1、脫硫煙囪防腐滲漏的根本原因及解決方案: 組裝式大直徑玻璃鋼煙囪夏群美國泰邦得公司Tenabond LLC摘要：大量的脫硫煙囪的酸水泄漏問題，危害高空結(jié)構(gòu)的安全，制約了中國的煙氣排放和環(huán)保的發(fā)展。本文揭示了其泄漏的根本原因。總結(jié)西方國家和中國脫硫煙囪防腐蝕的經(jīng)驗，本文提出了針對技改和新建脫硫煙囪有效的技術(shù)方案：組裝式大直徑玻璃鋼煙囪。關(guān)鍵詞：脫硫，煙囪，防腐，滲漏，結(jié)構(gòu)，安全，組裝式，玻璃鋼Fundamental Causes of Acidic Leaking on FGD Stacks in China and Solutions: Large Diameter Modular FRP Fl

2、uesAbstract:The article discloses fundamental causes of widespread acidic water leaking problems and structural threats on stacks operating with FGD in China, that impact flue gas emission and environmental conservation in general. Summarizing stack anti-corrosion practices in western countries and

3、China, a practical solution on refurbished and newly constructed FGD stacks is presented：large diameter modular FRP flues.Key Words: FGD, stack, anti-corrosion, leaking, structure, safety, FRP, modular, flue中國大規(guī)模脫硫和脫硝已經(jīng)進行了近10年時間，有效地控制了向大氣中排放硫化物和氮化物的總量和酸雨的形成。解決了大氣污染中最為緊迫的問題。中國脫硫行業(yè)廣為采用的技術(shù)也是目前世界上流行的石灰石

4、石膏濕法脫硫。濕法脫硫效率高，技術(shù)成熟，運行成本可以接受，應(yīng)用得普遍比較成功。濕法脫硫完全改變了排放煙氣的特征，從脫硫前的130C左右的高溫?zé)煔庾優(yōu)榈陀?0C的低溫?zé)煔?，從干煙氣變成了含有大量凝結(jié)水的濕煙氣。濕煙氣夾帶著脫硫后殘余的少量二氧化硫和三氧化硫，在氧氣作用下變成稀硫酸和亞硫酸溶液，也就是通常我們所說的濕法脫硫后的濕煙氣中夾帶的稀硫酸或者酸水。與干煙氣不同的是，濕煙氣和酸水具有很強腐蝕性，腐蝕煙囪和煙道。所以脫硫后的煙囪和煙道都采用防腐措施加以保護。中國脫硫煙囪和其防腐蝕形式有以下幾種：1. 原有的干煙氣鋼筋混凝土煙囪脫硫技改后，直接用來排放低溫濕煙氣。煙囪筒壁結(jié)構(gòu)是：鋼筋混凝土外筒、

5、保溫層、耐火磚和防腐蝕襯里粘貼在一起。2. 鋼筋混凝土煙囪外筒，耐火磚內(nèi)筒套筒，內(nèi)表面粘貼防腐蝕襯里。3. 鋼筋混凝土煙囪外筒，鋼內(nèi)筒套筒，內(nèi)表面粘貼或焊接防腐蝕襯里。4. 鋼筋混凝土煙囪外筒，玻璃鋼內(nèi)筒套筒?；炷聊突鸫u結(jié)構(gòu)的老式煙囪的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性包括圈梁（牛腿）部位的密封，煙道與煙囪的連接部分，及其它連接部位的密封等。脫硫煙囪的高度都在100米以上，最高的煙囪可達(dá)240米。防腐蝕襯里的施工和維護需要進行高空作業(yè)，防腐面積大，周期長，人員多，危險系數(shù)高，大大增加了保證質(zhì)量和避免缺陷的難度?；炷聊突鸫u結(jié)構(gòu)的煙囪，還涉及在停爐、開機、故障等因素的影響下，溫度和壓力變化及受風(fēng)力影響擺動時，混凝土及

6、耐火磚的位移和勾縫的開裂，直接造成對粘貼在內(nèi)壁上防腐層的破壞，形成更多的防腐襯里缺陷。即使防腐蝕襯里上有了少量的缺陷點，日積月累也會造成酸水滲透過防腐層和耐火磚。由于腐蝕性強，酸水滲透量不斷增加，最終浸濕煙囪保溫層和耐火磚，進入鋼筋混凝土煙囪外筒。pH值超過13的堿性混凝土逐漸酸化，pH值大幅度降低。導(dǎo)致混凝土酥松，鋼筋銹蝕，鋼筋與混凝土緊密的粘接力失效，抗剪切強度下降。原有的高強度結(jié)構(gòu)整體逐漸變成危險的高空建筑。煙囪的位置一般距離生產(chǎn)區(qū)、廠房、發(fā)電或蒸汽發(fā)生設(shè)備較近。具有相當(dāng)高度的煙囪結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)安全事故，威脅到龐大的固定資產(chǎn)投資和正常生產(chǎn)，以及人員的生命安全。常見的粘貼在耐火磚表面的防腐襯

7、里材料包括：玻璃磚，?；u，貼片，膠泥，澆注料，涂層，涂料等。如圖1所示，脫硫技改的老式混凝土煙囪，由于酸水和防腐層與外筒在空間上沒有隔離，而是粘貼在耐火磚、保溫層和混凝土殼體上，各種缺陷和漏點又難以避免，所以酸水直接從煙囪內(nèi)表面泄漏到鋼筋混凝土殼體內(nèi)，造成結(jié)構(gòu)危害。 圖1另一種常見的脫硫煙囪設(shè)計是獨立的碳鋼或鋼內(nèi)筒套筒，鋼筒與煙囪混凝土外筒在空間上隔離。鋼筒的內(nèi)表面粘貼或焊接防腐襯里。由于鋼內(nèi)筒套筒與鋼筋混凝土在空間上已經(jīng)隔離開來，因此阻斷了酸水直接泄漏到煙囪外筒的路徑，也的確起到了保護鋼筋混凝土煙囪外筒的作用。但是在鋼筒內(nèi)壁上的防腐襯里整體面積大，防腐蝕襯里的施工和維護同樣涉及高空作業(yè)，周

8、期長，人員多，危險系數(shù)高等因素，質(zhì)量保證和避免缺陷的難度較大。比如砌筑類防腐襯里的勾縫數(shù)量龐大；鈦合金類的防腐襯里的焊縫數(shù)量多，總焊接長度長；粘接類的防腐材料與鋼體之間的熱膨脹系數(shù)的差異；防腐襯里在鋼筒內(nèi)大面積的施工質(zhì)量一致性等問題，都很容易造成防腐襯里的缺陷。酸水和防腐襯里在空間上與鋼板沒有隔離，從而導(dǎo)致酸水泄漏流淌到鋼筒筒體上。稀硫酸對碳鋼等鋼材腐蝕性強，速度快。腐蝕面積不斷擴大，防腐襯里的缺陷點大量增多，鋼體出現(xiàn)減薄，孔洞，大面積開口等問題。結(jié)果出現(xiàn)了鋼內(nèi)筒套筒自身的結(jié)構(gòu)安全問題，嚴(yán)重的發(fā)生了坍塌事故。焊接或粘接在鋼板內(nèi)筒套筒表面的防腐層包括：鈦鋼復(fù)合板，玻璃鱗片涂料，防腐涂層，玻璃磚，

9、?；u，貼片，澆注料等。鋼內(nèi)筒套筒與煙囪混凝土外筒有間隙，在空間上隔離了酸水與鋼筋混凝土的接觸，避免了煙囪外筒的結(jié)構(gòu)危害。實際運行的效果明顯好于脫硫技改的老式混凝土煙囪。如圖2所示，由于無法在空間上把酸水及防腐層與鋼體隔離開來，酸水從防腐層缺陷泄漏到鋼的筒體上，危害其結(jié)構(gòu)安全。圖2從以上分析可以看出，中國在脫硫煙囪上酸水泄漏和危害煙囪結(jié)構(gòu)的根本原因在于：酸水和防腐蝕襯里與煙囪筒體沒有在空間上隔離；煙囪筒體材料本身不防腐。防腐層的局部缺陷就會導(dǎo)致酸水直接泄漏到混凝土或鋼板的筒體上。腐蝕不斷擴大，最終威脅到煙囪鋼筋混凝土外筒或者鋼筒的整體結(jié)構(gòu)安全。美國等西方國家在脫硫早期也經(jīng)歷了脫硫煙囪防腐保護和

10、各種方案的使用驗證過程。發(fā)現(xiàn)只要防腐襯里接觸或粘貼在耐火磚和混凝土內(nèi)壁上或者在鋼板內(nèi)壁上，酸水就有可能泄漏到煙囪鋼筋混凝土或鋼板上。針對脫硫濕煙囪酸水泄漏的解決方案，美國等西方國家得出的結(jié)論是：1. 必須采用獨立的內(nèi)筒套筒，在空間上隔離酸液與煙囪混凝土外筒的接觸。2. 內(nèi)筒的所有材料必須抗稀硫酸的腐蝕和耐煙氣的溫度。如圖3所示，采用優(yōu)質(zhì)的乙烯基酯樹脂制作的玻璃鋼內(nèi)筒套筒式煙囪可以保障在酸水泄漏的時候，酸水不會流淌接觸到混凝土外筒上。即使酸液泄漏從玻璃鋼外壁流淌下來，也可在底部集中回收處理。它滿足了以上脫硫煙囪兩個必要條件：與外筒的隔離和自身的抗腐蝕性。實際使用中玻璃鋼煙囪的酸水泄漏問題已很少發(fā)

11、生。 圖3玻璃鋼內(nèi)筒套筒式煙囪到目前已經(jīng)有安全使用達(dá)30年以上的記錄。圖4顯示了EPRI（美國電力研究院）各種脫硫煙囪形式的統(tǒng)計結(jié)果，玻璃鋼煙囪占絕對主流。近年來，美國80%以上的新建煙囪采用了玻璃鋼獨立內(nèi)筒套筒式設(shè)計。美國等西方國家脫硫煙囪的酸水泄漏問題已經(jīng)成為歷史。 圖4但是由于大直徑玻璃鋼的每一節(jié)圓筒的直徑都在4米以上，受到了道路交通運輸寬度和高度的限制。所以大直徑玻璃鋼每一節(jié)園筒是在煙囪現(xiàn)場的附近搭建臨時廠房，進行立式模具上的玻璃纖維的整筒式纏繞和樹脂噴淋，完成固化、脫模等的生產(chǎn)過程。整筒式的玻璃鋼圓筒的筒壁大致在1.4cm至2.0cm厚，每節(jié)筒高6米左右。每節(jié)筒體上下之間采用內(nèi)外化學(xué)

12、粘接的方式連接，以及膨脹節(jié)連接。玻璃鋼筒依靠煙囪外筒結(jié)構(gòu)，縱向設(shè)置多點懸掛支撐和止晃點。為了應(yīng)對筒內(nèi)濕煙氣的正負(fù)壓力和變化，玻璃鋼筒體的外部設(shè)置了環(huán)形加強圈。整筒式的大直徑玻璃鋼煙囪在原有的脫硫技改混凝土煙囪上也遇到了挑戰(zhàn)：煙囪外筒沒有足夠大的開口，可以將大直徑的玻璃鋼每節(jié)圓筒吊裝進煙囪殼體內(nèi)。比如：吊裝直徑7米和高6米的整筒玻璃鋼圓筒時，就要求在地面附近的煙囪外筒上打出8米見方的開口?？紤]到老式混凝土煙囪的結(jié)構(gòu)安全，在外筒上開口并不可行。相對而言，組裝式玻璃鋼煙囪的圓筒是由分段園弧片在煙囪殼體內(nèi)組裝而成。各段園弧片的寬度有限，不需要在煙囪外筒上大面積開口。它解決了大直徑玻璃鋼煙囪在老式混凝土

13、煙囪內(nèi)使用的一個關(guān)鍵性技術(shù)難題。圖5中的內(nèi)筋/內(nèi)法蘭式連接的玻璃鋼弧片，通過螺釘緊固和化學(xué)粘接，在混凝土煙囪殼體內(nèi)組裝成大直徑玻璃鋼圓筒。組裝后逐節(jié)提升玻璃鋼圓筒，圓筒上下之間通過化學(xué)粘接和膨脹節(jié)連接，最終成為玻璃鋼煙囪內(nèi)筒。 圖5總之，大直徑組裝式玻璃鋼煙囪是在整筒式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的脫硫煙囪技術(shù)。它既滿足了脫硫技改的老式混凝土煙囪的要求，也簡化了新建脫硫煙囪的生產(chǎn)、施工和安裝過程。其比重小，弧片重量輕，吊裝簡便；在玻璃鋼工廠內(nèi)加工，有效控制質(zhì)量；運輸不受道路交通的限制；工期短；不需要煙氣再加熱器（GGH）；降低煙氣排放成本。組裝式大直徑玻璃鋼煙囪在結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用上與整筒式的玻璃鋼煙囪有很多

14、相似之處，但是也同樣面臨一些設(shè)計和施工上的技術(shù)細(xì)節(jié)，比如煙氣的過流面積，內(nèi)筒與外筒的間隙，支撐設(shè)計形式，靜電傳導(dǎo)，膨脹節(jié)連接，防火，支撐與止晃裝置的防腐，煙氣阻力等。結(jié)論：脫硫煙囪酸水泄漏的根本原因是：濕煙氣，酸水和防腐襯里與耐火磚和混凝土煙囪外筒在空間上沒有隔離，或與鋼筒在空間上沒有隔離；同時混凝土或鋼體本身不抗稀硫酸腐蝕。解決方案是采用內(nèi)筒套筒式和防腐性能好的組裝式大直徑玻璃鋼煙囪。參考文獻：1水泥的化學(xué)成分與水化原理2T. Johnson, D. KellyThe Rapid Growth of Fiberglass Reinforced Plastic (FRP) in FGD Sys

15、tems 20113Design of Fiberglass-Reinforced Plastic (FRP) Stacks 2010Published by the American Society of Civil Engineers4Don Kelley, The use of FRP in FGD applications, Jan. 20075N Uddin, Developments in Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Composites for Civil Engineering May 20136Rapoza, C Dene/EPRIGuidelines for the Use of Fiberglass-Reinforced Plastic in Utility Flue Gas Desulfurization SystemsFeb.19937