火电厂脱硫烟囱的结构选型

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摘 要：随着生态环境日益严峻以及我国环保标准的逐步提高,火力发电厂对烟气在排放到大气之前都要采取一定的脱硫及脱氮措施.石灰石石膏湿法脱硫工艺以其适用煤种广、脱硫效率高等特点,目前已成为国内技术成熟、应用广泛、运行可靠的脱硫方法之一.根据工艺专业要求,不设GGH装置（烟气加热系统）,相比设GGH装置来讲对烟囱防腐提出了更高的要求.

关 键 词：火电厂；脱硫；烟囱

中图分类号：F40文献标识码：A

1脱硫后的烟气特点

湿法脱硫工艺对烟气中的SO2脱除效率很高,但对烟气中造成腐蚀的主要成分SO3脱除效率并不高,只有约20%左右.脱硫处理后的烟气一般还含有氟化氢和氯化物等,它们是腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型物质.脱硫后烟气对烟囱影响见表1.

烟气脱硫后,虽然能使大气环境得到改善,但对烟囱的腐蚀隐患并未消除,相反,脱硫后的烟气环境（低温、高湿等）使腐蚀状况进一步加剧,因此烟囱的抗腐蚀性能需要提高,尤其脱硫系统不设置GGH时烟囱的抗腐蚀性能要求更高.

2有关烟气对烟囱腐蚀的现状

2.1国际上有关标准

国际工业烟囱协会在《钢烟囱标准规程》中针对脱硫后的烟气腐蚀性能（烟气腐蚀性能对其它类型烟囱同样适用）作出以下说明：

（1）烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在将使其腐蚀性大大提高.

（2）处于烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气条件通常被视为高腐蚀等级（化学荷载）.

（3）确定含有硫磺氧化物的烟气腐蚀等级（化学荷载）是按SO3的含量值为依据.

（4）烟气中的氯离子遇水蒸气形成氯酸,它的化合物温度约为60℃,低于氯酸露点温度时,就会产生严重的腐蚀,即使是化合物中很少量的氯化物也会造成严重腐蚀.

（5）烟气脱硫过程能够对氧化硫起到良好的去除作用,然而在净化装置的下游,氧化硫浓度的降低使得烟气的浓度变高,致使底部潮湿,这样烟气的温度就会降低.当温度低于80℃时,烟气中的酸性气体凝结成酸液.同时烟气中还常含有净化后得到的氯化物.

2.2国内烟囱防腐方面的现状

根据环保要求,国内新建火力发电厂都要求进行烟气脱硫处理.由于国内脱硫烟囱运行时间较短,专项的腐蚀调查研究资料相对很少,经验也不多,只是从烟气的腐蚀等级对烟囱的腐蚀设计进行要求.从1991年至1998年,有关单位曾对国内部分电厂的烟囱进行过调查,得出如下结论：

（1）烟气处于正压运行的烟囱,烟囱内部腐蚀较重,烟囱内衬及保温层密闭性效果差的烟囱,钢筋混凝土外壁有不同程度的腐蚀现象.

（2）一般烟囱筒壁内表面都结露,保温层很潮湿.不安装GGH的FGD系统的烟囱中凝结水量会比较大,应按湿烟囱设计.

（3）采用湿法脱硫装置的烟囱,烟气含水量大.应重视冷凝稀酸液的渗透和隔离,对冷凝稀酸液采取聚集和排除措施.

3烟囱的设计标准

3.1国际工业烟囱协会（CICIND）的设计标准

按照国际工业烟囱协会（CICIND）的设计标准要求,燃煤电厂脱硫烟囱虽然在脱硫过程中已除去了大部分的氧化硫,但在脱硫后,烟气湿度通常较大,温度很低,且烟气中单位体积的稀释硫酸含量相应增加.因而,处于脱硫系统下游的烟囱,其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级,即强腐蚀性烟气等级,因此烟囱应按强腐蚀性烟气来设计.

3.2国内烟囱设计标准

《烟囱设计规范》GB50051-2002第10.2.2条和电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022-93第7.4.4条的规定：当排放强腐蚀性烟气时,宜采用多管式或套筒式烟囱结构型式,其排烟内筒应采用耐酸材料构成；当排放中等腐蚀性烟气时,既可采用多管式或套筒式烟囱,也可采用改进型钢筋混凝土单筒烟囱；当排放弱腐蚀性烟气时,可采用改进型钢筋混凝土单筒烟囱.

《工业建筑防腐蚀设计规范》6.3.1条规定：排放的气体中含有酸性冷凝液时,宜采用套筒式排气筒或塔架式排气筒.并给出了以下比较成熟的判定标准：排放气体中含有酸性冷凝液（即温度低、湿度大的条件下）,冷凝液会顺内衬或内筒向淌,并可能通过块体砌体内衬的灰缝渗入外筒内表面时,推荐采用套筒式或塔架式.

2005年9月,中国电力工程顾问集团公司已就脱硫烟囱设计问题在上海主持召开了“火力发电厂烟囱设计技术交流会”.会议纪要指出：湿法脱硫烟囱的烟气可按强腐蚀性等级考虑；烟囱结构选型宜综合考虑烟囱的安全耐久性、运行维护条件和施工等方面因素,采用钢筋混凝土外筒和排烟筒脱开布置的套筒式或多管式烟囱.

4烟囱的结构选型

电厂烟囱安全运行的必要条件是承重的钢筋混凝土外筒不被烟气腐蚀,排烟内筒在电厂运行期间尽可能的抵抗烟气腐蚀,确保烟囱的安全性.根据以上国内及国际烟囱设计标准,对设湿法脱硫装置的烟囱,排放强腐蚀烟气,应采用套筒式烟囱.套筒式烟囱分为单管式套筒烟囱和单管式套筒烟囱.其中,单管式烟囱更为安全可靠,满足规范要求,布置合理,并方便检修.

单管式套筒烟囱是由钢筋混凝土承重外筒和内部排烟筒组成的烟囱结构形式.该类型烟囱将承重外筒与内部排烟筒分开,可避免烟气对承重的钢筋混凝土外筒产生腐蚀.

根据排烟筒的材料,单管式套筒烟囱分为砌体排烟筒结构、整体浇筑料排烟筒和钢管排烟筒结构,本文仅对钢管排烟筒结构中自立式和悬挂式烟囱进行分析比较.

5钢排烟筒结构（如图1）

该类型烟囱排烟筒是钢结构内筒,结构形式可以是悬挂式或自立式.

5.1悬挂式钢排烟筒烟囱

整体悬挂式钢排烟筒烟囱的排烟筒直接悬挂于烟囱筒身的承重平台,而分段悬挂式钢排烟筒烟囱则分成几段分别悬挂在各承重平台,各段之间设置膨胀节连接.

由于悬挂式结构筒体以受拉为主,充分发挥钢板受拉性能好的优点,避免了钢板的局部压屈,节省排烟筒钢材用量；但由于排烟筒内的强腐蚀介质,使得各段之间膨胀节设计非常复杂.钢筒主要由平台承重,增加了平台用钢量.

5.2分段悬挂式钢排烟筒烟囱

分段悬挂式钢排烟筒烟囱膨胀节在形式上分为内插式和伸缩式两种,内插式采用双层防腐封闭体系,内防腐密闭材料采用可伸缩防腐金属板封闭,外防腐材料采用有机弹性体封闭,但有机弹性体有老化问题,须定期检查维修.伸缩式的密闭效果要比内插式的好,但它也有其自身弱点.伸缩式根据材料种类,它可分为金属伸缩节和非金属伸缩节.由于烟气为强腐蚀性,金属伸缩节必须采用合金钢材,价格昂贵；非金属伸缩节材料又存在老化问题,一般5～6年就要更换,增加后期运行检修维护成本.

5.3自立式钢排烟筒烟囱

自立式的内筒直接座落在烟囱基础底板上,排烟筒可以不必设置支撑排烟筒的承重平台.但是为了避免水平荷载作用使高柔排烟筒产生较大横向变位,应沿烟囱竖向间隔一定距离设置排烟筒横向限位钢平台.

结论

钢排烟筒方案可适用于不设GGH烟气温度较低、烟气在烟囱高度方向不能保证全程负压运行的工况,安全耐久性好.从对烟气的抗渗防腐考虑,自立式钢内筒封闭性好,整体性强,自重轻和无连接接头；悬挂式钢内筒节点设计较复杂,对节点施工要求高,但工程费用低于自立式钢内筒.