脱硫烟囱防腐技术与经济性分析玻璃钢内筒.docx

1、脱硫烟囱防腐技术与经济性分析 玻璃钢内筒脱硫烟囱防腐技术与经济性分析盐城三美防腐科技有限公司盐城华夏高空建筑防腐维修有限公司2017年5月1、概述1.1烟囱防腐改造的必要性及与防腐基本要求 燃煤电厂脱硫饱和湿烟气属于温度低，密度大，烟气处于冷凝结露状态。国际工业烟囱协会(CICIND)将其定为强腐蚀等级。 脱硫烟囱防腐所选择的材料必须满足耐腐蚀性、抗渗性、抗裂性、耐温度交变干湿交替长期运行、牢固性、耐磨性抗烟气冲刷等必备性能。且烟囱内部的牛腿、烟道接口、烟囱顶口、积灰平台等节点，防腐设计方案须选用合理的方案及特殊的防腐材料进行，加强防腐等级设计，做到整体结构无腐蚀薄弱点1.2脱硫烟囱防腐技术经

2、济性分析 1） 脱硫湿烟囱防腐工艺、防腐材料及防腐方案的进化 通过10多年来脱硫烟囱各种防腐形式的失败案例及综合考察烟囱防腐成效的稳定可靠性、材料性能、施工工艺、使用寿命、维护费用、安全隐患等多方面因素，国内脱硫湿烟囱防腐先后经历了由涂料类防腐（OM涂料、聚氨酯等）改进为粘贴砖类防腐（玻化陶瓷砖、发泡玻璃砖等）到目前升级转化为钛合金及玻璃钢内套筒防腐系统。 2）造价分析 随着国内玻璃钢防腐材料的广泛应用及玻璃钢烟囱的普遍实施，玻璃钢内套筒烟囱整体造价较前几年下降幅度明显。对于相同防腐改造项目，玻璃钢内套筒价格价格较宾高德低约10-15%；钛合金内套筒较宾高德高约20%。（详见 16 页防腐改造

3、费用估算） 3）进口发泡玻璃砖（宾高德）应用简介 宾高德烟囱防腐系统为进口的发泡玻璃砖加胶粘剂相结合的解决方案。其产品为德国汉高集团上世纪6、70年代的科技成果，于80年代运用于烟囱防腐，目前国内所使用的产品为30年之前的配方。其发泡玻璃砖抗压强度仅为1.6Mpa，抗烟气磨损冲刷能力差，实际运行中仅几个月至一两年防腐层的60%以上被烟气冲刷脱落，尤其表现在烟囱进气口处。 在国内外烟囱防腐的业绩较多，其国内案例中拥有运行10年以上成功案例，经调研也存在一些防腐失败案例,如:内蒙古元宝山发电厂一期、二期两座烟囱,华能金陵发电厂烟囱,重庆达尔凯电厂烟囱等。（详见 第13 页）。 4）玻璃钢内套筒烟囱

4、应用简介 玻璃钢防腐材料的防腐性、比强度、抗疲劳强度等均满足与适合脱硫湿烟囱的复杂工况，且目前FRP（玻璃钢）烟囱内套筒的防腐材料已升级为阻燃型材料，其加工制作与施工安装的安全性和技术性均得到有效保障。 玻璃钢烟囱在国内外防腐蚀领域的应用，已有近40年的历史，已得到普遍应用，目前在国内已拥有不少于200座脱硫湿烟囱防腐案例。美国自20世纪70年代开始湿法烟气脱硫以来，美国电力研究院（非盈利机构）最新版湿烟囱设计导则2012将玻璃钢烟囱列为导则的首选方案，同时美国政府能源部对脱硫烟囱唯一推荐方案是：混凝土外筒+玻璃钢内筒！ （详见第 6，7 页）5）施工工艺分析 贴砖类防腐在高空作业条件下且粘贴

5、工作量巨大，施工质量难控制。表现为用胶量不足、涂抹不均，在烟囱防腐的关键节点（牛腿部位、积灰平台等）设计方案考虑不周等导致腐蚀、渗漏等。 玻璃钢内套筒烟囱采用分段预制，分段吊装，其结构整体成型，没有腐蚀弱点，调研国内脱硫湿烟囱防腐应用案例中目前还未发现防腐失败案例。 6）烟囱防腐结构形式分析 直接在混凝土内筒壁粘贴轻发泡玻璃砖（宾高德）的防腐工艺，如果防腐层失效（发泡玻璃砖开裂、粘接剂被腐蚀后未能及时修补或施工不饱和导致的贯通缝隙），酸液结露水经由这些缺陷部位流向混凝土筒壁内表面，导致混凝土表面严重腐蚀，从而引起整个筒体结构变形，给电厂带来安全隐患。尤其在北方地区冬季运行时，环境温度最低可达-

6、30，烟气在烟囱内排放时所产生的冷凝酸液量加大，如防腐层失效，渗入混凝土筒体结构层的酸液量也就随之加大，混凝土结构将会受到严重腐蚀，安全隐患增大。 国内脱硫烟囱新建与防腐改造工程项目中，大多采用内套筒式烟囱解决方案，以玻璃钢与钛合金内套筒方案为主流，这样有利于进行定期检查、维修维护，同时防止在防腐层结构失效的情况下也不会给电厂带来安全隐患。 2、脱硫烟囱防腐方案分析2.1、运行工况 基于单筒式混凝土砖内衬烟囱分析，有如下两种运行工况：1）脱硫湿烟囱烟气温度约50，此时内衬表面有大量酸液结露水生成，如果防腐层失效（发泡玻璃砖开裂、粘接剂被腐蚀后未能及时修补或施工不饱和导致的贯通缝隙），酸液结露水

7、经由这些缺陷部位流向混凝土筒壁内表面，导致混凝土表面严重腐蚀。2）冬季运行时，特别在北方地区，烟囱所在地区环境温度最低可达-30，脱硫烟气在烟囱内排放时，烟气温度降低，从而导致冷凝酸液产生量加大。此时如果防腐层失效，渗入混凝土筒壁结构表面的酸液量也就随之加大，混凝土结构受到的腐蚀就更加严重。如果基于套筒式烟囱结构形式（玻璃钢与钛合金内套筒），其内筒为排烟筒，钢筋混凝土外筒为内筒的支撑体，则可以避免此安全隐患。2.2、可选择防腐蚀方案 根据最近10多年来国内外脱硫烟囱防腐蚀工程应用案例的使用效果调研，以下几种防腐工艺的成功率较高，本报告将对它们进行分析、论证，防腐工艺设计使用寿命按照30年设计：

8、1）粘贴进口发泡玻璃砖（宾高德）；2）钛钢复合板内筒；3）玻璃钢内筒。2.3脱硫湿烟囱防腐材料及防腐方案进化 通过10多年来脱硫烟囱各种防腐形式的失败案例及综合考察烟囱防腐成效的稳定可靠性、材料性能、施工工艺、使用寿命、维护费用、安全隐患等多方面因素，国内脱硫湿烟囱防腐先后经历了由涂料类防腐（OM涂料、聚氨酯等）改进为粘贴砖类防腐（玻化陶瓷砖、发泡玻璃砖等）到目前升级转化为钛合金及玻璃钢内套筒防腐系统。 现阶段，欧美日等发达国家脱硫湿烟囱防腐材料与工艺已从原防腐工艺，包含但不限于粘贴轻质类材料如发泡玻璃砖、玻化陶瓷砖等，完全过渡为钛合金或玻璃钢内套筒且新建机组烟囱防腐第一方案确定为玻璃钢内套筒

9、方案。国内脱硫湿烟囱防腐改造项目正处于粘贴类防腐向钛合金及玻璃钢内套筒方案过渡阶段，新建项目处于钛合金内套筒向玻璃钢内套筒过渡阶段。故FRP（玻璃钢）烟囱防腐技术的应用与实施是脱硫湿烟囱防腐的技术趋势与发展方向。2.4美国政府强力推荐脱硫烟囱防腐方案众所周知，美国是世界上最发达的本主义国家，美国的一切几乎均是私有制，就连军火工业也是私营的，因此追求最大利益是美国政府及其企业的首要目标。为了帮助电力企业获取最大限度的利润，美国政府能源部矿物燃料办公室（Office of Fossil Energy，U.S. Department of Energy）定期向美国电力企业进行调研，然后编制相关推荐性

10、技术规程。例如，1999年5月就颁发了基于市场化的先进煤粉电站系统（MARKET-BASED ADVANCED COAL POWER SYSTEMS（FINAL REPORT），该书以400MW机组为基本机型，针对亚临界、超临界、超超临界2种机组的煤粉电站设计技术进行了详细地介绍。在该书中，脱硫技术为石灰石石膏法，而与之配套的烟囱结构形式，唯一推荐方案则是：混凝土外筒+玻璃钢内筒！可见玻璃钢烟囱在美国电力行业的地位，与其他防腐蚀材料相比较，基本上是居于独一无二的！2.5美国电力研究院强力推荐的脱硫烟囱防腐方案美国自20世纪70年代开始湿法烟气脱硫试验以来，随着脱硫烟气的腐蚀问题不断出现，非盈利

11、机构美国电力研究院（The Electric Power Research Institute，简称EPRI）组织有关机构和技术人员进行了大量的技术研究和工程调研，并编写了脱硫烟囱防腐蚀指导文件：WET STACKS DESIGN GUIDE湿烟囱设计导则。到目前为止，该导则已出版了1996版、2012版二个版本。美国电力研究院根据各种不同的防腐蚀材料在美国脱硫烟囱内部的实际使用效果及其造价，按照性价比的高低，提出了烟囱防腐蚀材料的推荐表，列举如下：从表中推荐方案可以看出：1）、玻璃钢烟囱已是美国电力研究院的首推方案；2）、钛合金已不再被美国电力研究院推荐用作烟囱内筒！为什么会出现如此的变化？

12、我们通过资料查阅、对外交流及实地考察，发现，目前在美国，玻璃钢在脱硫系统的应用，均能获得如下性能：、超过30年的安全应用保证；、显著低于“碳钢 + C-276”的综合造价；、与其他材料相比，非常低的维护费用。2.6 国际能源署对不同烟囱材料的性能对比国际能源署清洁燃料中心也对世界各国多年来使用的各类脱硫烟囱防腐蚀材料进行了综合调研和评价，并将其发表在2006年出版的硫氧化物的排放及控制（SOx emissions and control）第12章。该书针对燃煤电厂湿法烟气脱硫系统所使用的各类防腐蚀材料的耐腐蚀性能、耐温性能、造价及使用寿命等，进行了大量的调研、比较，最终得出的结果如下：表5.4

13、-1：不同材料在脱硫系统中的耐腐蚀性能防腐材料腐蚀介质硫酸盐酸氯酸盐317L 不锈钢25，5%不推荐使用不推荐使用环氧乙烯基酯树脂FRP95，30%82，37%100，全浓度Alloy C-27695，30%82，5%65，20,000ppm不同材料在脱硫塔塔体时的应用对比，参见表5.4-2所示： 表5.4-2：不同材料用作脱硫塔本体时的造价对比（1995、1996年数据）材料4x13 m 吸收塔12x33 m 吸收塔建造造价造价对比建造造价造价对比乙烯基酯树脂FRP$175,0001.0$750,0001.0碳钢内衬橡胶$200,0001.15$865,0001.15碳钢表面贴C-276墙纸

14、（C-276 clad steel）$350,0002.0$1,300,0001.75碳钢表面内衬C-276$475,0002.7$1,500,0002.0针对1座高70m、直径3m烟囱，采用不同防腐蚀材料建造时的的造价比，参见表5.4-3所示：表5.4-3：不同防腐蚀材料建造烟囱时的造价比（1994年数据）材料建造费用不同材料的造价比乙烯基酯树脂玻璃钢 $700,0001.0316 不锈钢$800,0001.15317LM 不锈钢$1,100,0001.57C-276包覆钢板$1,200,0001.71C-276复合钢板$2,300,0003.28同时，该书耐列举了玻璃钢与这些材料的性能对比

15、，耐疲劳性方面，玻璃钢是C-276合金的20倍以上：表5.4-4：不同材料的耐疲劳性比较材料30%极限应力循环次数10%极限应力循环次数玻璃钢5,000100,000317L不锈钢2004,000C-2762005,000从国际能源署所进行的实验、调研结果，可以得出如下结论：1）、玻璃钢的耐腐蚀性能、耐应力疲劳性能，均远优于高镍合金C-276，造价则远低于C-276；2）、钛合金的耐腐蚀性能低于C-276；3）、玻璃钢的耐腐蚀性能、耐应力疲劳性能均远远优于钛合金，造价则低于钛合金，因此，综合性价比要远远高于钛合金！或者说玻璃钢的全寿命成本要远低于钛合金！2.7国家电力规划研究总院的脱硫烟囱设计

16、建议2013年12月18日，电力规划研究总院在北京召开了“第二次全国脱硫烟囱防腐蚀技术研讨会”，到会代表来自全国电力设计院、发电集团、与脱硫烟囱防腐蚀技术研究有关的电力行业以外的科研单位等。经过2天的技术交流，最终得出的会议纪要【电规发电201422 号，火力发电厂脱硫烟囱防腐技术研讨会议纪要】，有如下几条值得关注（此处以黑色楷体显示）：针对各种方法方案，会议建议：1. 采用钢钛复合板方案应考虑其现场焊接质量、制造缺陷、腐蚀速率等问题，特别是电化学腐蚀（局部腐蚀）对烟囱使用寿命的影响； 6. 玻璃钢（FRP）在欧美等发达国家脱硫烟囱防腐中已得到广泛应用，业绩良好，可以在国内脱硫烟囱防腐中采用。

17、但目前玻璃钢（FRP）在国内脱硫烟囱防腐中已投运的项目仅两例，且运行时间偏短，应加强设计、制作、安装及质量监控等引进技术研究，积累相关经验，确保玻璃钢内筒的制作及安装工艺质量。 七、建议各有关单位研究和借鉴美国电力研究院（EPRI）最新颁布的湿烟囱设计导则（2012）中有关湿烟囱内筒材料、内筒气流速度以及减少烟囱雨产生的防止措施和湿烟囱运行于维护方面的经验，积极采用国外成熟可靠的脱硫烟囱防腐技术，同时继续做好我国脱硫烟囱防腐蚀方面的调查研究和总结工作，为确保我国脱硫烟囱安全、可靠运行提供科学依据。2.8、防腐工艺性能分析 进口发泡玻璃砖（宾高德）其发泡玻璃砖抗压强度仅为1.6Mpa，抗烟气磨损

18、冲刷能力差，实际运行中在烟囱进气口处仅几个月至一两年防腐层的60%以上被烟气冲刷脱落。贴砖类防腐在高空作业条件下且粘贴工作量巨大，施工质量难控制。表现为用胶量不足、涂抹不均，在烟囱防腐的关键节点（牛腿部位、积灰平台等）设计方案考虑不周易等导致腐蚀、渗漏、脱落等。 钛钢复合板防腐性能良好，但是钛板接头焊缝漏焊和焊透是，施工质量较难保证。 玻璃钢防腐材料的防腐性、比强度、抗疲劳强度等均满足与适合脱硫湿烟囱的复杂工况，且目前FRP（玻璃钢）烟囱内套筒的防腐材料已升级为阻燃型材料，其加工制作与施工安装的安全性和技术性均得到有效保障。玻璃钢内筒施工工艺采用分段预制，分段吊装，其结构整体成型，没有腐蚀弱点

19、。序号项目玻璃钢内筒钛合金复合钢板内筒贴砖防腐1耐腐性能优良,整体结构无腐蚀薄弱点优良,但焊缝区域易产生腐蚀和氢裂好2耐磨性好好差3建造成本中高中4维护成本无一般高，易出现渗漏，维护难度大5质量控制易难程度容易一般难，粘贴量大且高空作业，监理措施很难到位6使用寿命长一般短3、脱硫烟囱防腐案例调研3.1电力规划总院调研烟囱防腐情况统计表 电力规划总院通过近年来对各种防腐形式的情况统计，玻璃钢内套筒烟囱还未发现失败案例。我国脱硫烟囱防腐存在问题主要表现在：防腐材料本身的质量、施工质量、防腐工艺、防腐方案 等原因造成烟囱防腐出现过不同程度的损坏现象。3.2粘贴进口发泡玻璃砖（宾高德）宾高德烟囱防腐系

20、统为进口的发泡玻璃砖加胶粘剂相结合的解决方案。其产品为德国汉高集团上世纪6、70年代的科技成果，于80年代运用于烟囱防腐，目前国内所使用的产品为30年之前的配方。贴砖类防腐在高空作业条件下且粘贴工作量巨大，施工质量难控制。表现为用胶量不足、涂抹不均，在烟囱防腐的关键节点（牛腿部位、积灰平台等）设计方案考虑不周等导致腐蚀、渗漏等失败案例在国内外烟囱防腐的业绩较多，在国家电力规划总院所做的调研中，其国内案例中拥有运行10年以上成功案例，也有一些失败案例。1）江苏利港电厂，烟气脱硫，初期有旁路，2005年投入采用宾高德发泡玻璃做防腐，为宾高德代表性案例。 2）内蒙古元宝山发电厂一期、二期两座烟囱同时

21、于2009年10-11月底期间施工，于09年12月投入运行，两座烟囱运行不到3个月（2010年1-2月份期间）便出现了烟囱筒体的腐蚀、渗漏与砖的脱落，业主方于2010年3月份停炉后进入烟囱筒体内部检查，发现一期、二期烟囱内宾高德发泡玻璃砖均出现了大面积脱落，烟囱的中下部尤为严重，一期烟囱脱落面积超过1000、二期烟囱脱落面积超过1500，另烟道底部也有大量积液、烟道也出现了大面积的脱落，被酸液浸泡之后的胶呈气泡状。3）华能金陵发电厂烟囱高度240米，装机容量21000MW ，为双套筒式烟囱结构，于2008年9月完成防腐施工，即投入运行，于2010年两座内套筒均出现大面积宾高德发泡玻璃砖脱落，脱

22、落面积共约2000。业主方于2010年夏季采用玻化陶瓷砖和成都硅宝烟囱专用胶重新做了修补处理。4）重庆达尔凯电厂烟囱于2011年1-3月份完成施工，于2011年4月投入运行，施工质量控制由国外监理严格把控，工程得到中、外方技术人员的好评。于2012年5月份考察时发现烟囱底部积灰平台出现严重渗透，积灰平台底部沿烟囱内筒壁一周均出现了大量酸液的渗漏，实际有效防腐运行时间不到一年。3.3钛钢复合板内套筒 金属钛的防腐原理，是利用金属钛在强氧化环境下，表面产生一层氧化膜来提供防腐能力，目前国内已经大量采用钛钢复合板内筒，总体防腐性能良好，但是钛板接头焊缝漏焊和焊透是存在的常见现象，存在一些防腐失败问题

23、。 自2006年国内第一座钛钢复合板烟囱投运至今，国内已有200余座钛钢复合板烟囱，其中新建、改造项目各半。3.4玻璃钢内套筒 玻璃钢烟囱在国内外防腐蚀领域的应用，已有近40年的历史，已得到普遍应用。目前在国内已拥有不少于200座脱硫湿烟囱防腐案例。玻璃钢在烟囱方面的应用几乎与国外同步，早在1970年代，即由冶金部建筑研究总院（中冶建筑研究总院有限公司）先后设计、建造了2座超过100m的玻璃钢烟囱。例如建造于1975年的鞍钢冷轧厂40m高酸洗废气排放用玻璃钢烟囱、建造于1977年的沈阳冶炼厂102m玻璃钢烟囱等。近年来随着国内工业化进程的不断加快，玻璃钢烟囱的应用也越来越多，在国家电力规划总院

24、组织的调研中，未发现失败案例。（下图来自于冶建总院可研报告）。近年来玻璃钢内套筒烟囱国内部分应用业绩如下：序号使用厂商工况和设计规格建造时间1大唐新疆呼图壁电厂2300MW机组，直径7米，高度210米2012/82杭协热电公司双套筒直径3.8米，高度90米，SW905-N2013/63大唐重庆石柱发电厂2350MW机组，直径7.5米，高度210米2013/94华能伊春热电厂2350MW机组，直径7米，高度210米2013/115大唐太原第二热电厂2330MW机组，直径7.5米，高度200米2014/36辽阳国成热电2CB50MW抽气被压机组，直径7米，高度150米2014/47华能新疆轮台电厂

25、2350MW机组，直径8.4米，高度210米2014/78大唐江西抚州电厂21000MW机组，双筒，直径8.2米，高度240米2014/99河南中原黄金冶炼厂双筒，直径5.5米，高度150米2014/910同煤永济电厂2350MW机组，直径8米，高度210米2014/1011大唐滨州电厂2350MW机组，直径7.5米，高度210米2014/1012华电奉节电厂2660MW机组，双筒，直径8米，高度240米2015/713大唐三门峡电厂21000MW机组，双筒，直径8.5米，高度240米2015/914大唐甘肃803电厂2350MW机组，直径7.5米，高度210米2015/1115国电吉林江南电

26、厂2330MW机组，直径7.5米，高度210米2016/316大唐三栋临清电厂2350MW机组，直径7.5米，高度210米2016/317大唐河北蔚县电厂2660MW机组，直径8米，高度210米2016/318大唐黑龙江绥化电厂2350MW机组，直径7.5米，高度210米2016/419大唐延安电厂2350MW机组，直径7.5米，高度210米2016/620通辽发电总厂直径6.2米，高度210米2015/121霍林河坑口电厂直径8.5米，高度240米201522通辽热电厂直径1.8米,高度120米20164、防腐改造费用估算 烟囱防腐改造工程属于特种结构的防腐项目，目前国内并没有合适的概算定额

27、可供借用。近年来，随着国内玻璃钢防腐材料的广泛应用及玻璃钢烟囱的普遍实施，玻璃钢内套筒烟囱整体造价较前几年下降幅度明显。对于相同防腐改造项目，玻璃钢内套筒价格价格较宾高德低约10-15%。 参考近期宾高德发泡玻璃砖中标的的国电宁夏石嘴山电厂二座烟囱防腐改造项目，防腐面积共计15300平方，宾高德中标总价为3998万元，每平方米造价为2610元。如项目采用钛合金内筒技术方案，整体工程费用应不少于5000万元，每平方米造价大于3000元；如项目采用玻璃钢内套筒防腐技术方案，整体工程费用约为3100万元，每平方米造价约2000元。5、烟囱防腐结构选型分析 直接在混凝土内筒壁粘贴轻质类材料（发泡玻璃砖

28、）的防腐工艺，如果防腐层失效（发泡玻璃砖开裂、粘接剂被腐蚀后未能及时修补或施工不饱和导致的贯通缝隙），酸液结露水经由这些缺陷部位流向混凝土筒壁内表面，导致混凝土表面严重腐蚀，从而引起结构变形，给电厂带来安全隐患。尤其在北方地区冬季运行时，环境温度最低可达-30，烟气在烟囱内排放时所产生的冷凝酸液量加大，如防腐层失效，渗入混凝土筒体结构层的酸液量也就随之加大，混凝土结构将会受到严重腐蚀，安全隐患增大。 随着国家环保政策的普遍实施，考虑到脱硫湿烟囱的安全运行，我国燃煤电厂新建机组烟囱的结构形式几乎全部都采用套筒式烟囱结构形式（玻璃钢与钛合金内套筒），这样有利于维修维护，同时防止防腐层结构失败的情况下也不会给电厂带来安全隐患。 国内烟囱防腐改造工程项目中，在技术经济允许的情况下，也大多采用套筒式防腐解决方案，即玻璃钢与钛合金内套筒方案。通过对国内外脱硫湿烟囱防腐的调研、分析，针对国内特别是北方冬季寒冷地区的烟囱防腐改造工程项目，我们可以建议：脱硫烟囱防腐优先选择玻璃钢内套筒防腐方案！