一、煙囪內襯的變遷及發展
八十年代以前我國各電力設計院設計的煙囪主要使用五十年代蘇聯援助我國時所用的圖紙及技術資料,煙囪內襯普遍采用粘土磚、耐火磚加水泥砂漿砌筑,中間有十公分左右的空氣隔熱層,隔熱層采用爐渣、珍珠巖粉、珍珠巖板等,這個時期的煙囪基本沒有出現質量情況。
進入九十年代后,隨著環保要求的不斷提高,各電廠新上脫硫、脫硝、脫氮等,原先的老煙囪和新上的煙囪不同程度的出現了開裂、滲透,更為嚴重的影響煙囪的使用壽命,好多不得不報廢、重建。有的新建煙囪在運行兩個月內出現嚴重滲漏,有的煙囪在質保期內出現大面積滲漏等腐蝕嚴重情況,以上這些情況影響了施工方的質量信譽,為以后的工程結算留下了不利的因素,不得不投入大量的精力和資金為煙囪進行修復,給企業造成了不必要的損失。
以上原因的造成是因為煙囪的工況條件和介質發生了變化,八十年代以前的煙囪主要是煙氣為干煙氣,二氧化硫等腐蝕介質隨著煙氣排到大氣中去,在煙囪內不產生結露,因此不會對煙囪內壁產生實質性的腐蝕損害,在進入八十年代以后的煙囪隨著濕法脫硫工藝系統的成熟和完善,成為我國火力發電廠的主導工藝。通過不設GGH加熱的濕法脫硫后的煙氣溫度一般在40~50℃,低于煙氣露點溫度。沒有GGH加熱的處于活化狀態的硫酸,滲透能力強、腐蝕速度快,對煙囪內壁造成嚴重的露點腐蝕,這是對煙囪內筒腐蝕破壞的最主要原因。煙囪腐蝕將嚴重影響電廠生產安全,電廠必須停機檢查或檢修,這將影響正常生產,并耗費巨資。對電力生產企業來說,采用可靠的煙囪防腐技術是非常重要的。
二、國內外煙囪的防腐技術主要有:
1、合金鋼類:鈦鋼板、鎳基合金板、耐硫酸露點鋼板等;
2、磚砌體:泡沫玻璃磚、耐酸陶瓷磚、泡沫玻化磚等;
3、涂料類:玻璃鱗片、聚脲、OM涂料、VP/RHF、薩維真、GDAPC雜化聚合等;
4、膠泥類:無機膠泥、樹脂膠泥、MC等;
5、玻璃鋼類:整體FRP煙囪、FRP內襯;
6、整體澆注料等。
三、常見煙囪腐蝕情況
目前煙囪防腐材料出現的問題主要有:防腐層開裂、滲漏、脫落、點蝕等;腐蝕部位大多出現在接縫、積灰平臺、牛腿、高速氣流區等處。
各種防腐材料的施工工藝和需要注意的問題
(一)合金鋼類:鈦鋼板、鎳基合金板、耐硫酸露點鋼板等;
此類工藝主要施工特點為板材內壁選用符合煙囪工況條件的防腐材料進行防腐。焊縫、牛腿、伸縮縫要嚴格按照工藝要求施工,并進行逐一探傷,對不符合要求的部位進行重新返工,選用的防腐材料一定進行復檢,符合要求后才能進行防腐施工。
(二)磚砌體:泡沫玻璃磚、耐酸陶瓷磚、泡沫玻化磚等;
泡沫玻化陶瓷磚與耐酸耐溫粘接膠的復合方案,體系包含底漆、底膠、膠黏劑層及玻化陶瓷磚,每個部位發揮著不可替代的作用,共同組成防腐整體。能持久的再-55℃~200℃溫度下正常使用;能在強酸環境下正常工作,性能衰弱較小;強度較高能抵抗微小粉塵的沖刷;能夠長期可靠的防止酸液和高溫老化對內襯系統的沖擊,長期有效防腐、保證電力、化工行業的安全生產。
防腐系統特性:
1、可以經受短期高溫沖擊
2、承受強酸在較高溫度下的腐蝕破壞
3、承受反復溫度劇烈變化引起的破壞
4、有足夠強度耐煙氣沖刷
5、有足夠的使用壽命
6、通過CECC認證
此類工藝在施工時要對工人進行施工工藝進行培訓,做到每一個部位施工都要有專人監督,不合格的部位堅決拆除重新施工,做到三分材料七分施工。
(三)涂料類:玻璃鱗片、聚脲、OM涂料、VP/RHF、薩維真、GDAPC雜化聚合等;
1、以OM涂料的施工為例
(1)煙囪運行工況
① 煙囪脫硫正常運行溫度為40~60度,煙氣濕度為飽和狀態,內襯筒壁上會有硫酸、亞硫酸、鹽酸和硝酸等酸液結露,腐蝕性較強。
② 脫硫停止運行時,煙氣由旁通門直接排入煙道和煙囪,煙氣濕度不大,但煙溫較高,一般為130~150度,事故狀態下極端溫度可達200度甚至更高,持續時間不長,不會超過30分鐘。
以上這兩種工況,有可能反復出現,本防腐方案就是針對這種工況設計的。
(2)施工工具的配置
選用江蘇無錫產的懸掛升降型,伸縮式操作鋼平臺施工,它有外側環型平臺和中間小園平臺兩部分組成,由煙囪筒頂架設的四根鋼梁用鋼絲繩懸掛支撐,外側配6臺,里面配3臺可控自升式電機牽引,小平臺負責上料和人員上下,外側環型平臺為操作平臺,四周設有數拾根伸縮式懸臂梁,與煙囪內徑大小相匹配調整其伸出長度,為保證其穩定,懸臂梁外端應有斜拉繩。
當煙囪下段直徑過大,超過十五米以上時,僅靠調正懸臂梁伸出長度來靠近筒壁難度很大,整個平臺穩定性較差時,應選用小型多個電動吊籃進行施工,小吊籃長2.5米左右,操作范圍約3.5米~4.0米,數量可根據煙囪上口內徑大小和施工控制周期長短來定,一般選2~8個不等,由于在筒壁上事先固定有導向繩,平臺很容易靠近筒壁,施工方便穩定可靠,質量也容易保證。
手工操作工具比較簡單,通常有刷子、抹子、滾子、刮子、電動攪拌棒等,有條件時最好采用噴涂成膜,速度快、質量好。
(3)防腐處理前的準備
① 施工前由電廠、監理公司參加,施工方配合聯合進 行涂料的驗收,同時在現場選擇合適的相似部位,共同按防腐方案程序制作樣板。
② 由電廠安檢部門牽頭,監理公司和施工單位參加的安全檢查小組,對施工機具的準備、安全設施的完善程度、消防器材的配備以及施工環境等進行檢查。以上兩項均獲得批準后方可進行正式防腐施工。
2、以GDAPC(AHPCT )雜化聚合物施工為例
GDAPC(AHPCT)雜化聚合結構層的特點
① 耐強腐蝕:雜化聚合材料是具有高交聯密度的環狀立體網狀結構,分子不含有薄弱基團,只通過耐腐蝕的柔性基團相連,因此能長期耐40℃~180℃、1%~50%濃度的硫酸液或酸汽的腐蝕破壞。
② 低吸水(酸)率和高抗滲性:致密的雜化聚合物網狀結構使雜化聚合結構層具有極低吸水(酸)率和高抗滲性,有效抵制高溫硫酸的腐蝕破壞。吸水率小于0.3%,水蒸汽滲透系數小于5×10-14g·cm/(m2·24hrs·mmHg)。
③ 高強度和抗沖擊(刷):有機-無機雜化聚合物分子鏈上的無機元素使雜化聚合物結構層具有高強度和抗沖擊(刷)的特性,可耐高溫煙氣沖刷,且耐磨性小于35mg(1000r)。
④ 耐高溫和抗溫變:雜化聚合結構層的玻璃化溫度高達200℃;180℃時彈性模量仍高達507GPa;粘結強度在10MPa以上。雜化聚合結構層材料的高韌性和高粘結強度能適應煙囪擺動和溫差變化而產生的形變,完全可避免應力集中造成雜化聚合結構層的破壞現象。雜化聚合結構層經過-30℃~80℃~180℃冷熱交變后仍能保持很好的結構強度和耐腐蝕性能。
⑤ 阻燃性:硅、硼等元素的本體阻燃及復合阻燃劑的協同阻燃效應使雜化聚合結構層材料具有很好的阻燃性能,可在8秒鐘內離火自熄。
⑥ 耐酸持久性:雜化聚合結構層經過50℃和80℃硫酸腐蝕,及-30℃~80℃~180℃熱老化后性能沒有降低。根據腐蝕、熱老化、半衰期數據和現場應用情況等可確保GDAPC雜化聚合結構層材料的使用壽命高于20年。
⑦ 整體性:雜化聚合結構層在鋼結構、磚砌體和混凝土等基體上是一次雜噴成型,整體結構沒有縫隙;并對高速煙氣沖刷區、煙道與煙囪連接部、伸縮縫、積灰平臺等部位做特殊防腐加強處理,進一步確保整體無縫。
⑧ 量化可控施工:可連續機械化高效率施工,且可常溫固化,一次施工厚度可達2mm厚,避免了人工施工造成的質量不一致性,且維修簡單易行。各道施工工序都采用先進的檢測儀器現場檢驗,對工程質量能夠有效監控。
⑨ 腐蝕報警:可對施工后GDAPC雜化聚合結構層的易腐蝕部位進行在線監測,隨時對腐蝕問題監測報警。
(四)膠泥類:無機膠泥、樹脂膠泥、MC等;
此類工藝在國內煙囪防腐使用中案例比較少,此工藝在使用時應謹慎選擇,所選材料要進行復檢,合格后方可使用,同樣對工人要技術培訓,達到要求后方可上崗,各個部位施工時要有專人監督。
(五)玻璃鋼類:整體FRP煙囪、FRP內襯;
FRP煙囪簡介
燃煤電廠煙氣排放污染問題逐漸被人們所關心和重視。為滿足國家環保法規,同時降低工程成本,各大發電公司普遍采用的濕法脫硫(FGD)不加裝煙氣加熱系統(GGH)工藝。加裝FGD且不上GGD,排入煙囪的煙氣溫度在50℃左右,濕煙氣在煙囪內結霧形成冷凝酸液,對煙囪的腐蝕性大大加強。為了解決濕煙囪的防腐問題,必須尋求一種耐酸防腐、滿足結構要求、同時又經濟適用的煙囪型式,玻璃鋼煙囪為我們提供了一種較好的選擇。
玻璃鋼(Fiberglass Reinforced Plastic),玻璃纖維增強塑料(FRP或GRP),是由高強度的玻璃纖維和樹脂復合而出的新型復合材料,玻璃纖維提供FRP的強度和剛性,樹脂提供FRP的耐化學性和韌性。玻璃鋼集中了玻璃纖維和合成樹脂的特性,具有質量輕、強度高、耐化學腐蝕、絕緣隔熱、耐瞬時高溫燒蝕、強度和形狀可設計性強等優點。成型后的玻璃鋼結構層抗拉強度與普通鋼材相當,但其容量僅為鋼材的1/4~1/5。由整體纏繞成型工藝生產的玻璃鋼排煙筒能夠自承重,具備比耐硫酸露點鋼更加優異耐酸防腐性能,可以取消保溫層,特別適合燃煤電廠脫硫不加GGH的濕煙囪運行條件。
為了確保復合材料有效達到耐腐蝕期限,請注意以下幾個細節:
1、樹脂的正確選擇:根據使用環境選擇適當的樹脂;
2、足夠的耐蝕厚度:為了確保耐腐蝕效果,應該有足夠厚的耐腐蝕層;
3、固化系統的選擇:根據不同介質選擇適當的固化體系,如次氯酸根的存在時應用BPO系統;
4、足夠的結構強度:如考慮一些動態載荷,選擇韌性較好的結構樹脂;在長期高溫環境使用的FRP制品,應采用耐高溫結構樹脂或采用整體乙烯基酯樹脂;
5、在含氟介質存在時,如氫氟酸等,應采用有機纖維取代玻璃纖維;
6、在遇強堿性介質時,應采用耐堿性較好的有機纖維(如丙綸、維綸等),最好為碳纖維而不應采用玻璃纖維。
(六)整體澆注料
整體澆注料工藝的選用一般在煙氣為干煙氣或半干煙氣狀態下使用,此工藝造價低廉,施工方便,工人易操作。唯一在施工時注意的是煙囪內壁一層防腐材料要選用耐酸、耐高溫等性能好的材料,此材料關系到煙囪內襯的施工。
因此根據不同煙囪的工況條件和介質,選用不同的內襯防腐材料,關系到煙囪的整體使用壽命,也關系到我們廣大施工企業的工程質量。
------山東齊王耐火材料有限公司 尚貞民