賀少鵬   王軍委    賈虎昌    宋朝輝   賀少龍   李小平    賀軍會(huì)  

寶雞市鐵軍化工防腐安裝有限責(zé)任公司          陜西寶雞    721303

摘要：本文主要從應(yīng)用角度對(duì)目前市場煙囪煙道常用的幾種方案進(jìn)行了對(duì)比，指出各種不同材料和方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，闡述了玻璃鋼煙囪煙道防腐的整體應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：煙囪；防腐；玻璃鋼；乙烯基樹脂 

  The  Analyses of  Glass  Steel  in  Chimney  of  Coal-fired Power  Piant   He Shao-peng    Wang Jun-wei   Jia Hu-chang      Song Chao-hui    He Shao-long      Li Xiao-ping     sHe Jun-hui

Baoji Tiejun Chemical Anticorrosion Install Company Limited, Baoji 721303  Shaanxi  Province

Abstract: this paper mainly from the point of view of the application of the present market chimney flue commonly used several kinds of schemes are compared, and points out that the different material and the advantages and disadvantages of solution, this paper expounds the glass fiber reinforced plastic funnel flue anticorrosive overall application.

Keywords: chimneys, Corrosion; Glass fiber reinforced plastic, Vinyl resin.

1、前言

我國是一個(gè)能源結(jié)構(gòu)以煤為主的國家，尤其是在冶金、電力、石化等重要的工業(yè)領(lǐng)域用煤量更大，以煤為主要燃料的煙氣處理系統(tǒng)，如煙道、煙囪以及脫硫裝置等，燃料中通常含有 2%～3%的硫，經(jīng)燃燒后煙氣中會(huì)含有約 0.12%的 SO2，其中 1%～2%SO2 受灰分和金屬氧化物等的催化作用而生成三氧化硫SO3，再與燃燒氣體中所含的水分(約 5%～10%)或空氣中所含的水分結(jié)合生成硫酸，在處于露點(diǎn)以下的金屬表面凝結(jié)并腐蝕金屬，即所謂硫酸露點(diǎn)腐蝕，通常在比平常的露點(diǎn)溫度高得多的溫度下就可以冷凝，從而發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。硫酸露點(diǎn)腐蝕不僅使普通碳鋼遭受腐蝕，而且使不銹鋼也受腐蝕^[1]。Q235鋼制作的煙道等低溫部件，由于其耐硫酸露點(diǎn)腐蝕性能很差，腐蝕嚴(yán)重，使用壽命短。因此，硫酸露點(diǎn)腐蝕每年給以煤為主要燃料的煙氣處理系統(tǒng)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)于燃燒煤發(fā)電廠中產(chǎn)生大量的二氧化硫或氮氧化合物的防治勢(shì)在必行，也引起國內(nèi)外的高度關(guān)注。

2、脫硫?qū)焽璧挠绊?span>

隨著國內(nèi)環(huán)保要求日益嚴(yán)格，已組建的煙囪大都具有煙氣脫硫設(shè)備，國內(nèi)燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)以濕法脫硫?yàn)橹?，煙氣?jīng)過脫硫后，雖然煙氣中SO₂的含量大大減少，但是這種脫硫方法對(duì)煙氣中的SO₃效果并不好，經(jīng)濕法脫硫后，煙氣適度增加，溫度降低，煙氣很容易在煙囪內(nèi)壁結(jié)露，煙氣中殘留的SO3溶解后，形成的稀硫酸溶液對(duì)煙囪內(nèi)壁進(jìn)行腐蝕^[2]，脫硫煙囪內(nèi)的煙氣具有以下特點(diǎn)：

1、煙氣濕度大，處于飽和狀態(tài)的濕煙氣在煙氣壓力和濕度的雙重作用下，煙囪內(nèi)壁結(jié)構(gòu)致密差的材料很容易受到腐蝕，影響結(jié)構(gòu)持久性。

2、低濃度的稀硫酸比高濃度的酸液腐蝕性更強(qiáng)。

3、酸液的溫度在40-80℃對(duì)結(jié)構(gòu)材料腐蝕貼別強(qiáng)，以鋼材為例，40-80℃腐蝕速度比在其它溫度時(shí)高出3-8陪。

因此，煙囪煙道的防腐是目前防腐工程的難點(diǎn)和熱點(diǎn)，也是目前讓工程方和業(yè)主們非常頭疼的問題，需要重防腐、耐高溫、抗?jié)B透同時(shí)要兼顧到柔韌性、耐溫驟變、耐應(yīng)力驟變、耐高溫下的粘結(jié)性能等[3]。

3、國內(nèi)外電廠煙囪脫硫材料的選擇

為滿足國家環(huán)保法規(guī)，同時(shí)降低工程成本和提高煙囪防腐的使用壽命，各大發(fā)電公司普遍采用的濕法脫硫(FGD)不加裝煙氣加熱系統(tǒng)(GGH)工藝。加裝 FGD 且不上 GGH，排入煙囪的煙氣溫度在50℃左右，濕煙氣在煙囪內(nèi)結(jié)露形成冷凝酸液，對(duì)煙囪的腐蝕性大大加強(qiáng)。目前，國內(nèi)外濕法脫硫后的煙囪內(nèi)筒大部分采取以下防護(hù)措施：

1、采用耐酸耐腐蝕的金屬板做內(nèi)襯，內(nèi)襯材料主要有鎳基合金板和鈦鋼板等。

2、采用耐腐蝕的輕質(zhì)隔熱制品的粘結(jié)，來隔絕煙氣和煙囪內(nèi)筒接觸，如耐酸泡沫磚。

3、采用耐酸、耐熱材料，隔絕煙氣和煙囪內(nèi)筒接觸，使用噴涂、刮涂等方式施工，例如玻璃鱗片膠泥、聚脲涂料等。

日本早在 60 年代末、70 年代初就已開發(fā)出多種抗硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼。在美國，如果是在露點(diǎn)腐蝕不太嚴(yán)重的部位，大部分使用耐候合金鋼 A242-2。使用露點(diǎn)腐蝕材料較多的部位是脫硫塔，材料種類相當(dāng)多，但一般說來是不銹鋼或合金鋼施以內(nèi)襯。國內(nèi)對(duì)于耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼的研制和開發(fā)起步較晚，成分體系及使用標(biāo)準(zhǔn)一般借鑒日本的鋼種，其中典型的有寶鋼股份公司的 B485NL、江陰特鋼的 ND(09CrCuSb)鋼，此外，鞍鋼(10Cr1Cu)、濟(jì)鋼(12MnCuCr，JNS) 及寶鋼一鋼公司(NS1)也有耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼產(chǎn)品。使用耐硫酸露點(diǎn)腐蝕鋼的內(nèi)筒煙鹵,這種耐腐蝕鋼是以鈦材料為主，優(yōu)點(diǎn)是：解決了耐溫、耐溫驟變、耐應(yīng)力變化等，缺點(diǎn)是：價(jià)格高，施工難度大，在國外使用較多，國內(nèi)應(yīng)用很少，屈指可數(shù)。但是國外有報(bào)道鈦是一種很耐腐蝕的材料，這是由于鈦的表面極易生成穩(wěn)定的鈍化膜，這種鈍化膜是有極薄的氧化鈦組成，鈍化膜在大多數(shù)環(huán)境下是穩(wěn)定的，并且局部出現(xiàn)腐蝕破壞有瞬間自修復(fù)功能，在常溫下鈦的化學(xué)活性很小，但隨著溫度的增加鈦的活潑性會(huì)迅速增加，特別是在在高溫下與很多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)了許多不同程序的腐蝕情況。這也說明用金屬板做煙囪內(nèi)襯只是部分解決了煙囪防腐問題，沒有從根本上解決^[4]。

西北電力設(shè)計(jì)院對(duì)1998年到2008年間電廠32座煙囪的運(yùn)行和腐蝕情況進(jìn)行調(diào)查（包括廣東、甘肅、山西、陜西等地），結(jié)果表明：鋼筋混凝土煙囪的磚內(nèi)襯由于砂漿腐蝕后體積膨脹，使內(nèi)襯的整體性遭到破壞，含硫量超過2.5%時(shí)，砂漿腐蝕更為嚴(yán)重，砂漿的粘結(jié)力大部分喪失，結(jié)構(gòu)變得酥松和體積膨脹，腐蝕區(qū)域的磚混凝土結(jié)構(gòu)無強(qiáng)度，如果運(yùn)行的煙氣處于較大的正壓時(shí)，鋼筋混凝土筒壁在有煙氣滲漏的裂縫處容易發(fā)生局部、穿透性腐蝕孔洞，當(dāng)煙囪內(nèi)壁結(jié)露時(shí)，長期處于潮濕狀態(tài)，保溫層幾乎被腐蝕成泥漿狀，對(duì)煙囪的保護(hù)作用完全喪失^[6]，2001年華能辛店電廠煙囪例行年檢時(shí)發(fā)現(xiàn)了如此腐蝕情況。使用玻璃鱗片膠泥的煙囪內(nèi)壁在煙囪底部腐蝕較為嚴(yán)重，這是經(jīng)過脫硫后煙氣的高溫所導(dǎo)致，同時(shí)由于機(jī)體樹脂是有機(jī)材料，使用壽命較短，約為5-10年左右，根據(jù)國內(nèi)外脫硫的實(shí)際使用情況，現(xiàn)在較少采用。山西運(yùn)城電廠和廣西欽州電廠煙囪均采用玻璃鱗片膠泥防腐涂料進(jìn)行保護(hù)，在使用三年后例行年檢時(shí)發(fā)現(xiàn)煙囪內(nèi)壁20m和90m處腐蝕比較嚴(yán)重，可以預(yù)計(jì)，使用一段時(shí)間后必然還需要再次防腐施工。

目前國內(nèi)煙囪大部分采取磷片樹脂膠泥和添加耐酸泡沫玻璃磚進(jìn)行保護(hù)，而以上工藝，在我國不能達(dá)到很好的效果，其主要原因是我國大部分以煤為主要燃料的發(fā)電企業(yè)，主要采用的煤型為貧瘦煤，其含硫量.高能達(dá)到 3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了我國制定的 GB50051-2002 標(biāo)準(zhǔn)2.5%.高強(qiáng)腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)以上防護(hù)方案來說，只是減緩腐蝕進(jìn)度，持久性較短，效果并不理想。而采用鈦鋼和合金板，造價(jià)極高，工藝難度大，還不具備大范圍推廣使用的條件^[5]。

通過以上分析，煙囪煙道防腐的確是較難徹底決解的問題，通過脫硫前后改變了煙囪的使用環(huán)境，煙囪原有的防腐措施在新環(huán)境下存在某些缺陷，為了更好的解決濕煙囪的防腐問題，必須尋求一種耐酸防腐、滿足結(jié)構(gòu)要求、同時(shí)又經(jīng)濟(jì)適用的煙囪型式，玻璃鋼煙囪為我們提供了一種較好的選擇。玻璃鋼(Fiberglass Reinforced Plastic)，玻璃纖維增強(qiáng)塑料（FRP 或 GRP），是由高強(qiáng)度的纖維和樹脂復(fù)合而成的新型復(fù)合材料，纖維采用的是ECR無氟無硼無堿耐酸玻纖直接纏繞紗與單向布，以提供 FRP 的強(qiáng)度和剛性，樹脂是采用是采用耐高溫的酚醛型乙烯基樹脂或者阻燃性乙烯基樹脂，以提供 FRP 的耐化學(xué)性和韌性。玻璃鋼集中了玻璃纖維和合成樹脂的特性，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐化學(xué)腐蝕、絕緣隔熱、耐瞬時(shí)高溫?zé)g、強(qiáng)度和形狀可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。成型后的玻璃鋼 結(jié)構(gòu)層抗拉強(qiáng)度與普通鋼材相當(dāng)，但其容重僅為鋼材的 1/4～1/5。由整體纏繞成型工藝生產(chǎn)的玻璃鋼排煙筒能夠自承重，具備比耐硫酸露點(diǎn)鋼更加優(yōu)異耐酸防腐性能，可以取消保溫層，特別適合燃煤電廠脫硫不加 GGH 的濕煙囪運(yùn)行條件。

總的來說，玻璃鋼煙囪較其他材料制成的煙囪具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）玻璃鋼能提供更寬范圍的耐腐蝕性能；

2）玻璃鋼的材料成本相對(duì)要低；

3）使用壽命更長；

4）玻璃鋼比重小，使得其更易運(yùn)輸，也意味著支撐他們的鋼材更少。

玻璃鋼內(nèi)筒主要構(gòu)件的樹脂采用ASHLAND公司DERAKANE 470HT-400 耐高溫環(huán)氧乙烯基酯樹脂，該樹脂主要用于FRP成套設(shè)備、大型石油儲(chǔ)罐、海洋結(jié)構(gòu)物等重防腐領(lǐng)域，特別是在燃煤電廠的排煙脫硫裝置（FGD）的煙道、煙囪和各類設(shè)備的建設(shè)中，制得玻璃鋼具有長期的耐水性、耐腐蝕性和耐高溫性，具有良好的防銹性能和耐疲勞性能。增強(qiáng)材料則根據(jù)需要和成型工藝采用重慶國家復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)的 ECR 型玻璃纖維短切氈、單向布和纏繞紗。成型根據(jù)構(gòu)件形狀采用現(xiàn)場纏繞或糊制[6]。

FRP 筒壁各層構(gòu)成和要求為：

（1）防腐蝕隔離層：DERAKANE 470HT-400環(huán)氧乙烯基酯樹脂，MC(ECR)450-1040 型短切氈 3 層糊制，總厚度不小于2.5mm。防腐隔離層內(nèi)側(cè)應(yīng)采用碳纖維氈和導(dǎo)靜電劑設(shè)置不小于 0.25mm 厚的靜電釋放層。防腐層中還應(yīng)添加非鹵素類阻燃劑，要求氧指數(shù)達(dá)到30%。

 （2） 結(jié)構(gòu)層：DERAKANE 470HT-400環(huán)氧乙烯基酯樹脂，增強(qiáng)材料為 DW(ECR)430-630 單向布、ECR469L-2400 纏繞紗，總厚度不小于16mm。制作時(shí)采用軸向單向布和環(huán)向纏繞紗交替布置的方式進(jìn)行。結(jié)構(gòu)層中玻璃纖維含量按重量計(jì)應(yīng)在 55%～70%之間。

（3）外保護(hù)層：DERAKANE 470HT-400 環(huán)氧乙烯基酯樹脂，增強(qiáng)材料為 MC(ECR)450-1040 型短切氈 1 層，厚度約0.3～0.8mm。

玻璃鋼復(fù)合材料具有天然的低溫防腐優(yōu)勢(shì)，十分適合燃煤電廠脫硫后的濕煙囪采用。在歐美國玻璃鋼排煙筒占有 15～20%的市場率，已有 30年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，歐美已經(jīng)形成了FRP煙囪或煙道設(shè)計(jì)、制造和施工方面的標(biāo)準(zhǔn)，如美國的ASTMD5364/ASTMRTP-1和英國的BS4994等標(biāo)準(zhǔn)，將這一方案應(yīng)用.好的是美國Ershigs公司。國內(nèi)對(duì) FRP 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、加工和制作方面也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，完全能滿足 FRP 煙囪的設(shè)計(jì)和施工需要。目前來說，煙塔合一工藝越來越多，也給整體玻璃鋼煙道煙囪防腐帶來了更多機(jī)會(huì)，煙塔合一之后，以乙烯基樹脂為基材，具有20mm后的玻璃鋼煙囪煙道足以承受相應(yīng)的高溫，該方案從根源上解決了防腐、抗?jié)B、耐溫驟變、耐應(yīng)力變化等問題，因此選用玻璃鋼煙囪防腐是一個(gè)較為完美的解決方案[7]。

4、煙囪內(nèi)壁防腐納米改性復(fù)合材料的研制

  我公司和西北工業(yè)大學(xué)長期進(jìn)行科研合作，在復(fù)合材料的研究方面取得一定的科研成果，如研制的納米改性聚脲防腐涂料在濕法煙氣脫硫塔中已成功應(yīng)用，納米改性聚脲防腐涂料于2009年3月應(yīng)用在粵裕豐鋼鐵公司煙囪脫硫塔中，通過近三年的跟蹤觀察，涂層完好如初，無任何穿透現(xiàn)象。我公司共同參與研發(fā)有機(jī)納米累托石及其納米復(fù)合材料的研制與應(yīng)用項(xiàng)目。復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于化工等各個(gè)領(lǐng)域，我們采用有機(jī)改性的納米累托石對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)改性，研究其復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐介質(zhì)性能等，研究復(fù)合工藝對(duì)其性能的影響，獲得綜合性能優(yōu)異的玻璃鋼納米復(fù)合材料。

通過對(duì)乙烯基樹脂進(jìn)行納米改性后制的復(fù)合玻璃鋼比單純乙烯基樹脂制的玻璃鋼在力學(xué)性能、熱性能、耐介質(zhì)等性能要好的多，這是因?yàn)榧{米粒子不但可以改善聚合物的綜合力學(xué)性能，還可以提高其耐高溫性能、耐腐蝕性能、阻隔性能及抗紫外線老化性能。通過多年來的研究及理論分析認(rèn)為，納米粒子結(jié)構(gòu)及在聚合物中的分散和界面粘接性能對(duì)復(fù)合材料的性能起著重要影響，而納米粒子在聚合物中分散及界面粘接不但與納米的表面性能、聚合物的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還應(yīng)與加工過程中外部提供的機(jī)械力有關(guān)。在較強(qiáng)的外部機(jī)械力特別是剪切力的作用下納米初始顆粒首先將得到進(jìn)一步的細(xì)化與分散；充分分散的納米粒子由于具有較大的比表面積而使得界面粘接作用得到提高；另外，在外部剪切力的作用下，納米顆粒表面與高聚物大分子內(nèi)有可能發(fā)生鍵的斷裂，形成新的鍵合活性自由基，這種新的自由基由于活性很高而極易發(fā)生焊合，形成新的大分子或納米粒子表面接枝的高聚物分子，從而使納米粒子與聚合物組分之間的原子相互擴(kuò)散并形成新相，即通過動(dòng)力學(xué)的方法使熱力學(xué)上不相容或相容性差的體系達(dá)到一定相容，使無機(jī)相的納米粒子與有機(jī)相的高聚物之間形成界面粘接更好的界面層，.終得到結(jié)構(gòu)均勻和綜合性能優(yōu)異的納米復(fù)合材料。

這是我公司研制的納米改性后乙烯基玻璃鋼復(fù)合材料樣板經(jīng)SGS通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（上海）有限公司檢測(cè)結(jié)果：

 表一  納米改性后乙烯基玻璃鋼復(fù)合材料樣板測(cè)試結(jié)果

表二 連續(xù)高溫下的乙烯基樹脂玻璃鋼彎曲強(qiáng)度保留率

         表三 連續(xù)高溫下的納米改性后乙烯基樹脂玻璃鋼彎曲強(qiáng)度保留率

注：數(shù)據(jù)表示經(jīng)連續(xù)高溫放置后的彎曲強(qiáng)度保留率，以25℃下的彎曲強(qiáng)度為....。

表四 未改性的乙烯基樹脂玻璃鋼的耐腐蝕性能測(cè)試結(jié)果

表五 納米改性乙烯基樹脂玻璃鋼的耐腐蝕性能測(cè)試結(jié)果

注：1、在玻璃鋼制作時(shí)，尤其是耐堿場合及其它高溫強(qiáng)腐蝕場合，應(yīng)該進(jìn)行后固化處理；

2、本實(shí)驗(yàn)制的玻璃鋼樣板厚度為20mm，常溫下養(yǎng)護(hù)7天進(jìn)行測(cè)試，為浸泡或者掛片試驗(yàn)結(jié)果。

上述檢測(cè)結(jié)果說明通過納米改性后的乙烯基玻璃鋼復(fù)合材料在力學(xué)性能、熱性能、耐介質(zhì)等性能等都得到了提高，同時(shí)也足以說明納米改性乙烯基玻璃鋼復(fù)合材料技術(shù)上的可行性和保障性。

5、結(jié)束

煙氣脫硫，發(fā)展清潔能源是大勢(shì)所趨，國內(nèi)眾多的干排氣煙囪腐蝕比較嚴(yán)重，隨著濕法脫硫裝置的加裝，煙囪腐蝕更加嚴(yán)重，如果不采取有效地防腐措施，肯定會(huì)帶來更為嚴(yán)重的煙囪腐蝕問題。隨著國家對(duì)于環(huán)保嚴(yán)格控制和有關(guān)新規(guī)范的實(shí)施，各行業(yè)（尤其是電力行業(yè)）將對(duì)玻璃鋼煙囪的優(yōu)勢(shì)會(huì)不斷深入了解，這將對(duì)樹脂行業(yè)和玻璃鋼行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇。相信隨著大家對(duì) FRP 材料認(rèn)識(shí)的深入和不斷的探索實(shí)踐，FRP 煙囪必將物盡其用，為燃煤電廠濕煙囪設(shè)計(jì)思路的拓展、為我國電力行業(yè)清潔能源的發(fā)展發(fā)揮應(yīng)有的作用。

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賀軍會(huì)：男，漢族，1959年8月29日出生，陜西省寶雞市陳倉區(qū)人，現(xiàn)任寶雞市鐵軍化工防腐安裝有限責(zé)任公司總經(jīng)理、總工，高級(jí)工程師，大專文化程度，從事納米材料和納米改性復(fù)合材料應(yīng)用方面的研究。