烟囱处理技术方案.docx
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烟囱处理技术方案
****热电有限公司
烟囱防腐处理技术方案
2011年5月30日
一、概况
1.1项目概况：
****热电有限公司新建2×210MW燃煤供热机组，工程于2004年11月28日开工建设，两台机组分别于2006年6月、2006年9月投产发电。
配套建设烟气脱硫装置，采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺。
脱硫装置采用二炉一塔布置形式，两台机组脱硫装置分别2006年8月、2006年10月投入正式运行。
脱硫系统设计脱硫效率不低于95%，SO2排放浓度不超过400mg/Nm3，SO2排放量不超过820t/a。
2009年#2机大修期间，计划对烟囱进行防腐，由于二炉一塔工艺，烟气从#2炉净烟气挡板门、旁路挡板门处大量向烟囱泄漏，内部施工环境非常恶劣，无法进行施工。
2011年，公司完成了脱硫扩容改造，目前形成了一炉一塔布置。
1.2烟囱基本情况：
两台炉合用一座烟囱，采用现浇钢筋混凝土外筒、耐酸胶泥砌筑耐酸砖配筋砌体内筒的套筒式结构，高度为210m，顶部出口直径为6.2m，入口直径9m，内部防腐面积约为4820m2。
1.2.1烟囱设计参数：
烟气温度：
80℃，120℃
基本风压：
0.45KN/m2（50年一遇）
0.55KN/m2（100年一遇）
抗震设防烈度：
7度，设计基本地震加速度值为0.15g，
设计地震分组为第一组。
结构安全等级为二级：
设计使用年限为50年。
1.2.2烟囱坐标及0.00米标高
坐标A=568.10米，B=1667.09米（烟囱与烟道中心线交点）
±0.00米标高相当于绝对标高54.40
1.2.3普通材料的选用说明
1.2.3.1混凝土水泥选用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。
1.2.3.2钢筋采用（φ）HPB235级钢和（φ）HRB335级钢，型钢采用热轧普通型钢，钢号为Q235B。
钢丝网丝号为12，孔径为25mm规格的镀锌菱形网，铅丝网选用丝径为2，孔径为16mm规格的拨花网。
1.2.3.3积灰平台处的水泥焦渣层材料容重不大于1200kg/m3，FSG防水保温板材料的容重不大于250kg/m3。
1.2.3.4烟囱筒身外侧从75m起涂刷航空标志色。
1.2.4耐酸材料的选用说明
使用的耐酸材料计有：
轻质耐酸砌块（内表面均釉化处理）、耐酸胶泥、耐酸砂浆、超细玻璃棉毡、耐酸混凝土、“□M”或“MC”防腐涂料、聚四氟乙烯防护条、耐酸石棉绳和不锈钢材料共9种。
1.2.4.1轻质耐酸砌块：
选用轻质隔热异形耐酸砌块，与烟气接触的内表面均釉化处理，釉化层厚不小于1mm，砌块的尺寸和外形见详图所示，耐酸砌块的容重不大于1500kg/m3，抗压强度不小于10MPa，导热系数不大于0.35W/mK，自然吸水率（%）不大于10，抗渗能力满足规范GB/T411-1997要求。
1.2.4.2耐酸胶泥：
耐酸胶泥抗压强度不小于7.5MPa；胶泥的凝结时间;初凝时间不小于60分钟，终凝时间不大于8小时；耐高温：
不小于250℃，并且在该温度下胶泥的抗压性能不降低，抗硫酸、硝酸和盐酸腐蚀，在30%的酸浓度中浸泡30天，抗压性能不降低。
1.2.4.3耐酸砂浆：
用于耐酸砌块砌体的外侧封闭层，选用钾水玻璃砂浆，质量标准按《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-95中附录D、表D、0、4和附录C，表C、0、1执行，施工验收按照《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》GB50212-2002执行。
1.2.4.4超细玻璃棉毡：
用于排烟筒和内烟道顶面的隔热层，厚度60mm，内外表面均设玻璃纤维布面罩，容重不大于48kg/m3，导热系数不大于0.035W/mK。
1.2.4.5耐酸混凝土：
用于排烟筒滴水板处
耐酸混凝土的配制按照《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-95中附录D、表D、0、3中的混凝土执行。
1.2.4.6“□M”或“MC”厚浆型防腐涂料：
用于耐酸材料和混凝土结构表面间的防腐隔离，涂料厚2mm，涂料的质量满足《烟囱混凝土耐酸防腐蚀材料》DL/T693-1999标准的要求。
1.2.4.7聚四氟乙烯防护条：
用于与烟气直接接触的混凝土构件表面，厚度0.4mm，防护条选用深棕色F4薄膜产品（即做了表面“茶纳”处理）。
1.2.4.8耐酸石棉绳：
用于排烟筒上下段接缝和内烟道端部处的填缝，选用角闪石石棉材料。
1.2.4.9不锈钢材料：
用于避雷针针尖。
钢号选用0Cr18Ni12Mo2Ti。
二、烟囱防腐处理的必要性
原脱硫装置设计有烟气换热器（GGH），经过脱硫后的排烟温度不低于80℃。
因GGH在运行过程中极易发生污堵，造成脱硫装置压差增大，我公司于2008年对GGH内部换热元件进行了部分拆除，拆除后烟气性能发生变化，腐蚀性增强，所以必须对烟囱防腐处理进行检查改造。
2.1脱硫烟气腐蚀性分析
烟气经过脱硫后，烟气中的二氧化硫的含量大大减少，但三氧化硫脱除效果并不好。
由于经湿法脱硫，烟气湿度增加、温度降低，烟气极易在烟囱的内壁结露，烟气中残余的三氧化硫溶解后，形成腐蚀性很强的稀硫酸液。
脱硫烟囱内的烟气有以下特点：
2.1.1烟气中水份含量高，烟气湿度很大；
2.1.2烟气温度低，一般在40～50℃之间；
2.1.3烟气中含有酸性氧化物，使烟气的酸露点温度降低；
2.1.4烟气中的酸液的浓度低，渗透性较强。
2.15烟气中的氯离子遇水蒸气形成氯酸，它的化合温度约为60℃，低于氯酸露点温度时，就会产生严重的腐蚀，即使是化合中很少量的氯化物也会造成严重腐蚀。
2.2烟囱运行工况：
GGH拆除后，烟囱有以下二种运行工况：
2.2.1排放未经脱硫的烟气，进入烟囱的烟气温度在130℃以上。
在此条件下，烟囱内壁处于干燥状态，烟囱内为微负压状态，烟气对烟囱内壁材料属气态均匀腐蚀，腐蚀情况相对轻微。
2.2.2排放经湿法脱硫后的烟气，进入烟囱的烟气温度在40～50℃，烟囱内壁有严重结露，沿筒壁有结露的酸液流淌。
且由于排烟温度降低，烟气抬升高度降低，造成烟囱内部为微正压状态。
因此烟囱防腐方案，必须考虑在两种工况下运行对烟囱的影响。
2.3脱硫烟气对烟囱设计的影响：
由于脱硫烟囱内烟气的上述特点，对烟囱设计有如下影响：
1）烟气湿度大，含有的腐蚀性介质在烟气压力和湿度的双重作用下，结露形成的冷凝物具有很强渗透性和腐蚀性，对烟囱内侧结构致密性差的材料将产生腐蚀，影响结构耐久性。
2）酸液的温度在40-80℃时，对结构材料的腐蚀性特别强。
以钢材为例，40-80℃时的腐蚀速度比在其它温度时高出约3-8倍。
因此，烟气脱硫后，烟气中单位体积内的稀硫酸含量增加，且烟还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质，形成腐蚀强度高、较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。
所以其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性烟气等级。
三、烟囱防腐处理方案论证
3.1脱硫后烟囱防腐设计有关标准及规定
由于国内脱硫后烟囱防腐设计历史较短，专项的腐蚀调查研究资料很少，经验不多。
烟囱设计规范对脱硫烟囱的设计尚无明确说明，只是从烟气的腐蚀性等级对烟囱的防腐设计进行要求。
对于脱硫后烟囱防腐措施，我们主要借鉴国外及国内目前一些电厂的资料和做法。
3.1.1国外烟囱防腐设计资料
从目前掌握的国外烟囱资料看，国外火电厂烟囱结构型式基本上都是套筒式或多管式烟囱，单筒式烟囱结构很少。
从材料的抗渗密闭性来看，钢内筒优于砖砌内筒材料，但经济性差些。
根据“国际工业烟囱协会（CICIND）”的设计标准要求，燃煤电厂排出的烟气经脱硫后，烟囱应按强腐蚀性烟气等级来考虑烟囱结构的安全性。
对于钢内筒结构，在烟气湿法脱硫（无GGH装置）的情况下，国际工业烟囱协会（CICIND）在其发布的《钢烟囱标准规程ModelCodeForSteelChimneys》（1999年第1版）中建议采用普通碳钢板在其内侧（与烟气接触侧）增加一层非常薄的合金板或钛板的方法进行处理。
对于砖砌内筒结构，从美国萨金伦迪（SARGENT&LUNDY）公司设计资料看，都采用自承重结构体系，且对砖和胶泥提出了很高要求，即特殊的耐酸缸砖用硅酸钾耐酸胶泥砌筑，一般分两层错缝布置，并设封闭层。
3.1.2国内烟囱防腐设计标准
按照国家标准《烟囱设计规范》GB50051-2002第10.2.2条和电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022-93第7.4.4条的要求：
当排放强腐蚀性烟气时，宜采用套筒式或多管式烟囱结构型式，即把承重的钢筋混凝土外筒和排烟内筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触。
3.2脱硫烟囱防腐措施：
虽然我国对电厂“脱硫后烟囱的腐蚀控制”还没有统一规定，脱硫烟囱的防腐蚀程度、措施、及烟囱设计、施工等还缺乏标准、规范，但由于近年来火电厂脱硫装置的快速发展，有的脱硫装置已参考国外的经验，对脱硫烟囱采取了一定的防腐措施。
根据国内应用的状况，脱硫烟囱可采用的防腐措施有以下几种：
3.2.1耐酸腐蚀的金属合金板
采用耐酸腐蚀的金属合金板材作内衬，内衬材料包括镍基合金板（C-276、C22）、钛板（TiCr2），由于合金材料初期成本较高等原因，国内尚无应用于烟囱内筒耐腐内衬的工程实例。
不作为本次烟囱防腐处理的参考方案。
3.2.2复合式泡沫玻璃砖
复合式泡沫玻璃砖防腐内衬—是以CDP泡沫玻璃砖、CDN无溶剂型耐温有机弹性胶为主体的材料组成复合式结构衬里。
适应温度范围—50℃～200℃（可短期承受高温250℃烟气），具有膨胀可逆的收缩弹性及韧性，适应高、低温烟气交替运行，适应干、湿烟气交替运行，适应不同材料的烟囱基材，抗烟气中的各类介质腐蚀，抗水渗透、烟气泄漏，具有隔热功能；防止高温烟气对混凝土壁的热侵蚀，具有保温功能；防止烟气降温以利于烟气的排放。
烟囱采用泡沫玻璃砖后，烟囱内筒通流面积减小，对烟气流速和阻力产生影响，且施工周期长，投资费用高，不作为本次烟囱防腐处理的参考方案。
3.2.3VEGF鳞片胶泥复合材料
VEGF鳞片胶泥（涂料）是以乙烯基酯树脂材料为主材加入10%～40%片径不等的玻璃鳞片等材料配制而成的，能够有效的防止腐蚀介质或水蒸汽的物理渗透。
具有较强腐蚀性、较低的渗透率、较强的粘结强度、较好的耐温差（热冲击）性和耐磨性，修补处理简单。
因施工周期长，投资费用高，不作为本次烟囱防腐处理改造的参考方案。
3.2.4VP内衬防腐材料
VP内衬技术是新型高分子聚合物高科技产品，具有抗酸、耐温、保温、使用寿命长等特点，创造性的采用新型的聚合方法，是将无机粒子填充于聚合物基体中的杂化聚合物，形成不同系列的超高分子量和高规整性的高分子聚合物，这类特殊结构的高分子聚合物具有某些线性高分子所不能具备的特殊性能。
VP内衬对烟囱实行的是三重保护，除了面层，中间层，还有性能优良的底剂隔膜，这种底剂隔膜，不仅耐腐蚀，并同时起到了连接隔热层、内筒基层。
底剂隔膜粘接强度好，耐高温，考虑长期使用中的少量的微裂纹，隔膜可以有效地防止了烟气及冷凝烟气的对内筒钢壁及早期烟囱碱性烟囱基础的渗透，充分的保护混凝土钢筋内壁。
可作为本次烟囱防腐处理改造的参考方案。
3.2.5玻璃鳞片防腐材料
玻璃鳞片衬里的化学稳定性在高温下则相对差一些。
在长期的高温包括不稳定的高温及化学腐蚀介质作用下，衬里材料逐渐变硬、变脆、抗冲击强度降低，产生裂缝或者脱落的可能性很大。
我公司脱硫钢烟道采用玻璃鳞片，已经发生过脱落现象。
不作为本次烟囱防腐处理改造的参考方案。
3.2.6喷涂聚脲弹性体防腐材料
喷涂聚脲弹性体（简称SPUA）技术是一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术，其主要原料是瑞氨基聚氧化烯醚。
SPUA不含催化剂，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，对湿气、温度布敏感，施工时不受环境温度的影响，100%固含量，不含任何挥发性有机物，具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，可承受150℃的短期热冲击。
SPUA技术对钢、混凝土等底材具有良好的附着力，耐交变温度和交变压力性能好，耐磨性强，耐冲击性能好，耐疲劳破坏、耐腐蚀、耐老化。
其缺点是耐温较低。
JN6504HT改性聚脲在普通聚脲的基础上，经过改性处理提高涂层的耐热性能，具有优异的物理性能，如抗张强度、耐腐蚀、抗老化、柔韧性、耐磨性等。
具有良好的稳定性，可在-40～150℃下长期使用，可承受180℃的热冲击。
可作为本次烟囱防腐处理改造的参考方案。
3.2.7OM涂料
OM涂料是由环氧树脂及活性稀释剂、活性防锈颜料、特种添加剂、助剂、溶剂等组成甲组，乙组由胺类固化剂配制而成的一种双组份烟囱耐酸防腐涂料。
和一般环氧树脂防腐蚀漆相比，具有更优异的抗渗性、耐热性、耐盐水性、耐化学腐蚀性、抗震性和耐磨性。
漆膜坚韧、附着力好，能起到长效防腐蚀的作用。
可作为本次烟囱防腐处理改造的参考方案。
3.2.8聚笨硫醚轻质板材
聚笨硫醚轻质板材采用具有耐高温、耐腐蚀等高性能权脂共聚合成为主料，选用适宜的发泡剂和固化促进剂，各组份通过计量输送到混合装置充分混合注入模具中，在一定模温、熟化温度下发泡成型。
聚苯硫醚板材制备，选择各级份配比，加入改性剂，表面活性剂，完全能获得适应烟囱防腐要求各项理化性能板材。
是一种较好的耐高温、耐腐蚀工程塑料，其耐热性可与聚四氟乙烯、聚酰亚胺媲美，具有良好的绝热保温、耐高温、耐酸碱腐蚀、防渗透特性。
因其成功业绩较少，不作为本次烟囱防腐处理改造的参考方案。
3.2.9整体玻璃钢套筒
采用玻璃钢制造整体烟囱，强度高，耐腐蚀性能好，适用于新建烟囱。
不作为本次烟囱防腐处理改造的参考方案。
3.3烟囱防腐处理方案选择：
方案选择原则：
3.3.1在满足防腐要求的情况下，经济合理。
3.3.2施工工期可控制在20天以内。
3.3.3使用寿命为5～10年（一个大修期）。
3.3.4国内有成功的应用业绩。
根据上述比较，依次推荐OM涂料、聚脲、VP内衬三种方案作为本次烟囱防腐处理的参考方案。
但由于有机涂料使用寿命相对较短，且已经施工过的电厂运行时间均未达到设计年限，其性能及使用寿命仍存在一定的不确定性。
四、烟囱防腐处理施工工艺
4.1防腐范围：
自两台炉旁路挡板门至烟囱顶部，含水平烟道，积灰平台、烟囱挡墙、烟囱本体等及积灰平台及水平烟道排水装置。
4.2防腐工艺流程：
表面积灰清理—表面缺陷记录、修复缺陷—底层涂料—涂抹防腐涂料—特殊部位处理—自然养护—验收交付
4.3防腐施工顺序：
4.3.1安装临时烟囱：
计算锅炉烟气量，核算临时烟囱的尺寸、高度，保证烟囱防腐期间烟囱内部的施工环境，若仍有烟气漏入，需采取可靠的临时措施，如增加挡墙等。
4.3.2清理积灰：
清除表面烟灰、油污、杂质等，按照从上到下的顺序，采用高压雾状水冲洗。
水冲洗后的内壁要求洁净无油，不得出现开裂、起砂、脱壳、蜂窝麻面等。
至下道工序施工前，内壁表面应该60%--80%干燥，在20毫米深度内的含水率小于10%。
4.3.3表面缺陷记录及局部修复：
对清理积灰后的烟囱排烟筒内壁进行检查，找出已有缺陷，标记并记录，用堵缝料（如SPUA-EP刚性腻子）对底材表面的孔洞、缺陷进行修补、找平。
4.3.4底层涂料：
施工环境温度宜5-30℃相对湿度不宜大于80%。
冬季施工应采取加热保温措施，但不能采用明火和蒸汽法直接加热。
配制底涂、底胶及粘合剂的容器及工具应清洁、干燥，配制粘合剂应根据施工用量边用边配，并在3小时内用完。
施工过程中如发现凝结块等现象时，不得继续使用。
4.3.5涂抹防腐涂料：
从上到下完成防腐涂料的施工。
根据不同涂料的喷涂工艺，采取不同的技术措施，施工期间要做好质量验收。
五、防腐处理费用及工期
5.1施工安排：
需一台机停机25天，在运行机组脱硫出口烟道加装临时烟囱，锅炉产生的烟气通过脱硫后达标排放。
烟囱防腐期间，锅炉尽量燃用设计煤种，确保脱硫设施可靠运行。
5.2工期控制：
序号
工作内容
施工工期（25日历天）
停运前10天
1-5
6-11
12-22
23-25
1
施工准备
2
临时烟囱安装
3
搭设施工平台
4
设备安装
5
高压水冲洗
6
烟囱防腐
7
竣工验收
8
设备拆除
5.3费用控制：
材料费：
150万元。
施工费：
130万元。
合计：
280万元。
附图一：
烟囱水平烟道，底部防腐层已经破坏
附图二：
烟囱水平烟道，底部防腐层已经破坏
附图三：
烟囱耐酸釉面砖表层釉面已经脱落，砖受到严重腐蚀
附图四：
烟囱耐酸釉面砖表层釉面已经脱落，砖受到严重腐蚀
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