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供热燃煤锅炉烟囱在湿烟气环境下的构造

文章来源:宏亚高空时间:2019-07-31
1 概述
为了满足新的高标准环境要求, 供热企业燃煤锅炉需配备相应环保设施。对旧的仍在使用中的燃煤锅炉增加烟气除尘、脱硫等设施进行改造, 对新建的燃煤锅炉加强环保设施投入。

燃煤锅炉烟气脱硫一般采取湿法脱硫, 烟气经过除尘、脱硫后, 温度仅为50℃左右, 为湿烟气, 含有一定浓度的氯化物、硫化物等, 化学性能为酸性。燃煤锅炉一般配套混凝土烟囱, 在低温湿烟气环境下, 烟囱内衬表面有结露现象, 湿烟气结露后产生冷凝液[1]。冷凝液、酸性这两个因素叠加作用, 对烟囱形成强腐蚀。

在烟囱内部还存在着不均匀的烟气流场, 烟气中的高速固体粒子流[2]对内衬材料产生冲击作用, 这就对内衬材料的抗磨损性能提出要求, 现在所使用的内衬材料耐酸砖都能达到耐磨、耐腐蚀的性能要求。但是, 湿烟气温度低, 抽力小, 烟囱内部烟气呈正压, 正压对烟囱壁产生了渗透压力, 具有强腐蚀性的湿烟气冷凝液在渗透压力[1]作用下, 通过内衬缝隙渗入到混凝土壁板, 腐蚀混凝土壁板, 使烟囱承载力降低, 使用寿命减少, 造成安全隐患。

传统混凝土烟囱的内衬因施工砌筑的原因和材料块状形态的特点, 从上到下沿整个内衬壁, 都存在不同程度的砌筑缝隙。混凝土壁板施工中, 由于要分层浇筑, 分层滑模 (倒模) , 不可避免地产生施工缝。这些缝隙的存在会使湿烟气冷凝液逐层渗透, 最终从混凝土壁板渗出, 从外观上能看到白色、黄色污渍, 被俗称为“烟囱流泪”、“尿碱”, 造成外观损伤。

以上问题, 在已建成烟囱中尤为突出。老旧锅炉混凝土烟囱, 建设时间早, 采用旧的标准规范, 没有考虑湿法脱硫后的烟气状态, 不再适用于现状, 如果不做防腐处理, 则破坏会日益严重。但是其结构本身没有安全问题, 若拆掉, 则会造成很大浪费。若继续使用, 则需要采取防腐措施, 解决这一问题。

2 供热烟囱与火力发电厂烟囱的区别
火力发电厂湿法脱硫后烟囱腐蚀现象普遍, 供热行业可以通过火力发电厂的大量实践经验, 总结、借鉴、学习, 探讨适合自己的烟囱防腐模式。与火力发电厂烟囱比较, 供热锅炉烟囱具有以下不同之处。

(1) 进入烟囱的烟气温度低
供热燃煤锅炉产生的烟气一般工艺流程为:锅炉烟气→除尘器→引风机→湿式脱硫塔→烟道→烟囱。

火力发电厂一般会在烟气脱硫后增加烟气加热器[3]152, 其作用是对湿烟气进行加热, 使湿烟气温度由50℃左右升至100℃以上, 在烟囱内部不易结露。而供热燃煤锅炉烟气经湿法脱硫后, 湿烟气直接进入烟囱, 易结露。

(2) 运行时间不同
与火力发电厂烟囱常年运行不同, 供热烟囱仅在供暖期使用, 有半年以上时间停运, 如果烟囱改造采用了耐久性差的材料, 则可以利用该段时间进行检修维护。

3 已建烟囱防腐构造的分析及措施
3.1 构造
传统烟囱构造从内到外, 分别为内衬+隔热层+混凝土壁板。内衬为耐酸砖、耐酸胶泥砌筑, 在高速固体粒子流冲击下, 耐酸砖可以抵挡湿烟气的摩擦损耗, 但耐酸砖之间的耐酸胶泥具有细微缝隙, 不具有防水能力。在湿烟气正压工作状态下, 由于冷凝液腐蚀和高速固体粒子流冲击, 耐酸胶泥缝隙会逐渐扩大, 冷凝液透过耐酸砖的缝隙, 渗透到隔热层。隔热层一般为水泥珍珠岩制品或岩棉, 为多孔材料, 不具有防水性, 因此, 强腐蚀性的冷凝液会继续穿过隔热层, 到达混凝土壁板。

已建烟囱的内衬、隔热层、混凝土壁板均已做好, 在脱硫改造之前可以正常使用, 拆除任何一层都浪费, 且费时费力。因此, 烟囱改造宜从内衬表面着手, 在原有耐酸砖内衬表面增加一层新内衬, 要求该新内衬材料完全封闭, 具有隔水性能, 且抗腐蚀、抗摩擦。已建混凝土烟囱改造后的构造见图1。

图1 已建混凝土烟囱改造后的构造
图1 已建混凝土烟囱改造后的构造   下载原图

3.2 新内衬材料
(1) 金属板
一般采用钛合金板, 防腐耐磨, 但造价高, 对焊接要求非常严格, 施工期长。由于供热旧烟囱没有预留吊装设置, 不方便安装, 因此, 这种内衬对已建烟囱一般不适用。

(2) 泡沫玻璃砖
该材料短期内防腐耐磨效果还可以, 但时间久了材料粘结剂本身会老化, 加上施工时很难粘贴牢固, 使用中易有小块脱落, 进而造成大面积脱落[4]。

(3) 玻璃鳞片树脂涂料
玻璃鳞片树脂涂料主要组分为乙烯基酯树脂 (质量分数为55%~65%) 和玻璃鳞片 (质量分数为20%~30%) [3]249, 其余为功能性助剂[5]。玻璃鳞片树脂涂料在烟囱内壁固化后, 扁平型玻璃鳞片在树脂连续相中呈平行重叠排列, 形成致密的防渗透结构, 可以延缓湿烟气冷凝液渗透。因此, 该涂料力学性能好, 粘结强度高, 固化收缩率小, 固化膜具有优良的化学稳定性。

3.3 玻璃鳞片树脂涂料存在的问题
(1) 不耐高温, 该材料不适合在高温环境下使用, 当液体环境温度超过90℃或者气体环境温度超过100℃时, 其防渗透效果迅速降低[3]251。

(2) 易燃, 施工及检修维护时应避免在该环境下焊接。

(3) 寿命短, 维护工作频繁。该材料耐磨性较差, 遭受烟尘撞击时易开裂, 因此, 在烟囱内部烟气环境中使用, 需要定期检查并补涂。根据火力发电厂无烟气加热器的湿法脱硫配套烟囱统计数据, 涂有该涂层的烟囱运行1.5 a后, 出现多处局部起鼓现象, 维修面积为2.5%左右[1]。火力发电厂除尘脱硫设备效率较高, 烟气对烟囱腐蚀程度较低, 但烟囱全年运行。供热行业烟囱季度运行, 维修面积与施工质量也有关联, 因此, 供热烟囱防腐涂料年维修量还应根据实际情况确定。

3.4 玻璃鳞片树脂涂料防腐的优势
(1) 性价比高
玻璃鳞片树脂涂料 (含施工) 总价格约300元/m2, 钛合金板 (含施工) 总价格约2 500元/m2。

涂料施工时间约30 d, 钛合金板施工时间约120~180 d。涂料需每年维护, 维修面积在10%以内, 钛合金板如果焊缝质量有保障, 不易损坏, 寿命为5~10 a, 甚至更久。考虑供热锅炉房的设计年限, 总体比较, 在价格上玻璃鳞片树脂涂料还是占有优势。

(2) 施工简便
施工时, 可用涂刷、喷涂等方式操作, 施工风险小, 施工期短, 尤其是在旧烟囱中操作方便。

(3) 具有维护时间
由于烟囱仅在供暖期使用, 因此, 可在停运期间进行涂刷, 维护时间充裕。

3.5 措施
对于已建烟囱, 原有构造不便拆除, 只能增设新内衬作为隔水层, 实际工程中, 隔水层或选择低价材料定期检修维护, 或选择高价材料高标准施工。新内衬材料采用玻璃鳞片树脂涂料。

4 新建烟囱防腐构造
对于新建烟囱, 仍可采用混凝土烟囱图集中的传统烟囱做法, 其结构本身具有安全性保证, 基本构造混凝土壁板、隔热层、内衬不做改变。在正压运行条件下, 为了阻止湿烟气冷凝液由内向外渗漏, 要从根本上解决问题, 做到烟囱混凝土壁板不受腐蚀, 最好的办法是阻断。使湿烟气冷凝液停留在隔热层的外部, 杜绝渗透至混凝土壁板。新建混凝土烟囱构造见图2。

图2 新建混凝土烟囱构造
图2 新建混凝土烟囱构造   下载原图

阻断的最好方法, 就是选择适合的隔水层。新建烟囱不再局限于增加内衬防腐, 还可以在混凝土壁板和隔热层之间、隔热层和耐酸内衬之间, 分别布置隔水层。隔水层一般采用憎水性材料, 采用喷涂方式施工, 简便易操作。常用的憎水性材料有树脂类、沥青类、橡胶类, 选择出具有一定防腐性能的抗老化憎水性材料即可, 例如乳化橡胶沥青。

隔热层也选择憎水性材料。市场上所用憎水性隔热材料主要有挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料 (挤塑板) 、模压型聚苯乙烯泡沫塑料 (普通泡沫板) 、现喷硬泡聚氨酯、硬泡聚氨酯保温板 (制品) 等。

内衬部分, 仍可采用耐酸砖, 该材料可以在湿烟气冷凝液中浸泡时不被破坏, 且耐腐蚀、耐摩擦, 可以有效地保护背后的隔水层不受高速固体粒子流的摩擦破坏。其缺点就是透水性, 在其背后布置隔水层则可以有效弥补。

在新建烟囱中, 如果借助耐酸砖的耐磨性, 使耐酸砖作为第一道保护屏障, 采用材料成本较低的隔水层布置于其后, 相对于原有烟囱构造, 这种只增设了隔水层的烟囱, 成本增加不多, 却可以有效地把湿烟气冷凝液隔离开, 对保护烟囱起到很好的作用。
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