火力发电厂混凝土单筒式烟囱的改造

1 前言
湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率很高，使大气环境得到改善，但对烟气中造成腐蚀的主要成分SO3脱除效率并不高，只有20%～30%左右，脱硫处理后的烟气一般还含有氟化氢和氯化物等，它们是腐蚀强度高、渗透性强的稀酸型物质。由于目前脱硫系统一般不设GGH，采用湿法脱硫后外排烟气温度约40～55℃，低于硫化物露点。低温、高湿烟气腐蚀性强，含有腐蚀性介质的高湿烟气在烟气压力和湿度的双重作用下，烟囱内侧材料腐蚀、渗漏的速度迅速提高。

因此，脱硫升级后的混凝土单筒式烟囱，在无可靠防腐措施下无法满足强腐蚀湿烟气运行情况。为保障烟囱长期安全可靠地运行，必须对烟囱进行全面、彻底的防腐改造。

2 国内混凝土单筒式烟囱脱硫防腐治理改造的现状
自2003年以来，国内在役单筒式老烟囱脱硫防腐治理改造经历了多种不同防腐材料和不同结构方案的尝试。从实施后的成效看，失效的案例远多于适合的比例，多数老烟囱需要再次进行脱硫防腐治理改造，有的已实施了多次。因此，对在役单筒式老烟囱脱硫防腐治理改造方案的选择应谨慎，应优先选取业绩多、使用状况优良和成熟可靠的方案，以确保脱硫防腐治理改造后的老烟囱能够长期安全和可靠地运行。

3 混凝土单筒式烟囱脱硫防腐治理改造的方案
国内混凝土单筒式烟囱改造方案种类较多，其方案及特点主要可归纳为如下几种：

3.1 钛钢复合板内筒
钛的耐腐蚀性是由于钛的表面容易生成稳定的钝化膜，该钝化膜由几个纳米到几十个纳米的极薄的氧化薄膜构成，在许多环境中是很稳定的，并且一旦局部破坏在强氧化条件下，还具有瞬间再修补的特性，因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好。

钛钢复合板内筒由厚度为10～20毫米的钛钢复合板卷成弧形后焊接而成。钢内筒外面沿高度每6米左右间隔设置一个刚性环（T型钢或加劲角钢）。在检修平台和吊装平台标高处设有钢内筒稳定装置，以保证钢内筒的横向整体稳定。钢排烟内筒外侧设置厚度100mm保温层，烟囱顶部平台以上部位的钢内筒保温层外须用不锈钢板包裹。钛板与碳钢不宜直接焊接，因其相融形成的金属是不耐腐蚀的，钢内筒钛板可采用现场挂贴或爆炸复合两种方式。因挂贴工艺可能会导致钛板发生“呼吸”现象，以至疲劳破坏，一般采用爆炸复合工艺。

3.2 整筒式玻璃钢（FRP）内筒
FRP (Fiberglass Reinforced Plastics）即玻璃纤维增强塑料，俗称玻璃钢。通常是由高强度的玻璃纤维增强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FRP的强度和刚性，树脂提供FRP的耐化学性和韧性。

玻璃钢复合材料（FRP）已成为燃煤电厂烟气脱硫排烟冷却塔烟道、喷淋管、除雾器、浆液管道、湿式除尘器等设备的较佳选材。整筒式FRP烟筒是现场工厂化制作成筒节，进入烟囱外筒后组装成整筒，并且烟囱外筒的开口要足以进入玻璃钢筒节，使之变为套筒FRP烟囱。使用该工艺工期需要2～3个月。

3.3 宾高德内衬系统
宾高德内衬系统包含宾高德胶黏剂、宾高德砖、专用底漆。宾高德底漆用于处理烟囱内壁，不同基底用不同的底漆。宾高德胶粘剂具有高抗酸性，长期保持糅韧性，用于保护基底，是防腐层。宾高德砖块保护胶粘剂，是隔热层。其中宾高德砖是一种具有坚硬致密结构的玻璃砖，作为一种无机玻璃，它具有非常优越的抗酸、抗溶剂、抗弱碱能力。该玻璃砖的每一个小孔都是一个完全气密的空间因此它对水、水蒸气、酸、酸气都具有完全的密闭性。同时，它还是一种坚硬但轻质的材料（密度约160kg/m3），导热性极低。使用温度高，不燃。

宾高德内衬系统具有独特的质量监理和工艺控制体系。施工过程中有专职质量监控人员（外籍监理与代理方监理联合监理），设置全景视频监控系统并保留视频资料以备进行质量追溯。

3.4 其他工艺
除上述三种湿烟囱防腐工艺外，其他工艺导致烟囱（烟道）防腐受到损坏的案例较多，若需采用涂料类等其他防腐方案需专题调研和设计论证。

4 混凝土单筒式烟囱脱硫防腐治理改造方案的选择
4.1 国家标准的要求
国家标准《烟囱设计规范》（GB 50051-2013）第11.2.4条要求：排放湿烟气的烟囱结构型式选择规定中应采用套筒式或多管式烟囱的要求。根据下表的要求，选用套筒式烟囱改造方案（钛钢复合板内筒、整筒式玻璃钢（FRP）内筒）是规范明确建议采用的方案。

2015年6月，《烟囱设计规范》国家标准管理组对烟囱防腐蚀开展了专题研讨会，并形成了会议纪要，作为《烟囱设计规范》下一步修订提供有关依据。

因此，采用混凝土烟囱内壁直接贴衬宾高德内衬系统是国家推荐的方案。

4.2 集团的要求
根据神华集团文件“关于印发《神华集团公司燃煤机组脱硫烟囱防腐技术报告》的通知”：单筒（含局部砖套筒）烟囱防腐改造方案建议优先采用钛-钢复合板钢套筒烟囱，当采用钛-钢复合板钢套排烟流速过高时，可采用宾高德防腐内衬。

4.3 烟气流速对方案选择的影响
单筒式烟囱改造为带内筒的烟囱后，由于烟气通流面积减小，引起烟囱内烟气流速增加，会导致烟气在烟囱中流动阻力增加，锅炉原有引风机做功增加，严重时可能引起锅炉高负荷运行状态下应风机出力不足。因此，单筒式烟囱改造为带内筒的烟囱，需核算原有风机系统是否匹配，否则需要考虑配套改造引风系统。

同时，改造后烟囱流道变小，烟气流速上升，如烟气流速超过一定范围，会造成烟气带液严重，并形成“烟囱雨”。《湿烟囱设计导则》（2012版）认为烟囱带水的临界流速在21.3～27.4m/s，当烟囱内流速高于27.4m/s时，烟囱液滴夹带将大大增加。按照美国最新版《湿烟囱设计导则》（2012版）推荐的流速值，钛钢复合板烟囱的烟气流速上限为16.8m/s，进口泡沫玻璃砖胶内衬防腐体系（含宾高德内衬系统）的烟气流速上限为18.3m/s。

4.4 技术选择
依据上述三种方案（钛钢复合板内筒、整筒式玻璃钢（FRP）烟囱内筒、宾高德内衬系统）的特点介绍，整筒式玻璃钢（FRP）烟囱内筒由于存在烟气温度高时着火的可能，以及施工要求高的缺点，在混凝土单筒烟囱改造时一般不予推荐。钛钢复合板内筒和宾高德内衬系统作为混凝土单筒烟囱改造的两种可选方案，在规范符合性、可行性、防腐耐久性等方面均符合要求。

5 结束语
火力发电厂混凝土单筒式烟囱在脱硫系统改造为湿法脱硫后，必须配套或尽快改造锅炉烟囱，避免引起烟囱腐蚀和由此带来的安全隐患。烟囱改造的方案选择，需首先考虑安全性及烟囱内烟气流速、烟囱结构及基础能否满足需求，并在此基础上，综合考虑虑工程造价、施工工期、使用寿命等方面，由此选择出最佳方案。