泥縫隙會(huì)逐漸擴(kuò)大, 冷凝液透過(guò)耐酸磚的縫隙, 滲透到隔熱層。隔熱層一般為水泥珍珠巖制品或巖棉, 為多孔材料, 不具有防水性, 因此, 強(qiáng)腐蝕性的冷凝液會(huì)繼續(xù)穿過(guò)隔熱層, 到達(dá)混凝土壁板。

已建煙囪的內(nèi)襯、隔熱層、混凝土壁板均已做好, 在脫硫改造之前可以正常使用, 拆除任何一層都浪費(fèi), 且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此, 煙囪改造宜從內(nèi)襯表面著手, 在原有耐酸磚內(nèi)襯表面增加一層新內(nèi)襯, 要求該新內(nèi)襯材料完全封閉, 具有隔水性能, 且抗腐蝕、抗摩擦。已建混凝土煙囪改造后的構(gòu)造見(jiàn)圖1。

圖1 已建混凝土煙囪改造后的構(gòu)造
圖1 已建混凝土煙囪改造后的構(gòu)造   下載原圖

3.2 新內(nèi)襯材料
(1) 金屬板
一般采用鈦合金板, 防腐耐磨, 但造價(jià)高, 對(duì)焊接要求非常嚴(yán)格, 施工期長(zhǎng)。由于供熱舊煙囪沒(méi)有預(yù)留吊裝設(shè)置, 不方便安裝, 因此, 這種內(nèi)襯對(duì)已建煙囪一般不適用。

(2) 泡沫玻璃磚
該材料短期內(nèi)防腐耐磨效果還可以, 但時(shí)間久了材料粘結(jié)劑本身會(huì)老化, 加上施工時(shí)很難粘貼牢固, 使用中易有小塊脫落, 進(jìn)而造成大面積脫落[4]。

(3) 玻璃鱗片樹(shù)脂涂料
玻璃鱗片樹(shù)脂涂料主要組分為乙烯基酯樹(shù)脂 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%～65%) 和玻璃鱗片 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%) [3]249, 其余為功能性助劑[5]。玻璃鱗片樹(shù)脂涂料在煙囪內(nèi)壁固化后, 扁平型玻璃鱗片在樹(shù)脂連續(xù)相中呈平行重疊排列, 形成致密的防滲透結(jié)構(gòu), 可以延緩濕煙氣冷凝液滲透。因此, 該涂料力學(xué)性能好, 粘結(jié)強(qiáng)度高, 固化收縮率小, 固化膜具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。

3.3 玻璃鱗片樹(shù)脂涂料存在的問(wèn)題
(1) 不耐高溫, 該材料不適合在高溫環(huán)境下使用, 當(dāng)液體環(huán)境溫度超過(guò)90℃或者氣體環(huán)境溫度超過(guò)100℃時(shí), 其防滲透效果迅速降低[3]251。

(2) 易燃, 施工及檢修維護(hù)時(shí)應(yīng)避免在該環(huán)境下焊接。

(3) 壽命短, 維護(hù)工作頻繁。該材料耐磨性較差, 遭受煙塵撞擊時(shí)易開(kāi)裂, 因此, 在煙囪內(nèi)部煙氣環(huán)境中使用, 需要定期檢查并補(bǔ)涂。根據(jù)火力發(fā)電廠無(wú)煙氣加熱器的濕法脫硫配套煙囪統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 涂有該涂層的煙囪運(yùn)行1.5 a后, 出現(xiàn)多處局部起鼓現(xiàn)象, 維修面積為2.5%左右[1]。火力發(fā)電廠除塵脫硫設(shè)備效率較高, 煙氣對(duì)煙囪腐蝕程度較低, 但煙囪全年運(yùn)行。供熱行業(yè)煙囪季度運(yùn)行, 維修面積與施工質(zhì)量也有關(guān)聯(lián), 因此, 供熱煙囪防腐涂料年維修量還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。

3.4 玻璃鱗片樹(shù)脂涂料防腐的優(yōu)勢(shì)
(1) 性價(jià)比高
玻璃鱗片樹(shù)脂涂料 (含施工) 總價(jià)格約300元/m2, 鈦合金板 (含施工) 總價(jià)格約2 500元/m2。

涂料施工時(shí)間約30 d, 鈦合金板施工時(shí)間約120～180 d。涂料需每年維護(hù), 維修面積在10%以內(nèi), 鈦合金板如果焊縫質(zhì)量有保障, 不易損壞, 壽命為5～10 a, 甚至更久。考慮供熱鍋爐房的設(shè)計(jì)年限, 總體比較, 在價(jià)格上玻璃鱗片樹(shù)脂涂料還是占有優(yōu)勢(shì)。

(2) 施工簡(jiǎn)便
施工時(shí), 可用涂刷、噴涂等方式操作, 施工風(fēng)險(xiǎn)小, 施工期短, 尤其是在舊煙囪中操作方便。

(3) 具有維護(hù)時(shí)間
由于煙囪僅在供暖期使用, 因此, 可在停運(yùn)期間進(jìn)行涂刷, 維護(hù)時(shí)間充裕。

3.5 措施
對(duì)于已建煙囪, 原有構(gòu)造不便拆除, 只能增設(shè)新內(nèi)襯作為隔水層, 實(shí)際工程中, 隔水層或選擇低價(jià)材料定期檢修維護(hù), 或選擇高價(jià)材料高標(biāo)準(zhǔn)施工。新內(nèi)襯材料采用玻璃鱗片樹(shù)脂涂料。

4 新建煙囪防腐構(gòu)造
對(duì)于新建煙囪, 仍可采用混凝土煙囪圖集中的傳統(tǒng)煙囪做法, 其結(jié)構(gòu)本身具有安全性保證, 基本構(gòu)造混凝土壁板、隔熱層、內(nèi)襯不做改變。在正壓運(yùn)行條件下, 為了阻止?jié)駸煔饫淠河蓛?nèi)向外滲漏, 要從根本上解決問(wèn)題, 做到煙囪混凝土壁板不受腐蝕, 最好的辦法是阻斷。使?jié)駸煔饫淠和Ａ粼诟魺釋拥耐獠? 杜絕滲透至混凝土壁板。新建混凝土煙囪構(gòu)造見(jiàn)圖2。

圖2 新建混凝土煙囪構(gòu)造
圖2 新建混凝土煙囪構(gòu)造   下載原圖

阻斷的最好方法, 就是選擇適合的隔水層。新建煙囪不再局限于增加內(nèi)襯防腐, 還可以在混凝土壁板和隔熱層之間、隔熱層和耐酸內(nèi)襯之間, 分別布置隔水層。隔水層一般采用憎水性材料, 采用噴涂方式施工, 簡(jiǎn)便易操作。常用的憎水性材料有樹(shù)脂類、瀝青類、橡膠類, 選擇出具有一定防腐性能的抗老化憎水性材料即可, 例如乳化橡膠瀝青。

隔熱層也選擇憎水性材料。市場(chǎng)上所用憎水性隔熱材料主要有擠塑型聚苯乙烯泡沫塑料 (擠塑板) 、模壓型聚苯乙烯泡沫塑料 (普通泡沫板) 、現(xiàn)噴硬泡聚氨酯、硬泡聚氨酯保溫板 (制品) 等。

內(nèi)襯部分, 仍可采用耐酸磚, 該材料可以在濕煙氣冷凝液中浸泡時(shí)不被破壞, 且耐腐蝕、耐摩擦, 可以有效地保護(hù)背后的隔水層不受高速固體粒子流的摩擦破壞。其缺點(diǎn)就是透水性, 在其背后布置隔水層則可以有效彌補(bǔ)。

在新建煙囪中, 如果借助耐酸磚的耐磨性, 使耐酸磚作為第一道保護(hù)屏障, 采用材料成本較低的隔水層布置于其后, 相對(duì)于原有煙囪構(gòu)造, 這種只增設(shè)了隔水層的煙囪, 成本增加不多, 卻可以有效地把濕煙氣冷凝液隔離開(kāi), 對(duì)保護(hù)煙囪起到很好的作用。


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