湿法脱硫单筒烟囱现状研究

赵勇柴俊

摘要：本文通过对脱硫技术以及单筒式钢筋混凝土烟囱的演变、发展进行了剖析解读，论述了在湿法脱硫的新形势下，单筒式钢筋混凝土烟囱依然具有较高的应用价值。

关键词：单筒式烟囱；湿法脱硫

0引言

我国是一个以燃煤为主要能源结构的国家，国民经济的持续稳定增长和电力需求量的增加，有力地促进了火力发电行业的发展，但火电行业规模的扩大，污染物排放量也不断增加，燃煤烟气中的粉尘、硫化物、氯化物、氮氧化物成为大气的主要污染源。为贯彻《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》等法律、法规，保护环境，改善环境质量，防治火电厂大气污染物排放造成的污染，促进火力发电行业的技术进步和可持续发展，2011年7月29日，环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了新修订的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），新标准将于2012年1月1日实施。新标准大幅收紧了氮氧化物、二氧化硫和烟尘的排放限值，接近或达到发达国家和地区的要求。新标准的实施将提高火电行业环保准入门槛，推动火电行业排放强度降低并减少污染物排放，加快转变火电行业发展方式和优化产业结构，促进电力工业可持续和健康发展。

脱硫方法一般可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三类。燃烧后脱硫又称烟气脱硫（FGD），是当前应用最广、效率最高的脱硫技术，按吸收剂和脱硫产物在脱硫过程中的物态又分为干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫。湿法烟气脱硫（WFGD）由于其成熟、可靠、稳定、高效的特性，脱硫效率可达98％，已成为应用最广泛、适应性最强的烟气脱硫工艺技术。

1湿法脱硫烟气的特点

脱硫后的烟气与未脱硫的烟气介质、温度、湿度都有所不同，对烟囱的腐蚀程度也不尽相同。根据调查和国内外资料表明：湿法脱硫后的烟气虽然降低了烟气中SO2的排放量，但造成烟囱主要腐蚀的SO3的含量与脱硫前变化不大，一般还含有较低浓度的NOx（氮氧化物）、氟化物和氯化物等强腐蚀性物质，并且烟气温度较低（目前，业界已形成共识，设GGH时一般在80℃左右，不设GGH时一般在50℃左右）。而鉴于GGH设备价格高，占地大以及维护成本高等特点，加之常规单筒式钢筋混凝土烟囱增加GGH与否均为正压运行，近年来国内火力发电厂一般多采用烟气湿法脱硫且不设置烟气加热系统GGH装置。从而烟气含水量增高，湿度变大，温度降低，极易冷凝结露形成稀酸，以每小时数吨的流量顺筒壁内侧流下；此时钢筋混凝土烟囱渗漏的主要矛盾已由腐蚀问题逐渐转化为抗渗问题。

2烟气脱硫发展研究现状

脱硫后的烟气与未脱硫的烟气介质、温度、湿度都有所不同，对烟囱的腐蚀程度也不尽相同。根据调查和国内外资料表明：

1）干法脱硫后的烟气对烟囱的影响与传统的未脱硫烟气基本相同；

2）湿法脱硫后的烟气虽然降低了烟气中S的排放量，但造成烟囱主要腐蚀的SO3的含量与脱硫前变化不大，并且烟气温度降低，烟气含水量高，湿度增大。

3）半干法脱硫后烟气的腐蚀性介于干法脱硫和湿法脱硫之间。

我国近50多年的火力发电厂建设发展过程中，烟气运行条件先后经历了最初的高温干烟气到上世纪70年代期间水沫除尘并低级脱硫条件下的潮湿烟气（冬季北方为湿烟气条件），再到80年代中后期电除尘采用后的高温干烟气，以及本世纪初湿法脱硫技术采用后的低温（50℃）湿烟气条件。对国外而言，则从上世纪30年代的高温干烟气，到50年代初开始推行的湿法脱硫并迅速发展，湿法脱硫系统的市场份额也从最初的40%发展到90年代末的85%。

综上可知，无论烟囱选型如何，目前国内外燃煤火力发电厂的运行现状均以湿法脱硫工艺为主。

3单筒式钢筋混凝土烟囱研究现状

在我国的火力发电厂烟囱的发展过程中，相当长的一段时间内采用单筒式钢筋混凝土烟囱。并沿用至今，其使用范围仍十分广泛并先后经历了几个不同的阶段。在80年代以前，主要是沿用苏联的模式，采用空气隔热层；90年代以后，国内普遍采用加气混凝土、陶粒混凝土、矿渣棉、岩棉、珍珠岩制品等保温材料作隔热层，在隔热降温方面有所改进；2000年以来，则较为广泛的采用发泡聚氨酯等用于单筒式钢筋混凝土烟囱的设计。

现阶段湿法脱硫逐渐普及，应运而生的一些新情况（如渗漏）成为了烟囱选型的困扰。此时的烟囱选型更多的偏重于型式，主流为套筒式烟囱。湿法脱硫后的湿烟气排放多采用套筒式或多管式烟囱，且套筒式或多管式烟囱防腐材料多采用钛-钢复合板（现场焊接）或玻璃钢（现场缠绕）实施。但钛-钢复合板钢内筒的焊缝质量以及膨胀节的连接为控制难点，而玻璃钢内筒的施工安装安全（防火性）以及分段连接方式为控制难点。均有大量钢梯、钢平台的焊接工作量，且均发生过渗漏或引发安全事故的案例。再者，套筒式或多管式烟囱常以拥有内部竖向交通而便于检修而优于单筒式烟囱；但调查发现，一些套筒式或多管式烟囱渗漏腐蚀后，其竖向旋转钢梯腐蚀颇为严重。故可认为在检修层面上，套筒式或多管式烟囱与单筒式烟囱的维护或维修，均须进入排烟筒内维修，其外侧30～40m一层钢平台作用并不明显。烟囱经过数年来的脱硫改造形成了一套完整系列的维修改造措施，使得烟囱维修得以实现，单筒式烟囱及套筒式（或多管式）烟囱应视为同等条件。

《烟囱设计规范》（GB50051-2013）颁布前一段时期内，一些具有防腐措施的单筒式钢筋混凝土烟囱亦出现不少渗漏问题，经过多方调研，原因归结如下：1）设计方没有认识到防渗防漏的重要性，细部构造没有针对性的解决。2）施工质量不到位。多方观点认为，烟囱的防腐层未按设计要求施工，防腐层形同虚设，未达到设计意图是腐蚀、渗漏主要原因。3）业主方压缩建设工期，施工监管缺乏全过程质量控制。

3.1砌筑内衬筒身

砌筑内衬多采用耐酸胶泥砌筑耐酸砖实施。但由于现阶段火电工程施工工期的压缩，加之施工队伍素质的参差不齐和质检过程的不严格，砌筑内衬砌体的横、竖灰缝（尤其是竖缝）不易饱满，造成砌体的气密性不好；且现阶段大多烟囱均处于正压运行，腐蚀性湿烟气容易透过内衬和保温隔热层在混凝土筒壁内侧冷凝结露，并不断在保温隔热层处积聚大量酸液，严重腐蚀烟囱混凝土外壁。特别是冬季，时有结冰现象发生，对混凝土筒壁有冻胀作用。此时，保温隔热材料也极易受潮而降低隔热效果，从而增大了钢筋混凝土筒壁的温度应力，促使了筒壁裂缝的开展。

3.2粘贴泡沫玻璃砖筒身

粘贴泡沫玻璃砖筒身采用泡沫玻璃砖直接粘贴于钢筋混凝土筒壁内侧。从而取消了传统的保温隔热层。从材料来源上，大致可区分为国产泡沫玻璃砖和进口泡沫玻璃砖。宾高德是进口泡沫玻璃砖的主要代表，以泡沫硼硅玻璃结合人造橡胶技术形成防腐衬里，通过宾高德专用胶粘贴于钢筋混凝土筒壁内侧，从而形成防腐体系。具有耐酸腐蚀、绝热、耐高温、低热膨胀系数等优点；该体系在国内外有着不少成功运行业绩。但该体系材料价格颇高，为业主选材带来困惑。相比之下，国产泡沫玻璃砖则较为经济，但应用时间不长，部分技术参数尚未形成稳定品质，尤其是基底粘接胶，时有脱落、开胶现象出现。

3.3整体浇注料筒身

整体浇注料筒身是一种采用耐酸轻质整体浇筑料作为内衬的做法，使其与烟囱外筒身形成一体，既可保温隔热，同时兼作外筒的保护层。内衬层与保温隔热层合二为一。但随着近年来湿法脱硫工艺的采用，逐渐凸显的防水问题对整体浇注料内衬提出了新的要求，目前看来，在正压湿烟气作用下，自身裂缝较多的整体浇注料内衬较难阻挡湿烟气的侵蚀，最终形成渗漏。虽然防水型浇注料的研制工作已经取得进展，但最终得到可靠的运行业绩还尚需时日。

4结论

单筒式钢筋混凝土烟囱，在历经数十年的运行考验下，充分体现了混凝土在耐久性以及经济性等方面的优势。目前虽烟气工况有所改变，但作为一种久经实践检验的结构形式，在进行相关设计优化、技术改进后，依然可以在现今火力发电厂湿法脱硫后的烟囱设计中赢得一席之地。

参考文献：

[1]中国电力规划设计协会.组编.中国电力设计标准与国际标准和国外标准比较研究.2015

[2]国家标准，烟囱设计规范GB50051-2013[S].北京：中国计划出版社，2013.

[3]中冶东方工程技术有限公司.牛春良主编.烟囱设计手册[M].北京:中国计划出版社，2014.

作者介绍：

赵勇（1967~），男，工学学士，高级工程师，长期从事电厂项目管理工作。电话：[phone]

王金兴（1936~）男，教授级高工，长期从事电厂烟囱工程的施工及脱硫防腐材料研究