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贾军刚1 1 王日朝2 王金兴3 赵京中4 4

(1. 中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司,中国 太原,030001)

2.山西国锦煤电有限公司,中国 太原,030001)

(3.太原市奥爱姆烟囱材料有限公司,中国 太原,030001)

(4. 中国能源建设集团山西电力建设第三有限公司,中国 太原,030001)

The anti-corrosion optimization of single tube reinforced concrete chimney with wet desulfurization condition

Jia Jungang1 Chai Jun1 Wang Richao2 Wang Jinxing3 Zhao Jingzhong4 Liu Fei4

1. China Energy Engineering Group Shanxi Electric Power Engineering Co.,LtdTaiyuan030001China

2.Shanxi guojin Coal Power Co.,LtdTaiyuan030001China

3.Taiyuan OM Material Co.,LtdTaiyuan030001China

4. China Energy Engineering Group Shanxi Electric Power Construction third Co.,LtdTaiyuan030001China

摘要: 燃煤电厂采用湿法脱硫后, 国内许多单筒钢筋混凝土烟囱,针对烟气温度低、湿度大、腐蚀性增强,烟囱进行了不同程度的防腐改造,改造工程形式多样化,积累了大量的经验。新建工程几乎已不采用。本文介绍的山西省交城国锦电厂210m烟囱新建工程,基于对国内燃煤电厂烟囱运行状况下混凝土烟囱的实际现状和烟气凝结酸液的化学分析研究基础上, 采用了抗渗混凝土筒身,筒身内壁涂贴二布五胶抗渗防腐隔离层,内衬采用带企口憎水耐酸砖,紧贴隔离层的砌筑形式,耐酸耐腐耐久,经济适用, 简洁可靠,电厂运行三年无渗漏,得到业主好评。

关键词:湿法脱硫 单筒式钢筋混凝土烟囱 抗渗防腐 防腐优化 工程造价

Keyword: wet desulfurization; single tube reinforced concrete stack; anti-corrosion and permeability; anti-corrosion optimization; project cost

Abstract: since the coal-fired power plant adopts wet desulphurization, the domestic many reinforced concrete chimney, monocular for flue gas low temperature, high humidity, corrosive, chimney has carried on the different levels of corrosion protection, renovation project form diversification, accumulated lots of experience, new construction is almost not used. In this paper, the Shanxi Province/city state of jin 210 m chimney new construction of power plant, d on the domestic coal-fired power plant chimney running conditions and the state of reinforced concrete chimney and flue gas condensation acid chemical analysis research, used the impermeable concrete cylinder body, the stick two cloth five glue tube body wall permeability anti-corrosion insulation, lining with belt tongue-and-groove hydrophobic acid-proof brick, close to the building form of isolation , acid corrosion and durable, scheme is simple and reliable, power plant operation for three years without leakage, gain the high praise.

0 前言

山西省交城国锦电厂一期2x300MW发电机组项目,新建一座210m的烟囱,对烟囱结构形式的选择,我们商酌了很久,认为按现行国家行业规程规范设计,无疑应采用套筒式烟囱,目前国内新建电厂通常推荐的都是套筒式烟囱,内筒材料为钢内筒和玻璃钢二种,钢内筒有复合钛钢板和内衬粘贴玻化陶瓷砖(或泡沫玻璃砖)、涂刷防腐涂料以及浇注料耐酸混凝土等多种形式。这些脱硫湿烟囱的防腐防水措施费都比较贵,且套筒使得混凝土筒身外径和基础加大,施工过程和工序复杂,质量控制内容增多,整座套筒烟囱比常规单筒式钢筋混凝土烟囱工程造价多30%以上。

通过参与国内一些发电工程烟囱设计和改造,走访电厂运行单位,我们发现本省有些单筒烟囱[1], 虽然在湿法脱硫运行后,出现了长时间的渗漏,特别是积灰平台下侧壁酸液流淌痕迹斑斑,外观确实很难看,但其仍然在用。筒身结构的安全性究竟如何,是业主更为关切的问题。通过了解得知这些烟囱大多进行过安全性评价和鉴定,结论表明筒身虽经渗漏液体腐蚀,但结构仍然能够持续工作。对此,我们认为有必要对脱硫后凝结酸液进行化验分析,进一步判断其对混凝土的侵蚀作用和影响程度,查明引起烟囱渗漏的原因,针对性解决渗漏问题,对混凝土结构采取相应的防腐防护,使经济简洁的单筒式钢筋混凝土烟囱,继续能在电力行业内使用成为可能。

1 烟气凝结酸液分析

我们专程奔赴国内燃煤电厂了解其湿法脱硫后单筒烟囱使用情况[1],对国内多座运行电厂湿法脱硫后烟气的凝结酸液进行了收集,并委托国内有资质的化验单位检测化验分析化学成分、pH值、液体酸度等指标,目的在于考察在脱硫后对混凝土筒身的影响程度,如何保护筒身结构,使其在使用年限内正常工作,通过分析酸液得出结论,其pH值均小于2,一般认为是强腐蚀液体,但总酸浓度却均在1%以下。(见表)

我们了解到,这些电厂不设GGH,当烟气湿法脱硫后没有旁路烟道,则烟气温度为50℃左右,烟气的凝结水量较大,通常在每小时数吨到十几吨,通过现场采样进行化验分析表明虽化学成分比较复杂,有硫酸、硝酸、氯根等,但主要成分为硫酸,其酸度较低,不能否认烟气经脱硫、脱销后,烟气总体酸度和化学腐蚀性大为降低,但凝结水量增加许多,这种状况对不同材料的影响各异。这种极低浓度的酸性水对耐酸陶土砖和混凝土等非金属材料的腐蚀性是很微弱的【注:《腐蚀与防护手册》第一卷P8第四节:非金属材料的腐蚀分类较金属类要简单的多,主要原因是非金属类本身耐腐蚀性较强,腐蚀机理也简单的多,金属中常见的许多腐蚀形态在非金属材料中几乎不存在】[2]。但是对于金属类材料来说却是强腐蚀,包括电化学腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀等等。我们在试验室试验结果也证明了这一观点,当用1%浓度的稀硫酸在容器中分别浸泡钢板和改性水泥砂浆进行对比,结果发现,浸泡钢板的酸液在一个月以后就变了颜色,随着时间的增加,颜色逐渐变重发黄,钢板被严重腐蚀(说明对钢排烟筒的防腐防护至关重要);但是浸泡改性水泥砂浆的酸液已经三年至今仍没有发生变化(附照片),目的在于说明非金属或混合物耐腐特性不同于金属。

通过对取样酸液水的分析研究,结合考察各类烟囱运行中检测表明:原行业规范所述按烟气干、半干、湿界定烟气腐蚀性弱、中、强[3]对钢结构是恰当的,而对非金属材料则应另当别论。

                        

1-1改性水泥砂浆试块浸泡实验 1-2碳钢板试件浸泡实验

根据多年来脱硫烟囱防腐失败原因进行分析:金属烟囱是腐蚀、穿孔,逐渐烂掉,而混凝土烟囱则主要是漏水后,酸液带有的轻度腐性,以及碳化作用对钢筋产生影响,相对时间过程较长。经我们设计、建设单位、施工单位以及防腐材料生产厂家多次商讨,取得了共识,商定在交城国锦电厂210m烟囱设计上大胆创新,仍然使用单筒式钢筋混凝土烟囱,并针对性对其常规筒身及牛腿构造作了局部修改,重点在加强抗渗防水措施上做文章,确保烟囱筒身不出现渗漏,外表美观;并不会使筒身内部的正压湿烟气对混凝土筒壁产生交替式腐蚀,确保整体筒身能够满足使用要求。

2烟囱结构防腐优化

首先,外筒壁选C40抗渗混凝土配比,抗渗等级P8,混凝土保护层厚度增大至50mm。

其次,通过对筒身温度作用下的计算,取消以往筒身内衬中间隔热保温层。

第三,取消常规设置在标高10m左右的积灰平台 ,让脱硫水直接排至烟囱底部地面,然后通过筒身零米环形地沟底部接排水管排到筒外废水池。

筒壁内侧表面进行整平打磨彻底处理外表缺陷后,用二布五涂OM牌复合树酯玻璃钢涂层作防腐抗渗层,保护混凝土筒壁不受侵蚀,防腐层厚度为1200um—1500um。要求湿膜厚度大于1500um。

翻模水平施工缝增加一布二涂玻璃钢涂层予以加强。

对拉螺栓孔用膨胀水泥石棉塞堵和硅橡胶封孔。

砖内衬保留但改为憎水型耐酸陶土砖,用钾水玻璃耐酸胶泥砌筑,勾缝。

新型抗渗防腐型烟囱构造设计与普通未脱硫常规烟囱设计对比与区别见后图:未脱硫的内衬因烟气温度高,内衬有保温隔热层,脱硫后如存在保温隔热层,反而容易积聚凝结酸液,使其从混凝土筒身的施工缝和未填充的模板对拉螺栓孔中渗出,这即为各运行燃煤电厂单筒混凝土烟囱经常出现渗漏的主要原因[4]。本次优化即是针对该渗漏问题进行了创新性的工作。

1)普通形式构造设计图:(以往未脱硫时排干烟气的旧形式,为不少渗漏烟囱采用)

2)新型防腐抗渗烟囱构造设计图:

3施工要点及验收

针对以往工程经验教训,筒身施工缝和内衬砌筑以及牛腿处渗漏问题,对于本工程设计和施工中重点要求:混凝土筒身内壁平整,筒身含水率小于6%,拆模后打磨整平,刷界面剂,随后由下至上,对施工缝做加强防腐层,其上整体按设计要求做二布五涂防腐层,防腐材料生产单位全程指导施工,整体筒身防腐层施工完成后,由建设单位、监理单位组织有关方验收,合格后,方可进行耐酸砖的砌筑。带企口憎水耐酸砖,针对以往砖缝饱满度不够严实的实际情况,要求施工中铺抹胶泥饱满并勾缝,尤其是每层砖的企口衔接处胶泥填充饱满,确保砌体胶泥竖缝粘接密闭严实。该工程于2013年6月份开始防腐改造及内衬砌筑,10月份完工,验收全部合格,于2014年底投入使用。

 

图3-1施工筒壁OM牌防腐材料的厂家在现场

用美国PosiTector200型

超声波仪器测量玻璃钢涂层厚度

图3-2监理检查施工缝打磨情况 3-3施工缝贴布后情况

牛腿用硅橡胶和聚四氟乙烯布进行逐个封闭,聚四氟布上边嵌入砖灰缝内,用硅橡胶粘结,下边用316L耐酸不锈钢压条固定。使牛腿继续保持支承耐酸砖砌体的同时,仍具有砌体竖向温度区段的柔性分隔作用。

3-4聚四氟布封闭后的牛腿

4项目优化的经济性

该项目创新的有关布置设计及筒身及牛腿等构造形式已经获多项国家专利,现对新、旧两种设计方案的经济性进行比较:

新旧两种设计方案的经济性对比表

(以国锦电厂烟囱高210米,出口7米的工程量为例)

序号

脱硫前的旧方案

(以耐酸砖内衬为例)

脱硫后的方案

新型抗渗防腐型单筒烟囱

经济投入对比

选用材料

单 价

选用材料

单 价

费用增减

1

筒壁C40普通砼

370元/m³

C40抗渗砼P8

400元/m³

增加30元/m³×3944 m³=118320元

2

一布二涂防腐层(筒壁内侧)

130元/㎡

二布五涂

防腐层

250元/㎡

增加120元/㎡× 10424㎡=1250880元

3

钠水玻璃胶泥

(砌筑耐酸砖用)

800元/吨

钾水玻璃胶泥

1600

元/吨

增加800元/吨×1540 m³×0.2 =246400元

4

普通耐酸砖

1.1元/块

憎水耐酸砖

1.5元/块

增加0.4元/块×586块/m³×1540 m³=360976元

5

憎水珍珠岩

保温板

480元/m³

/

/

减少480元×9600㎡×0.08=368640元

6

积灰平台

(含梁柱基础)

96万/根

/

/

减少96万元

(电厂概算)

7

关键部位

防水处理

/

增设排水沟,牛腿、伸缩缝处理

/

增加20万元

合计

脱硫后烟囱构造经优化后净增加费用为84.8万元;

按照2013年市场行情,该项目防腐及内衬砌筑总价实际为878万元,当时同类烟囱内衬按照复合钛钢板设计约需2000万元,玻化陶瓷砖+进口胶内衬约需1400万元。采用优化的新型构造形式后,工程节约成本约在550-1150万元左右。

5结论

目前经防腐优化后的国锦电厂单筒钢筋混凝土烟囱已安全运行了三年多,经历了三个冬季,未出现任何渗漏现象。2017年7月11日停炉后,经中国电力规划设计协会组织专家组,进行实地考察和会议讨论评审,并经山西省建科院对烟囱进行了全面检测,鉴定意见:该项目研究成果内容详实,创新性强,与目前套筒式和多管式烟囱相比结构简洁、施工方便、占地少、投资低,具有明显的经济效益和社会效益。本项目研究成果对应用于燃烧电厂湿法脱硫环境条件下的单筒式钢筋混凝土烟囱的国际及国内工程,具有借鉴意义,并对现行技术标准修编提供了可参考的素材,经国内外查新检索表明:项目整体达到国际先进水平[5]在严格控制材料采购、施工过程、顺序验收、确保质量的基础上,可以推广应用。

图5-1山西国锦电厂烟囱运行照 5-2 专家组成员鉴定现场

[参考文献]:

1.贾军刚 湿法脱硫后单筒钢筋混凝土烟囱防腐浅析 中国电力规划设计协会土水技术交流会论文2017

2.腐蚀与防护手册(第二版)第一卷.化学工业出版社.2008

3.国家烟囱设计规范 GB 50051-2013 [S].北京:中国计划出版社,2013.

4.国家烟囱设计规范组 山西院燃煤电厂湿烟囱运行调研报告2015

5.中国电力规划设计协会科学技术成果鉴定证书科技鉴定2017第[02]号