火电厂钢筋混凝土烟囱裂缝原因及预防措施研究

张永升，曹建伟

（山东电力建设第三工程公司，山东 青岛 266100）

烟囱是火电厂建筑中一座必不可少的建筑物，为保证长期的安全运行，火电厂的安全运行要求烟囱的寿命至少与锅炉相同甚至更长。其结构的耐久性就起着非常重要的作用。因为国内以前设计的单管式钢筋混凝土烟囱，拥有良好的抗风抗震能力，且具备节省材料、施工方便、建设周期短等优点，特别是在地质情况较好的情况下，其工程造价低的优越性非常显著。但是一些筒身裂缝比较严重，通过对早期的各地钢筋混凝土单筒烟囱进行安全检查，发现约有70%左右存在不同程度的开裂问题，主要表现在裂缝存在普遍。以竖向裂缝为主，水平裂缝较少，其宽度一般都超过设计规范的 0.15～0.3 mm，普遍在0.3～1.0 mm，个别高达10 mm，裂缝贯穿筒壁，容易产生裂缝的部位是施工缝处和筒首。毋庸置疑，随着时间的延长，烟囱的耐久性将会受到严重的影响，以致于直接威胁着烟囱的使用寿命，而且还影响电厂的安全运行。为此有必要对单筒式钢筋混凝土烟囱裂缝的成因加以分析，在此基础上，寻求比较合理的设计方案来提高钢筋混凝土烟囱的耐久性。

1 烟囱产生裂缝的原因

火电厂烟囱产生裂缝的原因是多方面的。例如燃烧煤的含硫量、烟气的干湿度、烟气的设计温度取值、烟气流速、温度应力设计的安全度，还有混凝土的收缩、内衬隔热材料的性能、风荷载引起的横向共振效应以及施工工艺等。有必要对这些因素加以仔细的研究分析，寻找合理解决问题的措施。

1.1 燃烧煤的含硫量

在燃烧煤中含硫量越高，烟气中的二氧化硫和少量的三氧化硫含量也会升高，在潮湿的烟气环境中容易形成酸液，它将腐蚀烟囱的内衬甚至外筒壁，当烟囱长期处于酸腐蚀的运行环境下，将会导致烟囱裂缝的产生和加重。

1.2 烟气的流速

烟气出口流速的高低主要与环保有关。随着大容量机组的建设，为了满足环保要求，烟气的流速已经由原来的不足20 m/s提高到现在的30 m/s左右。过高的烟气流速将会导致烟囱内烟气呈正压运行状态而出现渗透，烟气很容易通过内衬的缝隙渗透到隔热层中，最终导致烟囱外筒壁内表面受热温度急剧上升，筒壁温度应力增大，使得筒壁产生裂缝的机率大增。

1.3 内衬和隔热层材料

当采用吸水率较高的内衬和隔热层时，材料的保温作用将会降低，导热系数λ值会增大，又由于内衬材料本身不耐酸，在烟气的酸露点温度比较低的情况下，将会加重内衬的腐蚀，最终导致烟囱筒壁内外温差比设计值大，温度应力增大，加剧裂缝的出现。

1.4 烟囱水平裂缝的产生

一方面与施工工艺有关，如施工缝和滑模拉裂等；另一方面与烟囱在风荷载作用下的动力性能相关。经过对220 m高的钢筋混凝土烟囱动力特性的测试和横向共振的研究，发现因受脉动风引起的垂直于风向的横向共振会引起水平裂缝，特别是在高阶振型横向共振的作用下更易产生水平裂缝。

1.5 烟气的设计温度

通常由工艺专业提供烟气的设计温度，工艺专业在提供给土建专业烟气设计温度时，常常忽略掉烟囱投运后由于锅炉设备的改变、除尘方式的更换、煤种煤质的变化等因素而导致烟气设计温度比锅炉正常运行温度高的影响，而以锅炉正常运行温度为基础来确定烟气设计温度，这无疑会导致烟气筒壁温度应力增大，烟囱裂缝出现的机率大增。

1.6 烟气的计算温度

在烟囱设计中，按照烟囱设计规范计算温度应力时，混凝土弹性模量的取值是根据受热温度的不同乘以小于1的折减系数，其原因是考虑了混凝土的收缩和蠕变，而实际状况则是在烟囱投运初期，混凝土的收缩和蠕变均较小，结构刚度较大，以至于在同等温度作用时，其应力值要比规范计算值高些，这就使得在烟囱运行早期就会出现裂缝，显得温度应力的设计安全度较低。

纵观上述烟囱裂缝的成因，可见影响因素是多方面的，但主要是由温度作用和腐蚀所引起的。怎样针对烟囱裂缝形成的原因而采取有效的控制手段是很实际的问题。现结合火电厂烟囱的工程设计实践，谈谈如何采取可靠的手段来提高单筒式钢筋混凝土烟囱的耐久性，尽量降低裂缝的出现。

2 裂缝处理及预防

对运行中的烟囱裂缝不能置之不管，任其继续发展，形成更大的安全隐患，建议对烟囱上的竖向裂缝将其凿出新槎，用硫磺胶泥补缝，对水平缝要根据实际情况设置竖向加劲肋，加水平抱箍加固。对内衬的裂缝要在机组检修期内进行修补，采用硫磺胶泥即可达到目的。设计中的烟囱要合适的计算烟气温度，建议采用200 ℃，同时建议在烟囱顶高向下10 m左右环筋适当加密，采用憎水导热系数低的隔热材料。采用密闭性和密实性好、导热系数低的内衬材料。烟囱顶出口要重点处理，局部加厚囱壁。施工要选择适合本工程技术水平和工艺的施工队伍，加强在施工过程中的管理，把好所建烟囱材料的质量关，加强对混凝土的养护，要采用新的养护工艺，在高空中保证养护质量。

3 结束语

通过对钢筋混凝土烟囱裂缝机理的研究和改善措施的讨论，为了保证设计出的烟囱安全耐用，提出了从与工艺专业密切配合优化单管钢筋混凝土烟囱的结构开始，在设计中充分掌握烟囱的应力状况，提高烟囱的强度，使烟囱筒身不出现或少出现裂缝，以增强烟囱筒壁抵御裂缝的能力。确保烟囱结构的可靠性，提高其耐久性，确保烟囱能保持良好的运行工况并发挥较好的环保效应。在以后烟囱的设计中应积极采用新的技术、新的施工工艺和新的材料，积极寻找有效提高烟囱抗裂和耐久性的有效措施。

1 李常兵.烟囱施工控制的重点及常见质量问题的防控［J］.企业科技与发展，2010（6）：35～36