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          玻璃鋼煙囪的發展歷史及應用前景

          發表時間:2016-07-11 08:03【

          1.定義

            玻璃鋼煙囪,就是采用具有足夠耐腐蝕性能、耐溫性能的乙烯基酯樹脂和玻璃纖維,制作出具有一定口徑和壁厚的玻璃鋼圓筒段,然后將其安裝在混凝土外筒壁內部或者鋼結構支撐架的中間,用作排放腐蝕性煙氣的一類防腐蝕結構。

          玻璃鋼煙囪在國內外防腐蝕領域的應用,已有近40年的歷史。

          2. 國內玻璃鋼煙囪發展歷史及實力

            在國內,玻璃鋼在煙囪方面的應用幾乎與國外同步,早在1970年代,即由冶金部建筑研究總院(中冶建筑研究總院)先后設計、建造了2座超過100m的玻璃鋼煙囪。例如建造于1965年的鞍鋼冷軋廠40m高酸洗廢氣排放用玻璃鋼煙囪、建造于1977年的沈陽冶煉廠102m玻璃鋼煙囪等。近年來隨著國內工業化進程的不斷加快,玻璃鋼煙囪的應用也越來越多,但主要是一些直徑較小的有色冶煉用玻璃鋼煙囪(下圖來自于冶建總院科技檔案庫)。

            2006年由冶建總院提供方案(將原來由臺塑重工設計的C-276合金內筒方案改為玻璃鋼內筒)建造的(臺資)長春化工江蘇有限公司熱電廠脫硫用玻璃鋼煙囪,120m×2.7m,使用至今效果良好;

          長春化工江蘇有限公司熱電廠脫硫用玻璃鋼煙囪

            2005年經由冶建總院推薦、2006年實施的華能辛店電廠2×225MW機組脫硫改造用玻璃鋼煙囪,210m×6.6m,在設計、加工制作及安裝階段,也非常順利:


          辛店電廠項目加工過程中暫存在加工廠地上的玻璃鋼煙囪段辛店電廠玻璃鋼煙囪安裝過程(左:進入煙囪;右:玻璃鋼煙囪段拼接)

          玻璃鋼煙囪吊裝就位后與玻璃鋼水平煙道對接之前

            但是,在安裝的最后工序,由于管理不到位而導致火災的發生,功虧一簣。

            國外的大量案例,尤其是美國近幾年大量采用玻璃鋼做脫硫煙囪的事例說明,玻璃鋼是脫硫煙囪最佳的內襯材料。

            但是,這一次的火災事故經當地安監局調查核實,不是技術問題,而是施工管理問題。因此,在國內燃煤電廠脫硫煙囪在采用其它防腐蝕方式并不能解決腐蝕問題的現實情況下,自2010年開始,又開始了大規模的應用,到目前為止,已建成的大型玻璃鋼煙囪已有數十座。

          3. 美國玻璃鋼煙囪的歷史及現狀

            在美國,有文獻可查的第一根玻璃鋼煙囪,建造于1977年,至今已有40余年,目前仍在繼續使用。

            另據前幾年國內某電力設計院赴美考察得到的數據,目前美國新建脫硫煙囪的85%,是采用玻璃鋼煙囪。

          3.1 美國政府的強力推薦

            眾所周知,美國是世界上最發達的本主義國家,美國的一切幾乎均是私有制,就連軍火工業也是私營的,因此追求最大利益是美國政府及其企業的首要目標。

            為了幫助電力企業獲取最大限度的利潤,美國政府能源部礦物燃料辦公室(Office of Fossil Energy,U.S. Department of Energy)定期向美國電力企業進行調研,然后編制相關推薦性技術規程。例如,19995月就頒發了《基于市場化的先進煤粉電站系統(MARKET-BASED ADVANCED COAL POWER SYSTEMSFINAL REPORT)》,該書以400MW機組為基本機型,針對亞臨界、超臨界、超超臨界2種機組的煤粉電站設計技術進行了詳細地介紹。

            在該書中,脫硫技術為石灰石—石膏法,而與之配套的煙囪結構形式,唯一推薦方案則是:混凝土外筒+玻璃鋼內筒!可見玻璃鋼煙囪在美國電力行業的地位,與其他防腐蝕材料相比較,基本上是居于獨一無二的!

          3.2  美國電力研究院的強力推薦

             美國自20世紀70年代開始濕法煙氣脫硫試驗以來,隨著脫硫煙氣的腐蝕問題不斷出現,美國電力研究院(The Electric Power Research Institute,簡稱EPRI)組織有關機構和技術人員進行了大量的技術研究和工程調研,并編寫了脫硫煙囪防腐蝕指導文件:《WET STACKS DESIGNGUIDE濕煙囪設計導則》。到目前為止,該導則已出版了1996版、2012版二個版本。

            美國電力研究院根據各種不同的防腐蝕材料在美國脫硫煙囪內部的實際使用效果及其造價,按照性價比的高低,提出了煙囪防腐蝕材料的推薦表,并且在上述二個版本中出現了變化,列舉如下,供參考:

          3.2:美國電力研究院推薦的煙囪防腐蝕材料及其推薦順序

          推薦順序

          推薦的防腐材料

          1996

          2012

          材料

          優點

          缺點

          材料

          1

          耐酸磚

          優異的耐腐蝕性能、價格便宜、液體易附著到多孔表面

          表面不連續再夾帶液體、不適用于地震烈度高的區域、內襯附件維護、需環向增壓

          FRP

          2

          碳鋼涂覆保護層

          不錯的耐腐蝕性能、適用于已有鋼內筒系統的改造

          涂覆前進行表面處理

          維修維護頻率

          使用范圍有限

          硼硅酸鹽玻璃磚

          3

          硼硅酸鹽玻璃磚

          優異的耐腐蝕性能、好的耐熱性(煙道和煙囪不用額外的隔熱層)、適用于已有鋼內筒系統的改造、表面利于液流

          耐磨性能差

          物理和機械性能弊端

          安裝需謹慎

          耐酸磚

          4

          FRP

          優異的耐腐蝕性能

          便于增加集液系統

          煙氣最高溫度約149℃、制造時的質量控制、壓縮強度有限、通常需要設兩個支撐點和膨脹節

          碳鋼涂覆保護層

          5

          C-276

          優異的耐腐蝕性能

          焊接質量控制、價格貴、焊縫、鐵雜質、酸液冷凝

          C-276

          6

          純鈦與碳鋼板

          優異的耐腐蝕性能

          焊接工藝、焊接質量控制、材料成本高

           

          從表中推薦方案可以看出:

            1)、玻璃鋼煙囪已是美國電力研究院的首推方案;

            2)、鈦合金已不再被美國電力研究院推薦用作煙囪內筒!

            為什么會出現如此的變化?我們通過資料查閱、對外交流及實地考察,發現,目前在美國,玻璃鋼在脫硫系統的應用,均能獲得如下性能:

           ?、?、超過30年的安全應用保證;

           ?、?、顯著低于“碳鋼 + C-276”的綜合造價;

           ?、?、與其他材料相比,非常低的維護費用。

          4. 國際能源署對不同煙囪材料的性能對比

            國際能源署清潔燃料中心也對世界各國多年來使用的各類脫硫煙囪防腐蝕材料進行了綜合調研和評價,并將其發表在2006年出版的《硫氧化物的排放及控制(SOx emissions and control)》第12章。

            該書針對燃煤電廠濕法煙氣脫硫系統所使用的各類防腐蝕材料的耐腐蝕性能、耐溫性能、造價及使用壽命等,進行了大量的調研、比較,最終得出的結果如下:

          4-1:不同材料在脫硫系統中的耐腐蝕性能

          防腐材料

          腐蝕介質

          硫酸

          鹽酸

          氯酸鹽

          317L 不銹鋼

          25℃,<5%

          不推薦使用

          不推薦使用

          環氧乙烯基酯樹脂FRP

          95℃,<30%

          82℃,<37%

          100℃,全濃度

          Alloy C-276

          95℃,<30%

          82℃,<5%

          65℃,<20,000ppm

          不同材料在脫硫塔塔體時的應用對比,參見表4-2所示:

                4-2:不同材料用作脫硫塔本體時的造價對比(1995、1996年數據)

          材料

          4x13 m 吸收塔

          12x33 m 吸收塔

          建造造價

          造價對比

          建造造價

          造價對比

          乙烯基酯樹脂FRP

          $175,000

          1.0

          $750,000

          1.0

          碳鋼內襯橡膠

          $200,000

          1.15

          $865,000

          1.15

          碳鋼表面貼C-276墻紙

          C-276 clad steel

          $350,000

          2.0

          $1,300,000

          1.75

          碳鋼表面內襯C-276

          $475,000

          2.7

          $1,500,000

          2.0

          針對1座高70m、直徑3m煙囪,采用不同防腐蝕材料建造時的的造價比,參見表4-3所示:

          4-3:不同防腐蝕材料建造煙囪時的造價比(1994年數據)

          材料

          建造費用

          不同材料的造價比

          乙烯基酯樹脂玻璃鋼

          $700,000

          1.0

          316 不銹鋼

          $800,000

          1.15

          317LM 不銹鋼

          $1,100,000

          1.57

          C-276包覆鋼板

          $1,200,000

          1.71

          C-276復合鋼板

          $2,300,000

          3.28

          同時,該書列舉了玻璃鋼與這些材料的性能對比,耐疲勞性方面,玻璃鋼是C-276合金的20倍以上:

          4-4:不同材料的耐疲勞性比較

          材料

          30%極限應力循環次數

          10%極限應力循環次數

          玻璃鋼

          5,000

          100,000

          317L不銹鋼

          200

          4,000

          C-276

          200

          5,000

          從國際能源署所進行的實驗、調研結果,可以得出如下結論:

            1)、玻璃鋼的耐腐蝕性能、耐應力疲勞性能,均遠優于高鎳合金C-276,造價則遠低于C-276;

            2)、鈦合金的耐腐蝕性能低于C-276;

            3)、玻璃鋼的耐腐蝕性能、耐應力疲勞性能均遠遠優于鈦合金,造價則低于鈦合金,因此,綜合性價比要遠遠高于鈦合金!或者說玻璃鋼的全壽命成本要遠低于鈦合金!

          5. 中國電力規劃研究總院的脫硫煙囪設計建議

            20131218日,電力規劃研究總院在北京召開了“第二次全國脫硫煙囪防腐蝕技術研討會”,到會代表來自全國電力設計院、發電集團、與脫硫煙囪防腐蝕技術研究有關的電力行業以外的科研單位等。經過2天的技術交流,最終得出的會議紀要【電規發電〔201422 號,火力發電廠脫硫煙囪防腐技術研討會議紀要】,有如下幾條值得關注(此處以黑色楷體顯示):

          針對各種方法方案,會議建議:

            1. 采用鋼鈦復合板方案應考慮其現場焊接質量、制造缺陷、腐蝕速率等問題,特別是電化學腐蝕(局部腐蝕)對煙囪使用壽命的影響;

          ……

            6. 玻璃鋼(FRP)在歐美等發達國家脫硫煙囪防腐中已得到廣泛應用,業績良好,可以在國內脫硫煙囪防腐中采用。但目前玻璃鋼(FRP)在國內脫硫煙囪防腐中已投運的項目僅兩例,且運行時間偏短,應加強設計、制作、安裝及質量監控等引進技術研究,積累相關經驗,確保玻璃鋼內筒的制作及安裝工藝質量。

              ……

            7、建議各有關單位研究和借鑒美國電力研究院(EPRI)最新頒布的《濕煙囪設計導則(2012)》中有關濕煙囪內筒材料、內筒氣流速度以及減少煙囪雨產生的防止措施和濕煙囪運行于維護方面的經驗,積極采用國外成熟可靠的脫硫煙囪防腐技術,同時繼續做好我國脫硫煙囪防腐蝕方面的調查研究和總結工作,為確保我國脫硫煙囪安全、可靠運行提供科學依據。

          6. 結論

            從以上內容可以得出如下結論:玻璃鋼煙囪是燃煤電廠排放脫硫煙氣煙囪的最佳選擇!

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