某電廠擴建工程煙囪結構選型分析與研究

林有超

摘 要：煙囪的結構型式發(fā)生著不斷的變化，煙囪內(nèi)襯材料技術經(jīng)濟的條件、運行安全可靠度、施工實現(xiàn)的可認度等也在限制與促進煙囪結構型式的選擇。該文結合于山東費縣縣城西北某電場的煙囪結構選型進行分析，并提出合理建議，對類似工程具有一定借鑒意義。

關鍵詞：電廠 煙囪 結構選型

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（c）-0020-01

1 工程概況

該電廠位于山東費縣縣城西北，二期擴建工程建設2×1000 MW燃煤凝汽式超超臨界汽輪發(fā)電機組，根據(jù)工藝和環(huán)保要求，本工程兩臺鍋爐共用一座煙囪，除塵方式采用電除塵器干式除塵，采用濕法煙氣脫硫裝置，設GGH氣—氣換熱器，需要建設一座240 m高的煙囪。

我國長江以南地區(qū)，許多地方出現(xiàn)了酸雨，每年因酸雨造成經(jīng)濟損失幾百億以上。進一步說，盡管采用高煙囪減輕了污染源周圍附近的SO2污染程度，但并沒有減少SO2排放總量，一旦超過降水的自凈化能力時，就形成酸雨，我國近幾年已開始限制使用高煙囪直接排放，逐步配置煙氣脫硫裝置。為了適應環(huán)保要求，滿足電廠安全運行等，煙囪的結構型式也在悄悄的變革、改進。單管鋼筋混凝土普通煙囪、防腐改進型煙囪、套筒煙囪、多管煙囪根據(jù)具體運行工況，發(fā)揮著不同的作用。為了滿足防腐要求，鈦合金板、泡沫玻璃、釉面耐酸磚也相繼得于采用，一座煙囪的造價從幾百萬到幾千萬元懸殊的拉開，也正為此，大型火電廠煙囪結構型式的選擇，一直成為投資方、設計單位等關注的要點。

2 鋼筋混凝土煙囪筒壁及內(nèi)襯受煙氣腐蝕的機理分析

為了分析研究煙囪結構型式的合理選擇，首先需要分析清煙氣造成煙囪腐蝕的機理。我們知道混凝土是以水泥、砂石及其他膠結材料與水拌和經(jīng)過水化反應生成的水化產(chǎn)物。其水泥石砂中主要的水化產(chǎn)物是水化硅酸鈣凝膠，其次是氫氧化鈣、水化硫鋁酸鈣、水化鋁酸鈣等等。作為燃煤電廠，煤中的硫經(jīng)燃燒產(chǎn)生SO2及SO3等酸性氣體，即便設置脫硫配套裝置，煙氣中的SO3含量也會隨脫硫、除霧效果變差而增加，使得酸露點溫度升高，煙囪筒壁及煙氣溫度低于酸露點溫度，從而凝結成酸液。酸液與水泥石中Ca（OH）2化學反應，同時會使PH值降低，嚴重影響鋼筋混凝土中鋼筋的鈍化保護膜的穩(wěn)定性。造成混凝土逐層發(fā)酥、粉化剝落、鋼筋銹蝕乃至整個混凝土結構破壞。

3 火力發(fā)電廠常見煙囪結構型式及特點

分析了煙氣對混凝土腐蝕機理以及煙氣對煙囪筒壁的腐蝕條件，這里針對國該煙囪結構如何選型給予論述。

3.1 普通鋼筋砼單筒式煙囪

盡管對此種煙囪在內(nèi)襯選材方面下了不少功夫，但這種結構型式，砌體的灰縫（尤其是垂直灰縫）不可能完全密閉，如果采用濕法脫硫工藝，煙氣溫度降低，含水量增大，煙筒內(nèi)的煙氣壓力升高，含有腐蝕性介質(zhì)的煙氣，在煙氣壓力和濕度的作用下，極易滲透到砌體內(nèi)部，使煙囪結構內(nèi)部遭受腐蝕，由于排煙筒緊貼承重外筒，直接影響到承重外筒的安全。

3.2 改進防腐型鋼筋混凝土煙囪

改進防腐型鋼筋混凝土煙囪從其抗腐蝕能力來講，基本上同于普通鋼筋混凝土煙囪，只是在提高運行狀態(tài)，保持排煙筒內(nèi)煙氣處于負壓狀態(tài)，有利于內(nèi)襯的防腐。

3.3 鋼筋混凝土套筒或雙（多）管煙囪

套筒（多管）煙囪將煙囪外筒與排煙筒分開，解決了外筒筒壁承重結構的腐蝕隱患，套筒煙囪一般布置為兩爐一個排煙管，對于磚內(nèi)襯排煙筒、耐硫酸露點防腐鋼或普通Q235B鋼+發(fā)泡玻璃磚襯等煙囪較適合于濕法脫硫工藝有GGH煙氣升溫裝置的煙囪；對于鈦合金排煙管的套筒煙囪或耐硫酸露點防腐蝕鋼板+發(fā)泡玻璃磚襯的套筒煙囪以其優(yōu)越的結構型式，適用于腐蝕等級高濕法脫硫、沒有GGH煙氣升溫裝置的煙囪。

4 煙囪內(nèi)襯材料的選擇

無論套筒煙囪還是多管煙囪，內(nèi)襯材料的選擇對整個煙囪的經(jīng)濟造價影響很大。目前國內(nèi)流行的內(nèi)襯材料或者說排煙筒的形式主要有三種：一種型式是磚砌體排煙筒即采用耐酸膠泥砌筑耐火磚、耐酸磚、釉面耐酸磚，外表面作耐酸水泥砂漿封閉層和保溫保護層，保溫曾采用巖棉或超細玻璃絲棉氈；另一種是耐硫酸露點防腐蝕鋼板或鈦、鎳合金鋼板焊接而成的鋼內(nèi)筒排煙筒；第三種Q235B普通鋼板焊接成的鋼制內(nèi)筒，在其內(nèi)表面使用耐高溫防腐粘接劑粘結51 mm厚泡沫玻璃磚形成的排煙筒。

5 煙囪結構選型及技術經(jīng)濟比較

煙囪選型應考慮煙氣的腐蝕性等級、煙氣在煙囪內(nèi)呈正壓運行的可能性和煙囪所匹配發(fā)電機組總?cè)萘看笮〖霸陔娏ο到y(tǒng)中所處地位的重要性等因素的影響。

國內(nèi)現(xiàn)行《煙囪設計規(guī)范》GB50051-2002第10.2.2和《火力發(fā)電廠土建結構設計技術規(guī)定》DL5022-93第7.4.4條均對煙囪結構選型提出了參考標準：根據(jù)《火力發(fā)電廠土建結構設計技術規(guī)定》（DL5022-93）的要求，當排放強腐蝕性煙氣時，宜采用多管式或套筒式煙囪結構，其排煙內(nèi)筒應采用耐酸材料構成；當排放中等腐蝕性煙氣時，既可采用多管式或套筒式煙囪，也可采用改進型鋼筋混凝土單筒煙囪；當排放弱腐蝕性煙氣時，可采用改進型鋼筋混凝土單筒煙囪。

“國際工業(yè)煙囪協(xié)會（CICIND）”的設計標準指出，燃煤電廠脫硫煙囪雖然在脫硫過程中已經(jīng)脫去了90%以上的SO2，但在脫硫后，煙氣溫度低（最低在40 ℃）、濕度大，煙氣中單位體積的稀硫酸含量相應增加，因而作為脫硫后的煙囪，尤其不上GGH煙氣升溫裝置的脫硫后煙氣將被認為“高”化學腐蝕等級，及強腐蝕煙氣等級，考慮到煙囪結構安全性，設計選型時應嚴格考慮此因素。

該工程由于煙氣脫硫后設GGH氣—氣換熱器裝置，合適的煙囪型式為套筒式煙囪結構，不同煙囪結構型式方案的差別僅在于排煙內(nèi)筒的材料的不同。

根據(jù)以上分析，耐硫酸露點防腐蝕鋼板內(nèi)襯排煙筒（單筒或雙筒）、鈦合金板內(nèi)襯排煙筒、普通鋼+耐高溫防腐粘接劑粘結51 mm厚泡沫玻璃磚組成的排煙筒為本工程套筒式煙囪的三種可選方案。

6 結論及建議

根據(jù)該工程的特點，以及上述針對當前大型火電廠幾種常見煙囪結構型式優(yōu)缺點及煙氣腐蝕機理分析，詳盡的技術經(jīng)濟比較，在設有GGH和鋼板預留防腐厚度的前提下，采用耐硫酸露點鋼內(nèi)筒煙囪是安全可靠的，并綜合考慮工程造價，我們認為本工程濕法脫硫設GGH配套裝置，煙氣溫度在酸露點以上，推薦采用單管自立式抗硫酸露點防腐鋼內(nèi)筒煙囪，在工程實施過程中可考慮采用懸掛式結構，可進一步降低工程造價。

參考文獻

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