玻璃钢烟囱应用情况及各种防腐方案比较

江苏利保科技股份LEAPTECHNOLOGYLEAPTECHNOLOGYTechnologyforthefuture中国宜兴国家环保工业园--玻璃钢烟囱国内外应用情况及各种防腐方案比较国外：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。目前新建项目，90%以上的防腐方案选择FRP烟囱。早在1977年，美国EastKentuckyPowerCooperative公司即在其Spurlock电站305MW的1号机组烟囱内部使用FRP内筒（高度802ft./245m，直径15.5ft./4.73m，烟气含硫量1.4％），至今仍在安全使用。美国的最新的FRP烟囱应用是2007年完成脱硫改造的P4电厂（PleasantPrairiePowerPlant）在实施环保改造工程中表现突出，在脱硫改造中，新建一座双内筒套筒烟囱，外筒为钢筋混凝土结构，两个内筒为FRP结构,内筒直径为8.1m。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200m、直径4.8m的FRP烟囱。另外，德国还在全世界率先采用烟塔合一技术，使用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。至今运行稳定。北美地区投运时间超过25年的FRP烟囱内筒项目（16个）序号项目名称制造时间内径（m）高度（m）应用领域1犹他州，MAGMA，肯尼寇铜矿公司19757374燃煤电厂2亚利桑那州，圣约翰市，科罗拉多电站，盐河项目119786154燃煤电厂3亚利桑那州，圣约翰市，科罗拉多电站，盐河项目219796154燃煤电厂4南卡罗来纳州，乔治敦，南卡罗来纳公共服务局，WINYAH电站19795139燃煤电厂5怀俄明州，惠特兰，拉勒米河电站，BASIN电力合作公司19809185燃煤电厂6南卡罗来纳州，乔治敦，南卡罗来纳公共服务局，WINYAH电站19805139燃煤电厂7怀俄明州，惠特兰，BASIN电力合作公司，LARAMIE电站19819185燃煤电厂8南卡罗来纳州，MONCKSCORNER，克莱斯电站19817185燃煤电厂9南卡罗来纳州，克莱斯市，南卡罗来纳公共服务局，克莱斯电站119827157燃煤电厂10南卡罗来纳州，克莱斯市，南卡罗来纳公共服务局，克莱斯电站219836157燃煤电厂11堪萨斯州，HORCOMB,HORCOMB电站，向日葵电力合作公司19835149燃煤电厂12堪萨斯州，花园城，向日葵电力合作公司19835136燃煤电厂13内华达州，VAMLY电站，塞拉太平洋电力公司19845139燃煤电厂14内华达州，VAMLY电站，塞拉太平洋电力公司19845139燃煤电厂15犹他州，洛杉矶水利部19859231燃煤电厂16犹他州，DELTA，因特芒腾电力项目19859231燃煤电厂国内：我国对玻璃钢的研究和应用是从1958年开始的，最初FRP结构主要用在航天、造船等行业，后来逐渐应用于化工防腐、汽车、医药和土木工程领域。从20世纪70年代开始，我国化工、冶金行业有关单位开始玻璃钢烟囱的研究和应用。2006年5月，亚洲首个烟塔合一工程用大型玻璃钢烟道、烟囱在北京高碑店华能热电厂吊装。所用玻璃钢管道最大直径为7m，长为240m。2006年12月，由北京国电华北电力工程有限公司设计，具有自主知识产权的国内第一个烟塔合一项目──国华三河发电厂二期工程烟塔合一排烟冷却塔玻璃钢烟道，在河北三河吊装成功。河北三河电厂采用的大型排烟冷却塔玻璃钢烟道全长236米，直径5.2米。目前国内使用玻璃钢作为防腐方案并已成功实施的大型电厂有国电常州电厂，华电奉节电厂，邯郸电厂，谏壁电厂，开远电厂，大唐虎山电厂，抚州电厂，三门峡电厂、呼图壁电厂，华能伊春电厂，佛拉尔基电厂，永济电厂，大同电厂，方家庄电厂，通辽电厂、霍林河电厂、泰州电厂、国电投大板电厂等，如算上地方热电，已有上百座的项目业绩。其中由利保科技承担设计并实施的国电投大板10.5m直径（240m高）为国内最大直径玻璃钢烟囱改造项目，于2017年顺利投运。利保科技目前在烟囱玻璃钢改造领域业绩类型及工程数量处于全国第一的位置，在新建电厂玻璃钢烟囱属于领军企业之一。共获玻璃钢烟囱方面专利36项，并参与编制了国家标准《纤维增强塑料排烟筒工程技术规范》，且是发起和筹备委员单位。玻璃钢烟囱优点及与其他材料性能比较玻璃钢(FRP)一种新型复合材料，玻璃纤维提供FRP的强度和刚性，树脂提供FRP的耐化学性和韧性，集中了玻璃纤维和合成树脂的特性，具有质量轻、强度高、耐化学腐蚀、绝缘隔热、耐瞬时高温烧蚀、强度和形状可设计性强等优点。玻璃钢烟囱的优势概括如下：耐化学性优于高镍合金(C-276)；抗疲劳性优于C-276；建造成本低于耐酸砖，橡胶或者镍合金(C-276)衬碳钢；比耐酸砖，橡胶衬里以及鳞片涂料需要较少的维护；玻璃钢消除了焊点腐蚀、氢腐蚀、不同金属之间的腐蚀以及电化学腐蚀。1、玻璃钢FRP材料和金属的比较金属和玻璃钢对比（好=+,差=-)玻璃钢和金属对比（好=+,差=-)+更高的耐热性+更高的模量（刚性）+更高的导热性-对腐蚀（非常）敏感-对复杂形状很难制作+可设计（需要的）性能+高强度重量比=>轻重设计+绝热和电绝缘性+对多种化学品有良好的耐腐蚀性+半透明2、玻璃钢FRP与不锈钢和C-276的抗疲劳性比较断裂时振动次数材料30%断裂应10%断裂应力FRP*5,000>100,000317L2004000C-27620050003、玻璃钢FRP与不锈钢和C-276的耐化学性比较材料硫酸盐酸氯化盐玻璃钢FRP100℃30%浓度100℃5%浓度100℃所有浓度Steel317L不锈钢25℃5%浓度NR不推荐NR不推荐C-276合金95℃30%浓度82℃5%浓度(低pH值)65℃2％浓度150015004、150015001151151001001000BTU-in/hr-ftBTU-in/hr-ft2-ºF玻璃钢的热传导系数非常低，温度会随着厚度而下降，这为玻璃钢的隔热保温应用创造了条件，即玻璃钢烟囱、烟道不需要进行保温。其它材料与玻璃钢FRP的综合性能比较项目整体（FRP）玻璃钢防腐方案钛合金复合钢板方案玻化砖（宾高德）方案工程品质-耐腐性能优良，整体玻璃钢多纤维多工艺组合成型，无腐蚀薄弱点优良，但焊缝区域易产生腐蚀良好，但易起鼓、脱落、渗漏等国内行业状况在各大电力集团（大唐,国电,华电等）已有成熟运用案列，并已作为今后烟囱防腐的推荐主导方案在烟囱玻璃钢防腐方案成熟之前，有较多应用。但价格波动较大，成本高。后续反应使用过程中的问题不少。初期应用较多，但由于后续使用中问题较突出，国内材质及施工管理参差不齐，各大电力集团及设计院已基本不作为首选方案国外行业状况在国外使用最久的FRP烟囱已运行长达34年。目前新建项目，90%以上的防腐方案选择FRP烟囱。是电厂湿法脱硫后烟囱防腐的主流技术。由于其价格波动高，施工要求高等原因都严重制约了其的大范围使用，故在工程中应用情况不算广泛大型烟囱的防腐方案应用不多。可设计性好，可据根需求定制，可适应不同的烟囱形态一般，刚性材料，对复杂形状难制作—施工周期短，2-3个月。可配合电厂检修时间长，需3-4个月长，需4-5个月建造成本中，较钛板造价低20-30%左右建造费用高，原材料紧缺高质量控制易难程度较容易，且有丰富的工程经验和合格的施工团队，并已形成专有的玻璃钢烟囱质量控制体系及相配套资料文件一般，焊缝数量较多，且难控制难,粘贴量大，监理措施很难到位，质量难控制，易出现渗漏，维护复杂维护成本不需要维护一般，如焊缝产生腐蚀，需采取补救措施后期维护成本高使用寿命长，保证与混凝土烟囱同寿命，30年一般，使用过程中需进行维护，修复较短，进口宾高德15年，国产玻化砖：5-10年综合比较综合评价最高由于成本较高及施工难度，质量控制方面的不足，综合评价一般，因工程质量难满足要求，故而综合评价不高1、宾高德玻璃砖防腐宾高德砖块是一种用特殊的原材料和技术在美国生产的低膨胀高强度非金属材料。宾高德玻璃砖以其优质泡沫硼硅玻璃提供可靠独特的防腐保护，在化学环境与温度大幅度变化的情况下，包括暴露于高温浓缩酸和脱硫系统酸冷凝液环境中，都具有特殊功效。宾高德玻璃砖具有良好的防腐性能，在国外电厂烟囱防腐中已有优良业绩，使用寿命长，单位质量轻且安装方便，对烟囱结构的附加荷载很小，便于对已建烟囱的防腐改造，但价格偏高，且施工周期较长，目前在国内已有应用，宾高德玻璃砖属于粘贴防腐块材料类的，由于粘贴量大，砖缝多，且高空作业，加之监理等措施不到位，施工质量难以控制，这是导致防腐质量容易出现问题。宾高德玻璃砖施工工期要三个月以上。泡沫玻璃砖比较常见的失效形式是脱落和开裂。泡沫玻璃是利用了硼硅玻璃的耐温耐腐蚀及良好的抗开裂能力，同时其泡沫结构的质轻、发泡孔彼此封闭、渗水率几乎为零的特点，用耐温耐腐蚀的弹性粘接胶粘附在烟囱内壁上。粘接胶的耐腐蚀性和耐温性是泡沫玻璃防腐的重要性能，而国内尚无针对湿烟囱防腐的专用粘接胶标准，采用JG/T3049《建筑室内用腻子》等建筑材料标准，因此，粘接胶耐温性能不够，会出现炭化，耐腐蚀性不强，特别是吸水率较高时，在从湿烟气运行转入原烟气运行后水汽蒸发、高浓度的酸液对粘接胶产生强腐蚀。粘接胶由于温度及腐蚀失效导致的粘接力下降，以及由于砖体吸水产生的负面作用力导致的粘接力下降，都将引起泡沫玻璃衬里的脱落。如果材料间的匹配不佳，脱落就更容易发生，如图所示。泡沫玻璃砖脱落现象图国内生产的泡沫玻璃，有的采用了硼硅玻璃，有的则用普通碎玻璃，防腐性能、耐温性能、抗开裂能力偏差较大，且吸水率比较大，在湿烟气工况运行时泡沫玻璃吸附了大量酸液，砖体衬里的质量远大于设计质量，削弱了粘接强度，同时当WFGD停运原烟气进入时，砖体吸附的酸液汽化—膨胀，导致砖块开裂或脱落。某电厂烟囱防腐泡沫玻璃砖开裂失效形式如图所示。开裂现象图2、钛钢复合板方案钛是一种很耐腐蚀的材料，这是由于钛的表面容易生成稳定的钝化膜，钝化膜是由几纳米到几十纳米厚的极薄的氧化钛构成，在许多环境中是很稳定的，并且一旦局部破坏还具有瞬间再修补的特性。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好。裂纹是钛板焊接中经常出现的缺陷。钛焊缝裂纹属于冷裂纹，主要是由焊缝中氢引起的。氢的来源主要有板材及焊丝中的水分和油污，环境湿度是焊缝增氢的主要原因。焊接时在高温作用下，大量的氢溶解在熔池中，在焊缝的冷却和凝固过程中，由于溶解度的迅速降低，氢极易逸出。如果焊缝冷却速度过快，氢来不及逸出保留在焊缝中，将使焊缝中的氢处于过饱和状态，因而氢要极力进行扩散，并促使这一区域进一步脆化。如果部位存在缺口效应，且氢的浓度足够高时，就可能产生裂纹。特别是在冬季施工中，环境温度低，水蒸气附着在钛板上，为焊缝增氢创造了条件。由于钛板太薄（1.2mm），钢板温度升高较慢，相应的钛复合层焊缝冷却速度过快，在冷却过程中，焊缝中的残余氢来不及逸出，在焊缝中以过饱和的形式存在，最终导致裂纹的出现。因此，钛钢复合板的焊接施工比较复杂，保证焊接质量比较困难。金属合金薄板贴衬方案只能用在钢烟囱内壁，且因造价非常高而使用不多。福建某电厂采用了帖衬钛板的方案，该方案发现了腐蚀问题，检修时湿法脱硫烟囱防腐技术研究拍摄的照片显示进口段出现了鸡蛋大小的多个穿孔。钛板腐蚀穿孔现象钛板寿命的研究数据 上图出自/Sulfuric-Acid-Graphs-57.aspx，上表可以看出对于硫酸，钛的使用范围很小，尽管脱硫酸液的硫酸浓度非常低，但当温度稍高，特别是有GGH的系统或有旁路的工况，烟气本身温度较高，再加上硫酸在高温下局部富集，1.2mm的钛板使用寿命不可能超过1.2/0.13=9.2年。从上图可以看出，对于钛，各电厂脱硫系统的温度、PH值、除雾效果均对钛板使用寿命有非常大的影响。通常情况下。如果电厂旁路运行越少、烟气温度越低钛板的使用寿命越长，而除雾效果好使烟囱局部没有酸液下流，致使局部酸浓度升高，对于钛板的腐蚀将明显加快。另外脱硫酸液介质复杂，实际腐蚀速度将快于单纯的硫酸腐蚀速度，因为，除硫酸外脱硫系统中生成的其他酸基本上都是还原性酸，而还原性酸对钛的腐蚀非常强烈，特别对于我国西部高氟煤区域，钛板的使用可能会很快面临失败。温度对于钛的影响非常大，常温以上硫酸、氟化物都有很大的腐蚀。/doi/abs/10.1021/ie50484a023连接的论文中显示即使在常温下浓硫酸每年对于钛板的腐蚀约1.2mm，也就是目前采用的1.2mm钛板在常温下如果被浓硫酸浸泡，只需一年就全部腐蚀，对于50%的硫酸则1.2mm钛板常温下能够用24年。当温度为45~50摄氏度时没有具体的数据。但当温度达到145摄氏度时