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玻璃钢烟囱的发展历史及应用前景

发表时间:2016-07-11 08:03【

1.定义

  玻璃钢烟囱,就是采用具有足够耐腐蚀性能、耐温性能的乙烯基酯树脂和玻璃纤维,制作出具有一定口径和壁厚的玻璃钢圆筒段,然后将其安装在混凝土外筒壁内部或者钢结构支撑架的中间,用作排放腐蚀性烟气的一类防腐蚀结构。

玻璃钢烟囱在国内外防腐蚀领域的应用,已有近40年的历史。

2. 国内玻璃钢烟囱发展历史及实力

  在国内,玻璃钢在烟囱方面的应用几乎与国外同步,早在1970年代,即由冶金部建筑研究总院(中冶建筑研究总院)先后设计、建造了2座超过100m的玻璃钢烟囱。例如建造于1965年的鞍钢冷轧厂40m高酸洗废气排放用玻璃钢烟囱、建造于1977年的沈阳冶炼厂102m玻璃钢烟囱等。近年来随着国内工业化进程的不断加快,玻璃钢烟囱的应用也越来越多,但主要是一些直径较小的有色冶炼用玻璃钢烟囱(下图来自于冶建总院科技档案库)。

  2006年由冶建总院提供方案(将原来由台塑重工设计的C-276合金内筒方案改为玻璃钢内筒)建造的(台资)长春化工江苏有限公司热电厂脱硫用玻璃钢烟囱,120m×2.7m,使用至今效果良好;

长春化工江苏有限公司热电厂脱硫用玻璃钢烟囱

  2005年经由冶建总院推荐、2006年实施的华能辛店电厂2×225MW机组脱硫改造用玻璃钢烟囱,210m×6.6m,在设计、加工制作及安装阶段,也非常顺利:


辛店电厂项目加工过程中暂存在加工厂地上的玻璃钢烟囱段辛店电厂玻璃钢烟囱安装过程(左:进入烟囱;右:玻璃钢烟囱段拼接)

玻璃钢烟囱吊装就位后与玻璃钢水平烟道对接之前

  但是,在安装的最后工序,由于管理不到位而导致火灾的发生,功亏一篑。

  国外的大量案例,尤其是美国近几年大量采用玻璃钢做脱硫烟囱的事例说明,玻璃钢是脱硫烟囱最佳的内衬材料。

  但是,这一次的火灾事故经当地安监局调查核实,不是技术问题,而是施工管理问题。因此,在国内燃煤电厂脱硫烟囱在采用其它防腐蚀方式并不能解决腐蚀问题的现实情况下,自2010年开始,又开始了大规模的应用,到目前为止,已建成的大型玻璃钢烟囱已有数十座。

3. 美国玻璃钢烟囱的历史及现状

  在美国,有文献可查的第一根玻璃钢烟囱,建造于1977年,至今已有40余年,目前仍在继续使用。

  另据前几年国内某电力设计院赴美考察得到的数据,目前美国新建脱硫烟囱的85%,是采用玻璃钢烟囱。

3.1 美国政府的强力推荐

  众所周知,美国是世界上最发达的本主义国家,美国的一切几乎均是私有制,就连军火工业也是私营的,因此追求最大利益是美国政府及其企业的首要目标。

  为了帮助电力企业获取最大限度的利润,美国政府能源部矿物燃料办公室(Office of Fossil EnergyU.S. Department of Energy)定期向美国电力企业进行调研,然后编制相关推荐性技术规程。例如,19995月就颁发了《基于市场化的先进煤粉电站系统(MARKET-BASED ADVANCED COAL POWER SYSTEMSFINAL REPORT)》,该书以400MW机组为基本机型,针对亚临界、超临界、超超临界2种机组的煤粉电站设计技术进行了详细地介绍。

  在该书中,脱硫技术为石灰石—石膏法,而与之配套的烟囱结构形式,唯一推荐方案则是:混凝土外筒+玻璃钢内筒!可见玻璃钢烟囱在美国电力行业的地位,与其他防腐蚀材料相比较,基本上是居于独一无二的!

3.2  美国电力研究院的强力推荐

   美国自20世纪70年代开始湿法烟气脱硫试验以来,随着脱硫烟气的腐蚀问题不断出现,美国电力研究院(The Electric Power Research Institute,简称EPRI)组织有关机构和技术人员进行了大量的技术研究和工程调研,并编写了脱硫烟囱防腐蚀指导文件:《WET STACKS DESIGNGUIDE湿烟囱设计导则》。到目前为止,该导则已出版了1996版、2012版二个版本。

  美国电力研究院根据各种不同的防腐蚀材料在美国脱硫烟囱内部的实际使用效果及其造价,按照性价比的高低,提出了烟囱防腐蚀材料的推荐表,并且在上述二个版本中出现了变化,列举如下,供参考:

3.2:美国电力研究院推荐的烟囱防腐蚀材料及其推荐顺序

推荐顺序

推荐的防腐材料

1996

2012

材料

优点

缺点

材料

1

耐酸砖

优异的耐腐蚀性能、价格便宜、液体易附着到多孔表面

表面不连续再夹带液体、不适用于地震烈度高的区域、内衬附件维护、需环向增压

FRP

2

碳钢涂覆保护层

不错的耐腐蚀性能、适用于已有钢内筒系统的改造

涂覆前进行表面处理

维修维护频率

使用范围有限

硼硅酸盐玻璃砖

3

硼硅酸盐玻璃砖

优异的耐腐蚀性能、好的耐热性(烟道和烟囱不用额外的隔热层)、适用于已有钢内筒系统的改造、表面利于液流

耐磨性能差

物理和机械性能弊端

安装需谨慎

耐酸砖

4

FRP

优异的耐腐蚀性能

便于增加集液系统

烟气最高温度约149℃、制造时的质量控制、压缩强度有限、通常需要设两个支撑点和膨胀节

碳钢涂覆保护层

5

C-276

优异的耐腐蚀性能

焊接质量控制、价格贵、焊缝、铁杂质、酸液冷凝

C-276

6

纯钛与碳钢板

优异的耐腐蚀性能

焊接工艺、焊接质量控制、材料成本高

 

从表中推荐方案可以看出:

  1)、玻璃钢烟囱已是美国电力研究院的首推方案;

  2)、钛合金已不再被美国电力研究院推荐用作烟囱内筒!

  为什么会出现如此的变化?我们通过资料查阅、对外交流及实地考察,发现,目前在美国,玻璃钢在脱硫系统的应用,均能获得如下性能:

  ⑴、超过30年的安全应用保证;

  ⑵、显著低于“碳钢 + C-276”的综合造价;

  ⑶、与其他材料相比,非常低的维护费用。

4. 国际能源署对不同烟囱材料的性能对比

  国际能源署清洁燃料中心也对世界各国多年来使用的各类脱硫烟囱防腐蚀材料进行了综合调研和评价,并将其发表在2006年出版的《硫氧化物的排放及控制(SOx emissions and control)》第12章。

  该书针对燃煤电厂湿法烟气脱硫系统所使用的各类防腐蚀材料的耐腐蚀性能、耐温性能、造价及使用寿命等,进行了大量的调研、比较,最终得出的结果如下:

4-1:不同材料在脱硫系统中的耐腐蚀性能

防腐材料

腐蚀介质

硫酸

盐酸

氯酸盐

317L 不锈钢

25℃,<5%

不推荐使用

不推荐使用

环氧乙烯基酯树脂FRP

95℃,<30%

82℃,<37%

100℃,全浓度

Alloy C-276

95℃,<30%

82℃,<5%

65℃,<20,000ppm

不同材料在脱硫塔塔体时的应用对比,参见表4-2所示:

      4-2:不同材料用作脱硫塔本体时的造价对比(19951996年数据)

材料

4x13 m 吸收塔

12x33 m 吸收塔

建造造价

造价对比

建造造价

造价对比

乙烯基酯树脂FRP

$175,000

1.0

$750,000

1.0

碳钢内衬橡胶

$200,000

1.15

$865,000

1.15

碳钢表面贴C-276墙纸

C-276 clad steel

$350,000

2.0

$1,300,000

1.75

碳钢表面内衬C-276

$475,000

2.7

$1,500,000

2.0

针对1座高70m、直径3m烟囱,采用不同防腐蚀材料建造时的的造价比,参见表4-3所示:

4-3:不同防腐蚀材料建造烟囱时的造价比(1994年数据)

材料

建造费用

不同材料的造价比

乙烯基酯树脂玻璃钢

$700,000

1.0

316 不锈钢

$800,000

1.15

317LM 不锈钢

$1,100,000

1.57

C-276包覆钢板

$1,200,000

1.71

C-276复合钢板

$2,300,000

3.28

同时,该书列举了玻璃钢与这些材料的性能对比,耐疲劳性方面,玻璃钢是C-276合金的20倍以上:

4-4:不同材料的耐疲劳性比较

材料

30%极限应力循环次数

10%极限应力循环次数

玻璃钢

5,000

100,000

317L不锈钢

200

4,000

C-276

200

5,000

从国际能源署所进行的实验、调研结果,可以得出如下结论:

  1)、玻璃钢的耐腐蚀性能、耐应力疲劳性能,均远优于高镍合金C-276,造价则远低于C-276

  2)、钛合金的耐腐蚀性能低于C-276

  3)、玻璃钢的耐腐蚀性能、耐应力疲劳性能均远远优于钛合金,造价则低于钛合金,因此,综合性价比要远远高于钛合金!或者说玻璃钢的全寿命成本要远低于钛合金!

5. 中国电力规划研究总院的脱硫烟囱设计建议

  20131218日,电力规划研究总院在北京召开了“第二次全国脱硫烟囱防腐蚀技术研讨会”,到会代表来自全国电力设计院、发电集团、与脱硫烟囱防腐蚀技术研究有关的电力行业以外的科研单位等。经过2天的技术交流,最终得出的会议纪要【电规发电〔201422 号,火力发电厂脱硫烟囱防腐技术研讨会议纪要】,有如下几条值得关注(此处以黑色楷体显示):

针对各种方法方案,会议建议:

  1. 采用钢钛复合板方案应考虑其现场焊接质量、制造缺陷、腐蚀速率等问题,特别是电化学腐蚀(局部腐蚀)对烟囱使用寿命的影响;

……

  6. 玻璃钢(FRP)在欧美等发达国家脱硫烟囱防腐中已得到广泛应用,业绩良好,可以在国内脱硫烟囱防腐中采用。但目前玻璃钢(FRP)在国内脱硫烟囱防腐中已投运的项目仅两例,且运行时间偏短,应加强设计、制作、安装及质量监控等引进技术研究,积累相关经验,确保玻璃钢内筒的制作及安装工艺质量。

    ……

  7、建议各有关单位研究和借鉴美国电力研究院(EPRI)最新颁布的《湿烟囱设计导则(2012)》中有关湿烟囱内筒材料、内筒气流速度以及减少烟囱雨产生的防止措施和湿烟囱运行于维护方面的经验,积极采用国外成熟可靠的脱硫烟囱防腐技术,同时继续做好我国脱硫烟囱防腐蚀方面的调查研究和总结工作,为确保我国脱硫烟囱安全、可靠运行提供科学依据。

6. 结论

  从以上内容可以得出如下结论:玻璃钢烟囱是燃煤电厂排放脱硫烟气烟囱的最佳选择!

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