12.2 烟囱材料和烟囱结构形式的选择
12.2.1 烟囱防腐材料的选择应根据烟囱的分类和腐蚀等级确定,可按表12.2.1的规定并结合工程实际情况确定。
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12.2.1 结合内筒布置形式,根据烟气的类别和腐蚀等级,选择合适的烟囱防腐材料,并在施工中得以可靠实施,是烟囱能否成功防腐完成排烟功能的关键。
原规范编制时,燃煤电厂极个别机组投运湿法脱硫系统,烟囱主要排放干烟气,烟气腐蚀等级按燃煤含硫量确定;并根据烟气腐蚀性分级,提出了排放腐蚀性烟气的烟囱结构形式选择要求。当烟气属强腐蚀性,烟囱高度小于或等于100m时,宜采用套筒式烟囱,即在承重外筒内,另做独立砖内筒,使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气接触;烟囱高度大于100m时,宜采用多管或套筒式烟囱。
原规范结合当时近十年来火力发电厂烟囱及其他行业烟囱,在不同使用条件,特别是烟气湿法脱硫运行条件下,采用不同烟囱结构形式和防腐蚀措施在运行后出现的渗漏腐蚀现象及处理经验,提出了对排放不同腐蚀性等级的干烟气、湿烟气和潮湿烟气的烟囱结构形式选择要求(烟囱结构形式选用表见表2),该表细化了针对不同的烟气类别和腐蚀等级选择相适应的烟囱结构形式。
近年来,燃煤电厂湿法脱硫系统相继投运,烟气未设置加热装置(GGH)的排烟筒由于湿烟气排烟温度降低,酸液结露严重,烟囱的腐蚀问题突出;不同烟囱排烟筒防腐内衬的防腐性能特点及应用效果差异明显。本次修订,结合在烟囱防腐蚀方面若干年来烟囱腐蚀工程案例、处理经验和研究成果,着重根据防腐材料的工程实际使用效果,按烟气类型(干烟气、湿烟气和潮湿烟气)和烟囱排烟筒形式(砖烟囱、钢烟囱、单筒式钢筋混凝土烟囱、砖套筒及钢套筒或多管式烟囱)选择防腐性能相适用的防腐材料,以保证烟囱外筒受力结构的安全可靠,同时完成排烟筒在规定使用年限内的功能要求,故提出“烟囱防腐材料选用表”。为了表格编制的简洁性,表中适用的排烟筒形式采用了简称,其相关定义参见本标准的术语部分。若排烟筒选用非常规形式布置,宜综合分析排烟筒的使用条件和受力状态,选择适用的防腐材料。
根据对湿法脱硫烟囱现场调研,湿法脱硫无加热装置(GGH)运行工况的湿烟气平均温度为50℃左右,排烟筒内有明显冷凝液积聚流淌;设GGH或M(W)GGH运行工况的潮湿烟气平均温度为80℃左右,排烟筒内无冷凝液积聚,除保温缺陷形成的冷桥现象等处,烟囱基本处于干燥状态。结合调研烟囱内部状况及冷凝液搜集口冷凝液流量检查情况,可看出烟气对烟囱的腐蚀在有无GGH的情况下,有很大差别。在无GGH运行工况下,按现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计标准》GB 50046的规定划分为液态介质型腐蚀;在设GGH运行工况下,烟囱内无冷凝液积聚,为气态介质型腐蚀,在烟囱内部潮湿烟气所能达的可能形成冷桥结露部位,才会冷凝产生液态介质腐蚀情况。
据编制组不完全统计的燃煤电厂湿烟气烟囱防腐内衬采用数量,至2017年8月,套筒或多管式钛板内衬烟囱426座,国内尚无镍基合金(C276、C22)内衬的排烟筒烟囱;套筒或多管式及单筒式进口硼硅酸盐泡沫玻璃砖防腐系统烟囱113座,玻璃纤维增强塑料(纤维增强塑料)套筒或多管式烟囱及水平烟道(指脱硫后至冷却塔段)共86座。
钛板内衬排烟筒,后石电厂挂贴钛板(进口材料)首台机组(海水脱硫)于1999年11月投运,常熟电厂复合钛板(国产)于2005年3月首台机组投运(石灰石-石膏湿法脱硫),国内10座烟囱采用挂贴钛板,其余多为钛钢复合板。使用中挂贴钛板出现了钛板个别部位腐蚀穿孔的现象,有一定数量排烟筒的复合钛板焊缝连接处发生了腐蚀或泄漏,经维护后防腐正常。值得注意的是,采用可再生胺法脱硫的西南和华东各有电厂排烟筒钛板发生较为严重的腐蚀现象,后改用其他防腐内衬材料;美国电力研究院(EPRI)编制的《湿烟囱设计导则》(WET STACKS DESIGN GUIDE)中的“排烟筒结构材料表”中,1996年版列有“钛复合板”项,2012年版中未列入。鉴于国内仍有大量钛板内衬排烟筒应用,本次标准修订仍保留了钛基复合金属内衬,但根据国内外经验,建议当采用该方案时,宜采用更高等级的钛合金内衬或镍基复合金属内衬,确保钛钢复合板的焊缝质量,并关注钛钢板的腐蚀速率。
利港电厂采用进口的硼硅酸盐泡沫玻璃砖防腐系统于2006年12月首台机组投运(石灰石石膏湿法脱硫)。国内燃煤电厂机组有钢烟囱和套筒或多管式烟囱25座(其中防腐改造19座和新建6座)、单筒式烟囱67座(其中防腐改造47座和新建20座)、砖套筒烟囱20座(防腐改造),砖单筒烟囱1座(防腐改造),分别采用进口硼硅酸盐泡沫玻璃砖防腐系统,目前使用状况正常。进口硼硅酸盐泡沫玻璃砖防腐系统具有良好的防腐性和隔热性(烟道或排烟筒不需另设保温层),具有利于结露液体积聚流淌的良好表面;其泡沫玻璃砖体强度较低,安装使用时要注意避免物理和机械损伤。
玻璃纤维增强塑料(纤维增强塑料)排烟筒近年来在国内大中型电厂等工程中有较多湿烟囱应用案例;其具有良好的耐腐性和便于增设排烟筒冷凝液收集装置,实际应用中要求注意到所接触最高烟气温度限制因素、材料供货及制造期间质量控制、纤维增强塑料的阻燃性能等因素可能造成的不利影响。
钢或钢内筒烟囱的防腐涂层工程实际有多种种类。防腐涂层选用中,要注意烟气类别及腐蚀性、检查维修条件、实际使用年限与其耐腐性能的协调匹配。目前应用较多的玻璃鳞片涂层等在湿烟气条件下使用期间维护工作量大,对用于实际使用时间少于10年的湿烟气烟囱,其经济性或有一定优势;两台及多台炉共用一个排烟筒时注意谨慎采用。烟囱防腐调研显示,在设置GGH的潮湿烟气条件下,施工中可靠实施的优质钢内筒玻璃鳞片防腐涂层使用效果较好。
轻质防腐砖内衬包括国产泡沫玻璃砖、国产泡沫玻化陶瓷砖防腐系统。国产泡沫玻璃砖、国产泡沫玻化陶瓷砖防腐系统的烟囱,在湿法脱硫无GGH的湿烟气运行工况条件下,出现了较多的不同程度的防腐失效工程案例,极个别钢内筒甚至发生垮塌事故。实际工程应用中要注意甄别其烟气相类似工况下的成功工程案例,选用性能指标良好的产品,控制施工环境温度和湿度。
采用钠水玻璃耐酸胶泥和耐酸砖构成的砖排烟内筒,工程案例证明其防腐和抗渗性能不满足在湿法脱硫无GGH的湿烟气运行工况条件。
两台及多台炉共用一个排烟筒时,对烟囱防腐材料的检查相对一台炉用一个排烟筒更加困难,其维修或二次防腐改造对机组的正常运行影响更加大些;湿烟囱防腐失效实际工程案例更多些;单筒式湿烟囱防腐内衬材料失效会直接影响烟囱结构的安全性;故在上述情况下,应更加重视烟囱排烟筒防腐材料的确定。
12.2.2 烟囱结构形式选择应符合下列规定:
1 烟囱结构形式选择应根据防腐蚀方案按本标准表12.2.1选择单筒烟囱、套筒烟囱或多管烟囱。
2 每个排烟筒接入锅炉台数应根据排烟筒的防腐措施确定,并应符合下列规定:
1)125MW级及以下机组每个排烟筒接入锅炉台数不宜超过4台;
2)200MW级、300MW级机组每个排烟筒接入锅炉台数不宜超过2台;
3)600MW级机组每个排烟筒接入锅炉台数宜为1台;
4)1000MW及其以上机组每个排烟筒接入锅炉台数应为1台。