2023火电厂玻璃钢烟囱应用

火电厂玻璃钢烟囱调研报告2023目录引言 1玻璃钢排烟筒材料选择 1玻璃钢材料的基本力学性能 1湿法脱硫烟气特点及玻璃钢烟囱选材 3相关规范关于玻璃钢选材的规定 4HG/T20696-1999关于玻璃钢选材构造规定 4ASTMD5364-08规范关于玻璃钢烟囱的规定 5CICIND模式规范关于玻璃钢烟囱的规定 7火力发电厂烟囱玻璃钢排烟内筒设计导则的规定 8玻璃钢烟囱材料常用产品 12玻璃钢选材需重点注意的问题 15玻璃钢排烟筒的制作和施工 17玻璃钢排烟筒的制作和施工 17安装及质量检测 21玻璃钢排烟筒的设计计算 21设计要点 21使用条件 21内筒支承方式 21玻璃钢烟囱设计标准概况 22玻璃钢排烟筒铺层设计及烟囱受力分析 24构造要求 25支承节点构造要求 25止晃点构造要求 26膨胀节构造要求 27国内外玻璃钢排烟筒的发展及应用现状 27国外玻璃钢烟囱的发展和应用 27国内玻璃钢烟囱的发展和应用 306 结论 35PAGEPAGE18引言两大前提条件。设计包括材料设计（根据产品使用工况选择合适的复合材料、工艺（进行材料设计结果和结构设计要求进行铺层设计能达到设计预期。提高产品的经济性。目前国内的玻璃钢烟囱内筒的实施的基本模式是由设计单位提出功能和结构性供依据。玻璃钢排烟筒材料选择玻璃钢是玻璃钢纤维和树脂组成的复合材料，玻璃纤维是承受荷载的主要成分，树脂的作用是传递应力和支撑、固定纤维，因此它的力学性能取决于纤维和树脂的力学性能，取决于它们的含量比、增强方式及这两种材料之间的界面状态。（方格布（E玻璃0.（C玻璃11.6～12.4％，20％。酯、丙烯睛—丁二烯—苯乙烯树脂等。磁波性、耐化学腐蚀性、耐气候性、耐老化性等都有影响。20％～3525％～4085％以上的富树脂含量。玻璃钢集中了玻璃纤维及合成树脂的特性，具有质量轻、强度高、耐化学腐蚀、电绝缘性好，透过电磁波、隔音、减震和耐瞬时高温烧蚀等特点。玻璃钢力学性能表现主要有：比强度高。玻璃钢的拉伸强度与普通钢材相当，其容重介于1500～2000kg/m3，仅为普通碳钢的1/4～1/5。各向异性。（玻璃钢的铺层设计可得到不同性能表现的玻璃钢产品，如：0°、±45°90°0°±60°90°0°90°多。两个方向强度和刚度较大，±45°较弱。次应力。能出现金属结构没有的稳定问题。另外，其剪切强度也较低，约为普通碳钢的1/2。设计时应注意。材料的线弹性或材料的分散性。应力应变曲线线性，没有明显的塑性。耐计时应根据特定材料的性能试验来评价。采用混合律或层合理论估算，并最终采用实验验证。2070FGD3085％以上的电厂均采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺。其基本原理是将石灰石（CaCO3）磨碎，加水制成浆液作为吸收液，与进入SO2CaCO395％以上。（H2SO4H2SO3HClPH1.～2.12较345便。HG/T20696-1999关于玻璃钢选材构造规定我国化工行业的标准《玻璃钢化工设备设计规定》(HG/T20696-1999)规定玻璃钢结构：设计压力内压不大于0.6MPa，外压不大于0.1MPa。使用温度各种树脂玻璃钢的设计温度范围：通用型不饱和聚酯玻璃钢：-40℃～+60℃。A型不饱和聚酯玻璃钢：-40℃～+100乙烯基酯不饱和聚酯玻璃钢：-40℃～+120℃。环氧玻璃钢：-40℃～+90℃。耐腐蚀玻璃钢化工设备在易燃易爆条件下使用时，应慎重、合理的选择相应的树脂配方及工艺，并应制作小样试件，检验有关指标，合格后方可正式制作。1.5（即OI值2630。安全系数n≥10[ε]≤0.1％。m≥15。法兰连接中法兰安全系数n≥8。另外，考虑制造中产生的厚度不均匀度及设备吊装、运输等刚度的要求，结构层厚度应有一定的附加量：5mm3mm5mm10mm2mm10mm15mm1mm15mm时，不需要厚度附加量。最低力学性能要求手糊玻璃钢板和缠绕玻璃钢的最低力学性能要求见表2-1和表2-2。壳壁结构组成壳壁由三层组成，分别如下。900.5mm70％～802mm。结构层：即增强层，采用无捻玻璃纤维粗纱、玻璃织物（或短切纤维毡）增强，承受荷载和保护内层，厚度按荷载条件计算确定。树脂含量为35±5％。0.1～0.2mm90%表2-1手糊玻璃钢板的力学性能要求板厚(mm)拉伸强度(MPa)弯曲强度(MPa)弯曲弹性模量(MPa)3.5~5.0≥63≥110≥4.8×1035.1~6.5≥84≥130≥5.5×1036.6~10≥95≥140≥6.2×103>10≥110≥150≥6.86×103注：此板是指包括耐腐蚀层(1.2~2.5mm)和增强层的玻璃钢板。试验条件：温度20℃，适度65%。表2-2 缠玻钢品力学能求项目数值比重1.8~2.0泊桑系数~0.3巴士硬度≥40断裂伸长率（%）≥0.8环向拉伸强度（MPa）120~180轴向拉伸强度（MPa）45~60环向弯曲强度（MPa）≥250抗压强度（MPa）118~245环向弹性模量（MPa）1.41~2.45×104轴向弹性模量（MPa）1.09~1.27×104剪切模量（MPa）0.69×104ASTMD5364-08规范关于玻璃钢烟囱的规定ASTMD5364-08是美国试验与材料学会发布的专门用于燃煤电厂玻璃钢内筒设料选择、制造、安装和质量控制等方面提出了详细的要求。使用条件93或加GGH121（HD。对湿法脱硫的化学腐蚀环境均能适用。设计使用年限：35年。材料要求8225150％。玻璃纤维：E型或E-CR型。45（ASTME84测定。铺层设计由防腐蚀隔离层、结构层和外表面层组成。防腐蚀隔离层：提供防腐蚀、阻燃性能。树脂含量按重量计约为85％。结构层：玻璃纤维含量，按重量计至少为55％，且不大于70％。（即气干性树脂10mm。荷载应考虑自重、积灰、风、地震、温度、静压等荷载和作用。避免共振内衬的最低振动频率不小于2HZ。结构设计与验算结构设计采用荷载和抗力系数（LRFD）表达的极限状态设计方法。荷载系数荷载系数（0.91.，用于恒载1.，用于风载或地震荷载W或E1.1用于温度荷载TΔ1.，用于环向压力荷载CP。抗力系数RMRTTR）的乘积R=MR×TTRMRFTTRF2-32-。MRF10MRF必须成比例的减小。受力状态MRF取值轴拉或弯曲0.65轴压0.40持续时间膜张应力膜压应力弯曲应力长期0.20.70.7受力状态MRF取值轴拉或弯曲0.65轴压0.40持续时间膜张应力膜压应力弯曲应力长期0.20.70.7短期0.60.80.8荷载组合对荷载效应组合，ASTM规范考虑了一种长期组合和两种短期组合：长期组合1：荷载效应＝1.2D+1.1T+1.1CP短期组合1：荷载效应＝1.2D+1.1T+1.1CP+1.3W/EQ短期组合2：荷载效应＝1.2D+1.1AT+1.1CP以上组合中，当D趋于减小其它荷载的效应时，D的荷载分项系数取0.9。上述式中：D—恒载效应；T—温度效应；CP—环向压力效应；W/EQ—风和地震效应，不同时考虑；AT—异常温度效应。许用应力由层合理论或短期室温试验确定，有关公式详见规范。CICIND模式规范关于玻璃钢烟囱的规定CICIND20094月也发布了玻璃钢排烟筒的模式规范。该规范总结了玻璃钢烟囱研究和工程实践的最新成果，详细规定了玻璃钢烟囱选材、FRP25材料玻璃钢板层结构由不同的四层组成：内表面、内层、结构层、外表面。聚酯树脂：A120°C性。但是不适用强氧化环境和溶剂。氯桥酸酐类聚酯树脂是不饱和卤化物。基于HET(六氯环戊二烯)或氯桥酸酐与乙二醇反应形成。这种材料能很好的用于高达180°C的高温。因为氯桥结构能抗高温。它可以用于高氧化物质环境、浓酸中。但不适用碱性条件下。氯桥树脂能达到1级耐火等级。100-120°C160°C很好的抗酸、抗碱能力，在次氯酸盐和其它溶剂中保持稳定。酚醛树脂：酚醛树脂表现非常好的耐火性，并且燃烧产生很少的烟和毒性物质。BS47660BS47671200°C300°C而保持大部分的物理特性。EECREECRA型玻璃。物理力学特性要求EN1312137.8EN13121B中的方法得出的基本特性。层间剪切强度：层间剪切强度不低于表2-5的值。表2-5 最层剪强度加强材料类型（MPa）短切毡（CSM）7.0呋喃和酚类短切毡（CSMfuraneandphenolic）5.0呋喃和酚类WR方格布（WRcloth,furaneandphenolic）4.0玻纤缠绕（FW,fibredirection）6.0呋喃和酚类玻纤缠绕（FW,furaneandphenolic）4.0火力发电厂烟囱玻璃钢排烟内筒设计导则的规定一般要求玻璃钢烟囱的筒壁应由防腐蚀内衬层、结构层和外表面层组成，并应符合下列规定：85（重量比，也可选用有70%（重量比。防腐内衬层应进行防静电处理时。防静电处理可采用导电纤维毡或导电碳填料，其内表面的连续表面电阻率不应大于1.0×106Ω，静电释放装置的对地电阻不应大于25Ω。结构层应由玻璃纤维连续纱或玻璃纤维织物浸渍树脂缠绕成型，其树脂含量35±5（重量比，厚度应由计算确定。外表面中的最后一层树脂应采取无空气阻聚的措施。当玻璃钢烟囱暴露在室0.5mm。玻璃钢烟囱主要是由树脂、玻璃纤维等结合组成的各向异性材料。温度升高的衰减。玻璃钢原材料对烟囱的制造成型有较大的影响，玻璃钢原材料的选用应与相应的成型工艺相协调。并经过试配后方可用于工程。原材料1）树脂2-6的技术要求。表2-6树脂的技术要求项目允许范围试验方法外观无异样外观检查酸值（mg/KOH）6~10±4.0GB/T2895粘度（25℃）380±100±25%GB/T7193.1胶凝时间20±5±30%GB/T7193.6固体含量58±1.5GB/T7193.3说明：一种牌号的树脂只允许有一个指定值。树脂浇铸体的主要性能应符合表2-7的要求。表2-7树脂浇铸体的主要性能力学性能耐蚀层树脂结构层树脂试验方法拉伸强度（MPa）≧60.0≧60.0GB/T2568拉伸模量（GPa）≧3.0≧3.0GB/T2568断裂延伸率（%）≧3.0≧2.5GB/T2408热变形温度HDT(℃,1.82MPa)≧100GB/T1643耐碱性（10%NaOH,100℃）≧100h无异状GB/T7194耐燃性I类（高阻燃性）GB/2408防腐蚀内层和结构层宜选用同类型的树脂。当选用不同类型的树脂时，层间不得脱层。树脂阻燃性能应符合下列要求：反应型阻燃环氧乙烯基酯树脂浇铸体的极限氧指数（LOI）不应小于23；35±5（重量比0~3同剂（Sb2O3）时，玻璃钢极限氧指数（LOI）32；玻璃钢的火焰传播速率不应大于45。玻璃钢烟囱的基体材料所选用的树脂除满足以上条件外，还应符合现行国家标准（GB/T8237）2)增强材料C-glassCE-CR《玻璃纤维短切原丝毡和连续原丝毡》（GB/T17470）的规定。结构层应选用E-CR类型的玻璃纤维缠绕纱、单向布；在排放潮湿烟气条件下，E（GB/T18369）（GB/T18370）的规定。玻璃钢烟囱筒体之间连接所用的玻璃纤维无捻粗纱布、短切原丝毡或单向布的类型，应与筒体增强材料一致。玻璃纤维表面处理采用的藕联剂应与选用的树脂匹配。添加剂树脂具有良好的相容性。保温材料超细玻璃棉的材料容重不大于48kg/m3，常温下导热系数≤0.035W/m.k。硅酸铝纤维的材料容重50～80kg/m3，常温下导热系数≤0.035W/m.k。铺层设计基本要求玻璃钢内筒设计前应根据拟选的树脂、增强材料等原材料的品种和特性进行铺层设计。并按铺层设计要求制作试件进行相应的力学试验。富树脂层：富树脂层由浸润树脂的玻璃纤维表面毡或其他有机纤维合成材料组成。同层玻璃纤表面毡的叠加宽度不应小于13mm。次内层：次内层是在富树脂层上采用玻璃纤维短切毡和树脂分层衬贴，直到达到设计规定的厚度。同层玻璃纤维短切毡的叠加宽度不应小于13mm。结构层：*°±3°的角度连续缠绕成型。采用玻璃纤维连续纱环向连续缠绕、轴向加衬单向布交替成型时，90°±3°，单向布的受力纤维应沿轴向布置。外表面层：外表面层采用玻璃纤维表面毡与树脂分层衬贴，直到达到设计规定的厚度。外表面应采用无空气阻聚的树脂封面；暴露于外筒之外的部分的外表面做法同防腐内衬层。当烟囱筒首或当排烟筒室外使用时，应添加紫外线吸收剂。EE-CRE-GassofChemicalResistancE玻E10倍以上，比较适合玻璃钢烟囱使用。E-CRE2-62-7。表2-6 E-CR玻化分（量％）SiO2Al2O3CaOMgOTiO2ZnOB2O3Na2O+K2O56~629~1418~241~50.5~31~50≤1.0表2-7 径22μm裸维在质泡24h失对比（％）介质10%HCl10%H2SO410%HNO30.1NNaOH自来水溶液温度40℃60℃80℃40℃60℃80℃40℃60℃80℃40℃60℃80℃40℃60℃80℃E玻璃21.8325.4229.8719.8826.2830.1326.3436.1837.681.365.866.940.150.220.30E-CR玻璃0.310.961.550.360.921.470.661.071.420.681.843.110.100.140.18(ShellChemical)Epocrgl陶氏Derakane亚什兰）Hetron（海特隆）RipoxyAOCInterplastics因此目前国内外市场上的品牌和种类繁杂，表2-8中列出了国内外几个厂家的乙烯基酯树脂品牌及不同类型产品的牌号。表2-8 国外烯酯脂牌一表公司陶氏化学亚什兰化学昭和聚合物DSM公司上纬企业上海富晨Reichhold国别或地区美国美国日本荷兰中国台湾中国挪威品牌DerakaneHetronRipoxyAtlacSwancorFuchemNorpolDion标准型双酚A环氧乙烯基酯HDT=100～105℃411922806430901854,879,8809100阻燃型环氧乙烯基酯HDT=105～110℃5109925507509058929300HDT=130～150℃4709806305909078909400高交联密度型环氧乙烯基酯HDT=149～160℃470HT970600-9778989700柔性环氧乙烯基酯HDT≈75℃8084980810-PU改性型环氧乙烯基酯HDT=115℃580-82098001、陶氏化学（DowChemical）DERAKANEDERAKANEMOMENTUM2004年Ashland（亚什兰）收购。2、各种树脂的热变形温度HDT可能因测试标准的不同而有少量的差别。2-8HDT75160HDT180GGH55～60130A密度型环氧乙烯基酯。AshlandDERAKANE470-300HetronFR992树脂有着较好的综合性能，SW树脂[15]。HetronFR992树脂典型的特性见表2-9。表2-9 HetronCR992树脂铸的型性特性国际单位测试方法密度1.24g/cm3ASTMD792拉伸模量（25℃）3450MPaASTMD638抗拉强度（25℃）89.6MPaASTMD638拉伸延伸率（25℃）屈服4.6％，断裂5.0％ASTMD638弯曲模量（25℃）3590MPaASTMD790弯曲强度（25℃）145MPaASTMD790巴氏硬度35ASTMD2583热变形温度（1.8MPa）108℃ASTMD648AshlandDERAKANE470-3002-10。上纬(上海)905-2ASTME-84CLASS2-12。表2-12 SW905-2树铸体(3.2mm树脂板)型特性特性国际单位测试方法拉伸强度76～90MPaASTMD638拉伸模量3.4～3.7GPaASTMD638拉伸延伸率4.5～5.5％ASTMD638弯曲强度110～131MPaASTMD790特性国际单位测试方法弯曲模量3.4～3.7GPaASTMD790热变形温度106～110℃ASTMD648体积收缩率7.8～8.0％ASTMD2566巴氏硬度37～43ASTMD2583最低指数 纯树脂25FRP层合板31

ASTMD2863FRP材料的老化问题FRP20～50FRPFRP材料的老化规律已经有了一定的认识。的扩散和向树脂基体的渗透，以及由此所引起的基体化学降解和物理腐蚀。玻璃钢烟囱主要用于脱硫后的湿烟囱，处于潮湿和酸性环境。针对FRP境，FRP烟囱树脂优先选用环氧树脂或改性的环氧树脂，增强材料选用耐酸耐水性能优异的E-CR型玻璃。FRPFRP性能随时FRP烟囱的耐久性。FRPBS4994ASTMD5364等标准和厂家的试验资料。FRP材料的耐温防火问题。120100抗弯强度弹模模量806040200050100150温度（℃）200 250 300FRP减很快。即使是热固性树脂，当使用温度超过其热变形温度(HDT)后，树脂的结构性60ASTM93121DERAKANE470-300HDT150DERAKANEHDT可180。120100抗弯强度弹模模量806040200050100150温度（℃）200 250 300FRP性能保留率（％）国内外对聚合物的燃烧和阻燃技（好维持试样燃烧所需的最低氧浓度FRP性能保留率（％）

图2-1FRP温度性能曲线FRPFRP不能满足要求时可通过添加阻燃剂等方法来作，一定可以避免火灾事故。玻璃钢排烟筒的制作和施工玻璃钢成型方法主要有手糊、层压、喷射、模压及缠绕等。手糊成型工艺是玻璃钢工业生产中最早而且目前仍然应用最广泛的一种成型方修整而成为制品。层压成型是在加热、加压条件下，用或不用粘结剂将两层或多层相同或不同材料结合为整体的方法。喷射成型是将预聚物、催化剂及短切纤维同时喷到模具或芯模上成型制品的方法。模压成型工艺是在封闭的模腔内，借助压力，一般尚需加热以成型制品的方法。模压成型工艺已广泛应用于制造玻璃钢制品。大型玻璃钢烟囱均采用现场机械缠绕成型，安装时接头段和附件采用手糊工艺。现场机械缠绕采用微机控制纤维缠绕工艺，即在微机控制下，模具绕轴线转动，绕丝头带着浸润树脂的玻璃纤维沿模具轴线方向往复运动，两者运动的速比由微机控制，缠绕的层数由微机按预先输入的参数控制，树脂固化后在模具表面形成制品。成型过程中根据模具的布置方式分为卧式缠绕和立式缠绕，见图3-1和3-2。图3-1立缠设备 图3-2卧缠设备绕解决了采用立式缠绕法无法使树脂均匀分布的问题，提高了产品质量。目前国内机械缠绕生产的管道最大直径可达15m。PAGEPAGE2115～30腐蚀内衬层的制造间隔时间应满足规范中的规定。内衬层制作完成后，应进行质量检验，检验合格方能开展结构层制作。各分段制作及组装粘接成整体的玻璃钢排烟内筒体系应进行表面及层间质量、尺寸、硬度、树脂含量、树脂不可溶分含量、力学性能等方面的抽样检验。玻璃钢排烟筒的设计计算使用条件当火力发电厂采用玻璃钢烟囱时，应符合以下条件：烟气长期运行温度不应超过100℃。当烟气超出运行条件时，可在烟囱前端采取冷却降温措施，也可将选用的原材料和制成品的性能经试验验证后确定。30min内，烟囱内烟气温度不得超过树脂的玻璃化温度T环境最低温度不宜低于-40℃。内筒支承方式证。国外经过多年的研究和工程实践，FRP烟囱和管道结构设计、制造和施工方面的标准逐渐完备。英国在1973年颁布了玻璃钢容器设计和施工规范BS4994，1987又进行了修订[9]。该规范用于玻璃钢容器和水箱的设计、施工。美国材料与试验学会在1993ASTMD536200200ASTMD5364-08FRP烟囱的使用温度限制：最高运行温度90℃不超过2小时，最高瞬态温度204℃不超过30分钟。国际工业烟囱协会CICIND在2009年4计算、质量控制方面的内容，同时给出了FRP排烟筒的设计实例，提供了主要节点的典型工程构造。该规范的出台必将推动玻璃钢烟囱设计和应用的规范化。20（GB50051）（G/T1446、《纤维增强塑料拉伸性能试验方法G/T144（G/T144G/T144给出了纤维增强塑料（GB/T30811）中，经过大量的分析计算，给出了不同直径玻璃钢烟囱内筒的最低厚度值并详细阐述了玻璃钢烟道设计、制造等方面内容。PAGEPAGE27环向和轴向的拉伸强度、压缩和弯曲强度。HG/T20696-1999安全ASTMD5364罕遇地震结构下，玻璃钢内筒烟的最大顶点位移角小于抗震设防的位移限制1/120内筒处于线弹性，承载力安全裕度大。应力控制，应设计合理的铺层使接口材料强度满足设计要求。制。支承节点构造要求玻璃钢内筒的支承节点采用环形倒牛腿的形式，应与内筒整体缠绕。支撑牛腿构造图见图4-1。4-1支承牛腿构造图止晃点构造要求4-2。4-2烟囱止晃装置构造图膨胀节构造要求对于分段悬挂玻璃钢内筒应设置竖向膨胀节，膨胀节构造图见图4-3。4-3烟囱膨胀节构造图国内外玻璃钢排烟筒的发展及应用现状国外玻璃钢烟囱在电力行业的应用始于FGD开始应用的20世纪70年代。1977EastKentuckyPowerCooperativeSpurlock305MW1FRP（1.％2003RP10％。2005（theEnvironmentalProtection（theCleanAirInterstate282015年SO2FGD20042008711004.11m12.95m2005670100座内筒，其中玻璃钢内筒占绝大多数（90％强力推荐。-28--28-1-12008年在伊利诺伊州斯普林菲尔德（Springfield,Illinois,USA）新建的一座燃煤电站，该电站采用了玻璃钢内筒套筒烟囱。该电站由Black&和KiewitPowerConstructors电站烟囱混凝土外筒高134m，内部设置一座玻璃钢内筒。制作时，玻璃钢内筒分为274.6m4.1mFRPTri-Clor6.35mm以内。经过表9.53mmFRPAOCK022-ACA环氧乙54℃～82℃260℃下的结构和耐腐要求。据Dow化学公司的资料，FRP烟囱也在欧洲大量应用。英国EggboroughPowerStation于2002年为其2台500MW机组加装湿法FGD装置，同时在混凝土烟囱内安装了两个184m的FRP内筒。德国于2001年9月建成的KraftwerkSimmering电站，采用高度200m4.8m的FRP制造直径达7m～10m排烟管道。捷克125MW的Vresova电厂建于1967年，2000年7月签约加装湿法FGD时的方案，烟囱则为钢结构支撑的FRP烟囱。在日本，关西电力南港发电厂的800MW机组采用3个FRP内筒的烟囱，FRP内筒直径5.3m，高度200m。--PAGE30-我国对玻璃钢的研究和应用是从1958年开始的，最初FRP船等行业，后来逐渐应用于化工、汽车、医药和土木工程领域。FRP20世纪70金行业有关单位开始玻璃钢烟囱的研究和应用。1965（现中冶集团建筑研究总院0.65～0.75％，排气量为-301975含量2～3％，SO2含量0.2～0.5％，SO3含量0.01～0.05％，烟气温度70～80℃，最高120～140℃。哈尔滨玻璃钢研究所从上个世纪8020来为我国的化工、化纤、冶金等行业研制了多个玻璃钢烟囱，如核工业部404厂的酸解罐烟囱、东北轻合金加工厂的Φ500×36000烟囱等。2007FRP烟囱外筒为钢筋混凝土结构，高178m；内筒为玻璃钢结构，等内直径6.6m，顶标高180.0m35m、60m、85m、110m、135m、160m、175m，顶部平台采用压型钢板组合楼板封闭，ASHLAND公司DERAKANE470HT-400耐高温环氧乙