WFGD煙囪的幾種設(shè)計方案及比較
脫硫后進入煙囪的煙氣與不脫硫的煙氣在工況上有顯著差異，對煙囪的腐蝕大大增強，因此，煙囪設(shè)計必須充分考慮腐蝕問題。傳統(tǒng)的煙囪設(shè)計應(yīng)做較大的改變，以確保有脫硫裝置煙囪的安全、可靠。
1 脫硫工藝及脫硫后煙氣的腐蝕性
1.1 脫硫工藝簡介
目前，燃煤電廠煙氣脫硫(簡稱FGD)較成熟的工藝主要有石灰石-石膏濕法脫硫、干法脫硫、海水脫硫等，其中石灰石一石膏濕法脫硫較經(jīng)濟、可靠，已廣泛使用。經(jīng)脫硫后潔凈煙氣排向煙囪，在進入煙囪前有2種不同工藝，采用煙氣熱交換器(GGH)或不設(shè)煙氣熱交換器。
1.2 濕法脫硫后煙氣的腐蝕性
經(jīng)濕法脫硫后，進人煙囪內(nèi)的煙氣有以下特點：(1) 煙氣中含氯化物、氟化物和亞硫酸等強腐蝕性物質(zhì)對煙囪有很強的腐蝕性； (2)煙氣溫度低，一般在80℃左右，如不設(shè)煙氣熱交換器，煙氣溫度只有45℃；(3) 煙氣中水分含量高，煙氣濕度很大； (4)煙氣含硫酸濃度低，產(chǎn)生的低濃度酸溶液比高濃度酸液對煙囪內(nèi)筒的腐蝕性更強。低濃度酸液在40~80℃時，煙氣極容易在煙囪的內(nèi)壁結(jié)霧形成腐蝕性很強的酸液，對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕速度比其他溫度時高出數(shù)倍。
如上所述，濕法脫硫后的煙氣腐蝕性不降反升。根據(jù)國際工業(yè)協(xié)會《鋼煙囪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》(1999／2000)中有關(guān)規(guī)定：“濕法脫硫后的濃縮或飽和煙氣條件，通常按強腐蝕等級考慮。”
2 目前常用的幾種煙囪設(shè)計方案
2.1 方案1-雙筒鋼內(nèi)筒方案
鋼內(nèi)筒由厚度為10～16 mm的鋼板卷成后焊接而成。鋼內(nèi)筒內(nèi)徑一般為6.0~6.5 m，鋼內(nèi)筒外壁沿每6 m高左右間隔設(shè)置1個剛性環(huán)(T型鋼或加勁角鋼)。鋼內(nèi)筒直接支承于煙囪0 m地面標(biāo)高處。煙囪內(nèi)壁沿每隔30～40 m高布置1個鋼結(jié)構(gòu)檢修工作平臺。在檢修平臺和吊裝平臺標(biāo)高處設(shè)有鋼內(nèi)筒穩(wěn)定裝置，以保證鋼內(nèi)筒的橫向整體穩(wěn)定。鋼排煙內(nèi)筒外側(cè)設(shè)置厚度80～150 mm保溫層。鋼內(nèi)筒為了更有效防脫硫后煙氣的強腐蝕，目前采用4種內(nèi)筒型式(見3.3節(jié))。
2.2 方案2：雙筒磚內(nèi)筒方案
磚內(nèi)筒采用上釉的耐酸、耐熱磚及耐酸膠泥砌筑。磚內(nèi)筒外側(cè)設(shè)置厚80~120mm的保溫層，煙囪頂部平臺以上部位的磚內(nèi)筒保溫層外需用不銹鋼板包裹。磚內(nèi)筒厚200 mm，內(nèi)簡直徑6.0~7.0 m，每10~15m設(shè)鋼平臺作為磚內(nèi)筒的分段支承平臺(兼做檢修平臺)。
2.3 方案3：常規(guī)煙囪方案
常規(guī)煙囪方案，即鋼筋混凝土做外筒，內(nèi)敷隔熱層、耐酸磚內(nèi)襯。
3 3種煙囪設(shè)計方案的比較
3.1 3種煙囪的可*性
比較根據(jù)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定修編大綱》(討論稿)第9.1.3.1條：單筒式及套筒式煙囪，600 MW 級機組1臺爐配1支單筒或套筒式煙囪；根據(jù)9.1.3.2條：多管式煙囪，600 MW 級機組，每管配1臺爐。
以上規(guī)定是由于考慮600 MW電廠的重要性，且考慮煙囪技術(shù)的先進性、安全性、可檢修性而做出的。方案1、方案2均為筒中筒方案，不會因為煙氣泄漏而腐蝕作為煙囪承重結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土外筒，因此，該2種方案安全可*，且內(nèi)筒可檢修。
方案3煙囪形式實際上為傳統(tǒng)的單管煙囪(與上述《土規(guī)大綱》完全不相符)。它的顯著缺點是：酸液經(jīng)過內(nèi)襯的不飽滿的砌體灰縫，滲透到混凝土筒身混凝土中，由于腐蝕性強的酸液的滲透，導(dǎo)致筒身混凝土被嚴(yán)重腐蝕，影響煙囪使用壽命。目前有的煙囪設(shè)計在外筒與隔熱層之間增設(shè)2層呋喃玻璃鋼隔離層，但由于化學(xué)防腐材料的耐久性問題(主要是老化)，也難以保證鋼筋混凝土不被腐蝕性強的濕煙氣腐蝕。
另按《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程》第3.0.6.1條說明：當(dāng)排放強腐蝕性煙氣時，應(yīng)采用多管式或套筒煙囪(直筒型內(nèi)筒)；方案1、方案2均為筒中筒型式，符合上述規(guī)定，而方案3(傳統(tǒng)煙囪)非筒中筒，不應(yīng)采用。
3.2 雙筒鋼內(nèi)筒和雙筒磚內(nèi)筒煙囪的比較
根據(jù)電規(guī)土水(1997)8號文附件《火力發(fā)電廠高煙囪設(shè)計研討會議紀(jì)要》對煙囪出口煙速的選擇原則規(guī)定：選擇煙囪出口煙速的基礎(chǔ)是應(yīng)按煙氣腐蝕等級確定煙筒內(nèi)是負壓或允許局部正壓運行。按不同的煙壓對煙囪材質(zhì)有不同的要求。由于直筒式磚內(nèi)筒的套筒式煙囪(方案2)中，磚內(nèi)筒內(nèi)表面毛糙且有凸肩(A=0.05)，當(dāng)太高的煙氣出口流速產(chǎn)生的摩擦阻力超過煙囪自拔力時，筒內(nèi)會存在局部正壓，這在脫硫后強腐蝕性煙氣條件是不允許的。而且磚內(nèi)筒采用耐酸砂漿砌筑，豎向灰縫不飽滿，酸液易透過豎縫腐蝕保溫層并產(chǎn)生泄漏。而套筒式鋼內(nèi)筒煙囪(方案1)的鋼內(nèi)筒摩擦阻力系數(shù)低，可采用較高煙速及出口煙速，且可正壓運行，無泄漏問題，適用于強腐蝕性煙氣。按濕法脫硫后強腐蝕性煙氣的運行及可*性分析，在強腐蝕性煙氣條件下，不允許采用方案2的煙囪型式。鑒于濕法脫硫后進入煙囪的煙氣為強腐蝕，不應(yīng)采用方案2的煙囪型式(特別是不設(shè)GGH濕法
除硫煙囪)。15810936151
3.3 雙筒鋼內(nèi)簡煙囪幾種內(nèi)簡型式的比較
雙筒鋼內(nèi)筒煙囪常用以下幾種內(nèi)筒型式：
(1)鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒(鈦板厚1.6 mm)。鈦鈍化能力強，對海水、氯化物鹽溶液、硝酸等有很好的耐蝕性，但鈦在硫酸中穩(wěn)定性差。因此應(yīng)先確定脫硫后煙氣中的硫酸濃度，再確定是否使用純鈦板。當(dāng)硫酸濃度較大時，應(yīng)考慮采用鈦鉬合金鋼復(fù)合板。防腐性能更好的還有鎳合金鋼復(fù)合板，常用鎳合金有31、59合金，不管是對氧化性酸，還是還原性酸(如鹽酸、硫酸)，均具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，腐蝕率很低。
(2)Q235鋼板內(nèi)筒。表面用專用粘膠膜的專用粘合劑把玻璃鋼磚(厚38 mm或51 mm)安裝在鋼內(nèi)筒表面，玻璃磚及粘膜形成內(nèi)襯系統(tǒng)，阻擋、抵抗酸煙氣凝結(jié)水對鋼內(nèi)筒的腐蝕。國外有不少工程實例，我國未見使用實例。
(3) 耐硫酸露點鋼板內(nèi)筒。內(nèi)表面噴涂鉀水玻璃耐酸砂漿50 mm，內(nèi)配2層等距鉛絲網(wǎng)，鉛絲網(wǎng)用錨筋拉固于鋼內(nèi)筒上。
(4)耐硫酸露點鋼內(nèi)筒。內(nèi)表面噴涂耐酸、耐熱涂料，外表面噴涂耐候油漆。
以上4種內(nèi)筒中，(1)、(2)項內(nèi)筒防腐性能好，但造價昂貴，使用31、59鎳板則更昂貴。第3項內(nèi)筒耐酸砂漿易出現(xiàn)裂縫，酸液易滲蝕鋼內(nèi)筒，第4項內(nèi)筒使用化工涂料，其抗腐蝕性能穩(wěn)定性、耐久性遠非金屬復(fù)合箔層可比，其使用壽命難以確定。
4 設(shè)計濕法脫硫煙囪的建議
濕法脫硫煙囪的設(shè)計在我國剛起步，還沒有較長的運行實踐來驗證，設(shè)計只能借鑒外國經(jīng)驗。設(shè)計中遇到的主要問題是業(yè)主對脫硫煙囪的運行情況認識不足；或雖然知道脫硫后煙氣腐蝕強，不愿采用抗腐蝕性強的煙囪內(nèi)筒型式；甚至為了節(jié)約投資，節(jié)省煙囪投入，使設(shè)計者無法設(shè)計。這種情況會使?jié)穹摿驘焽璺栏阅芙档?，故作者建議如
下：
(1)濕法脫硫煙囪中煙氣濕度大，溫度低，煙氣對煙囪的腐蝕應(yīng)按強腐蝕考慮。煙囪作為火電廠的主要構(gòu)筑物，應(yīng)作為重要的建筑看待，其設(shè)計是否合理，除工程造價外，安全運行是十分重要的。由于煙氣脫硫后的腐蝕是化學(xué)、物理和機械等因素迭加的非常復(fù)雜的過程，設(shè)計時采用鈦或鈦鉬合金鋼復(fù)合板內(nèi)筒雖然一次投資大，但壽命為15-20年甚至更長，這期間節(jié)約的維修成本及停機損失相當(dāng)可觀，且安全可靠。
(2)對濕法脫硫煙囪內(nèi)筒的設(shè)計，建議嚴(yán)格遵守《火力發(fā)電廠煙煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程》(DIMT5121—200o)中關(guān)于煙囪設(shè)計有關(guān)規(guī)定，應(yīng)采用直筒型鋼內(nèi)筒，套筒式和多管式，600 MW 燃煤機組宜1爐1支鋼內(nèi)筒，對不設(shè)GGH脫硫的煙囪，鋼內(nèi)筒宜采用鈦鋼或鈦鉬合金鋼復(fù)合板內(nèi)筒。
脫硫后進入煙囪的煙氣與不脫硫的煙氣在工況上有顯著差異，對煙囪的腐蝕大大增強，因此，煙囪設(shè)計必須充分考慮腐蝕問題。傳統(tǒng)的煙囪設(shè)計應(yīng)做較大的改變，以確保有脫硫裝置煙囪的安全、可靠。
1 脫硫工藝及脫硫后煙氣的腐蝕性
1.1 脫硫工藝簡介
目前，燃煤電廠煙氣脫硫(簡稱FGD)較成熟的工藝主要有石灰石-石膏濕法脫硫、干法脫硫、海水脫硫等，其中石灰石一石膏濕法脫硫較經(jīng)濟、可靠，已廣泛使用。經(jīng)脫硫后潔凈煙氣排向煙囪，在進入煙囪前有2種不同工藝，采用煙氣熱交換器(GGH)或不設(shè)煙氣熱交換器。
1.2 濕法脫硫后煙氣的腐蝕性
經(jīng)濕法脫硫后，進人煙囪內(nèi)的煙氣有以下特點：(1) 煙氣中含氯化物、氟化物和亞硫酸等強腐蝕性物質(zhì)對煙囪有很強的腐蝕性； (2)煙氣溫度低，一般在80℃左右，如不設(shè)煙氣熱交換器，煙氣溫度只有45℃；(3) 煙氣中水分含量高，煙氣濕度很大； (4)煙氣含硫酸濃度低，產(chǎn)生的低濃度酸溶液比高濃度酸液對煙囪內(nèi)筒的腐蝕性更強。低濃度酸液在40~80℃時，煙氣極容易在煙囪的內(nèi)壁結(jié)霧形成腐蝕性很強的酸液，對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕速度比其他溫度時高出數(shù)倍。
如上所述，濕法脫硫后的煙氣腐蝕性不降反升。根據(jù)國際工業(yè)協(xié)會《鋼煙囪標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》(1999／2000)中有關(guān)規(guī)定：“濕法脫硫后的濃縮或飽和煙氣條件，通常按強腐蝕等級考慮。”
2 目前常用的幾種煙囪設(shè)計方案
2.1 方案1-雙筒鋼內(nèi)筒方案
鋼內(nèi)筒由厚度為10～16 mm的鋼板卷成后焊接而成。鋼內(nèi)筒內(nèi)徑一般為6.0~6.5 m，鋼內(nèi)筒外壁沿每6 m高左右間隔設(shè)置1個剛性環(huán)(T型鋼或加勁角鋼)。鋼內(nèi)筒直接支承于煙囪0 m地面標(biāo)高處。煙囪內(nèi)壁沿每隔30～40 m高布置1個鋼結(jié)構(gòu)檢修工作平臺。在檢修平臺和吊裝平臺標(biāo)高處設(shè)有鋼內(nèi)筒穩(wěn)定裝置，以保證鋼內(nèi)筒的橫向整體穩(wěn)定。鋼排煙內(nèi)筒外側(cè)設(shè)置厚度80～150 mm保溫層。鋼內(nèi)筒為了更有效防脫硫后煙氣的強腐蝕，目前采用4種內(nèi)筒型式(見3.3節(jié))。
2.2 方案2：雙筒磚內(nèi)筒方案
磚內(nèi)筒采用上釉的耐酸、耐熱磚及耐酸膠泥砌筑。磚內(nèi)筒外側(cè)設(shè)置厚80~120mm的保溫層，煙囪頂部平臺以上部位的磚內(nèi)筒保溫層外需用不銹鋼板包裹。磚內(nèi)筒厚200 mm，內(nèi)簡直徑6.0~7.0 m，每10~15m設(shè)鋼平臺作為磚內(nèi)筒的分段支承平臺(兼做檢修平臺)。
2.3 方案3：常規(guī)煙囪方案
常規(guī)煙囪方案，即鋼筋混凝土做外筒，內(nèi)敷隔熱層、耐酸磚內(nèi)襯。
3 3種煙囪設(shè)計方案的比較
3.1 3種煙囪的可*性
比較根據(jù)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定修編大綱》(討論稿)第9.1.3.1條：單筒式及套筒式煙囪，600 MW 級機組1臺爐配1支單筒或套筒式煙囪；根據(jù)9.1.3.2條：多管式煙囪，600 MW 級機組，每管配1臺爐。
以上規(guī)定是由于考慮600 MW電廠的重要性，且考慮煙囪技術(shù)的先進性、安全性、可檢修性而做出的。方案1、方案2均為筒中筒方案，不會因為煙氣泄漏而腐蝕作為煙囪承重結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土外筒，因此，該2種方案安全可*，且內(nèi)筒可檢修。
方案3煙囪形式實際上為傳統(tǒng)的單管煙囪(與上述《土規(guī)大綱》完全不相符)。它的顯著缺點是：酸液經(jīng)過內(nèi)襯的不飽滿的砌體灰縫，滲透到混凝土筒身混凝土中，由于腐蝕性強的酸液的滲透，導(dǎo)致筒身混凝土被嚴(yán)重腐蝕，影響煙囪使用壽命。目前有的煙囪設(shè)計在外筒與隔熱層之間增設(shè)2層呋喃玻璃鋼隔離層，但由于化學(xué)防腐材料的耐久性問題(主要是老化)，也難以保證鋼筋混凝土不被腐蝕性強的濕煙氣腐蝕。
另按《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程》第3.0.6.1條說明：當(dāng)排放強腐蝕性煙氣時，應(yīng)采用多管式或套筒煙囪(直筒型內(nèi)筒)；方案1、方案2均為筒中筒型式，符合上述規(guī)定，而方案3(傳統(tǒng)煙囪)非筒中筒，不應(yīng)采用。
3.2 雙筒鋼內(nèi)筒和雙筒磚內(nèi)筒煙囪的比較
根據(jù)電規(guī)土水(1997)8號文附件《火力發(fā)電廠高煙囪設(shè)計研討會議紀(jì)要》對煙囪出口煙速的選擇原則規(guī)定：選擇煙囪出口煙速的基礎(chǔ)是應(yīng)按煙氣腐蝕等級確定煙筒內(nèi)是負壓或允許局部正壓運行。按不同的煙壓對煙囪材質(zhì)有不同的要求。由于直筒式磚內(nèi)筒的套筒式煙囪(方案2)中，磚內(nèi)筒內(nèi)表面毛糙且有凸肩(A=0.05)，當(dāng)太高的煙氣出口流速產(chǎn)生的摩擦阻力超過煙囪自拔力時，筒內(nèi)會存在局部正壓，這在脫硫后強腐蝕性煙氣條件是不允許的。而且磚內(nèi)筒采用耐酸砂漿砌筑，豎向灰縫不飽滿，酸液易透過豎縫腐蝕保溫層并產(chǎn)生泄漏。而套筒式鋼內(nèi)筒煙囪(方案1)的鋼內(nèi)筒摩擦阻力系數(shù)低，可采用較高煙速及出口煙速，且可正壓運行，無泄漏問題，適用于強腐蝕性煙氣。按濕法脫硫后強腐蝕性煙氣的運行及可*性分析，在強腐蝕性煙氣條件下，不允許采用方案2的煙囪型式。鑒于濕法脫硫后進入煙囪的煙氣為強腐蝕，不應(yīng)采用方案2的煙囪型式(特別是不設(shè)GGH濕法
除硫煙囪)。15810936151
3.3 雙筒鋼內(nèi)簡煙囪幾種內(nèi)簡型式的比較
雙筒鋼內(nèi)筒煙囪常用以下幾種內(nèi)筒型式：
(1)鈦鋼復(fù)合板內(nèi)筒(鈦板厚1.6 mm)。鈦鈍化能力強，對海水、氯化物鹽溶液、硝酸等有很好的耐蝕性，但鈦在硫酸中穩(wěn)定性差。因此應(yīng)先確定脫硫后煙氣中的硫酸濃度，再確定是否使用純鈦板。當(dāng)硫酸濃度較大時，應(yīng)考慮采用鈦鉬合金鋼復(fù)合板。防腐性能更好的還有鎳合金鋼復(fù)合板，常用鎳合金有31、59合金，不管是對氧化性酸，還是還原性酸(如鹽酸、硫酸)，均具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，腐蝕率很低。
(2)Q235鋼板內(nèi)筒。表面用專用粘膠膜的專用粘合劑把玻璃鋼磚(厚38 mm或51 mm)安裝在鋼內(nèi)筒表面，玻璃磚及粘膜形成內(nèi)襯系統(tǒng)，阻擋、抵抗酸煙氣凝結(jié)水對鋼內(nèi)筒的腐蝕。國外有不少工程實例，我國未見使用實例。
(3) 耐硫酸露點鋼板內(nèi)筒。內(nèi)表面噴涂鉀水玻璃耐酸砂漿50 mm，內(nèi)配2層等距鉛絲網(wǎng)，鉛絲網(wǎng)用錨筋拉固于鋼內(nèi)筒上。
(4)耐硫酸露點鋼內(nèi)筒。內(nèi)表面噴涂耐酸、耐熱涂料，外表面噴涂耐候油漆。
以上4種內(nèi)筒中，(1)、(2)項內(nèi)筒防腐性能好，但造價昂貴，使用31、59鎳板則更昂貴。第3項內(nèi)筒耐酸砂漿易出現(xiàn)裂縫，酸液易滲蝕鋼內(nèi)筒，第4項內(nèi)筒使用化工涂料，其抗腐蝕性能穩(wěn)定性、耐久性遠非金屬復(fù)合箔層可比，其使用壽命難以確定。
4 設(shè)計濕法脫硫煙囪的建議
濕法脫硫煙囪的設(shè)計在我國剛起步，還沒有較長的運行實踐來驗證，設(shè)計只能借鑒外國經(jīng)驗。設(shè)計中遇到的主要問題是業(yè)主對脫硫煙囪的運行情況認識不足；或雖然知道脫硫后煙氣腐蝕強，不愿采用抗腐蝕性強的煙囪內(nèi)筒型式；甚至為了節(jié)約投資，節(jié)省煙囪投入，使設(shè)計者無法設(shè)計。這種情況會使?jié)穹摿驘焽璺栏阅芙档?，故作者建議如
下：
(1)濕法脫硫煙囪中煙氣濕度大，溫度低，煙氣對煙囪的腐蝕應(yīng)按強腐蝕考慮。煙囪作為火電廠的主要構(gòu)筑物，應(yīng)作為重要的建筑看待，其設(shè)計是否合理，除工程造價外，安全運行是十分重要的。由于煙氣脫硫后的腐蝕是化學(xué)、物理和機械等因素迭加的非常復(fù)雜的過程，設(shè)計時采用鈦或鈦鉬合金鋼復(fù)合板內(nèi)筒雖然一次投資大，但壽命為15-20年甚至更長，這期間節(jié)約的維修成本及停機損失相當(dāng)可觀，且安全可靠。
(2)對濕法脫硫煙囪內(nèi)筒的設(shè)計，建議嚴(yán)格遵守《火力發(fā)電廠煙煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程》(DIMT5121—200o)中關(guān)于煙囪設(shè)計有關(guān)規(guī)定，應(yīng)采用直筒型鋼內(nèi)筒，套筒式和多管式，600 MW 燃煤機組宜1爐1支鋼內(nèi)筒，對不設(shè)GGH脫硫的煙囪，鋼內(nèi)筒宜采用鈦鋼或鈦鉬合金鋼復(fù)合板內(nèi)筒。