某电厂扩建工程烟囱结构选型分析与研究

林有超

摘 要：烟囱的结构型式发生着不断的变化，烟囱内衬材料技术经济的条件、运行安全可靠度、施工实现的可认度等也在限制与促进烟囱结构型式的选择。该文结合于山东费县县城西北某电场的烟囱结构选型进行分析，并提出合理建议，对类似工程具有一定借鉴意义。

关键词：电厂 烟囱 结构选型

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0020-01

1 工程概况

该电厂位于山东费县县城西北，二期扩建工程建设2×1000 MW燃煤凝汽式超超临界汽轮发电机组，根据工艺和环保要求，本工程两台锅炉共用一座烟囱，除尘方式采用电除尘器干式除尘，采用湿法烟气脱硫装置，设GGH气—气换热器，需要建设一座240 m高的烟囱。

我国长江以南地区，许多地方出现了酸雨，每年因酸雨造成经济损失几百亿以上。进一步说，尽管采用高烟囱减轻了污染源周围附近的SO2污染程度，但并没有减少SO2排放总量，一旦超过降水的自净化能力时，就形成酸雨，我国近几年已开始限制使用高烟囱直接排放，逐步配置烟气脱硫装置。为了适应环保要求，满足电厂安全运行等，烟囱的结构型式也在悄悄的变革、改进。单管钢筋混凝土普通烟囱、防腐改进型烟囱、套筒烟囱、多管烟囱根据具体运行工况，发挥着不同的作用。为了满足防腐要求，钛合金板、泡沫玻璃、釉面耐酸砖也相继得于采用，一座烟囱的造价从几百万到几千万元悬殊的拉开，也正为此，大型火电厂烟囱结构型式的选择，一直成为投资方、设计单位等关注的要点。

2 钢筋混凝土烟囱筒壁及内衬受烟气腐蚀的机理分析

为了分析研究烟囱结构型式的合理选择，首先需要分析清烟气造成烟囱腐蚀的机理。我们知道混凝土是以水泥、砂石及其他胶结材料与水拌和经过水化反应生成的水化产物。其水泥石砂中主要的水化产物是水化硅酸钙凝胶，其次是氢氧化钙、水化硫铝酸钙、水化铝酸钙等等。作为燃煤电厂，煤中的硫经燃烧产生SO2及SO3等酸性气体，即便设置脱硫配套装置，烟气中的SO3含量也会随脱硫、除雾效果变差而增加，使得酸露点温度升高，烟囱筒壁及烟气温度低于酸露点温度，从而凝结成酸液。酸液与水泥石中Ca（OH）2化学反应，同时会使PH值降低，严重影响钢筋混凝土中钢筋的钝化保护膜的稳定性。造成混凝土逐层发酥、粉化剥落、钢筋锈蚀乃至整个混凝土结构破坏。

3 火力发电厂常见烟囱结构型式及特点

分析了烟气对混凝土腐蚀机理以及烟气对烟囱筒壁的腐蚀条件，这里针对国该烟囱结构如何选型给予论述。

3.1 普通钢筋砼单筒式烟囱

尽管对此种烟囱在内衬选材方面下了不少功夫，但这种结构型式，砌体的灰缝（尤其是垂直灰缝）不可能完全密闭，如果采用湿法脱硫工艺，烟气温度降低，含水量增大，烟筒内的烟气压力升高，含有腐蚀性介质的烟气，在烟气压力和湿度的作用下，极易渗透到砌体内部，使烟囱结构内部遭受腐蚀，由于排烟筒紧贴承重外筒，直接影响到承重外筒的安全。

3.2 改进防腐型钢筋混凝土烟囱

改进防腐型钢筋混凝土烟囱从其抗腐蚀能力来讲，基本上同于普通钢筋混凝土烟囱，只是在提高运行状态，保持排烟筒内烟气处于负压状态，有利于内衬的防腐。

3.3 钢筋混凝土套筒或双（多）管烟囱

套筒（多管）烟囱将烟囱外筒与排烟筒分开，解决了外筒筒壁承重结构的腐蚀隐患，套筒烟囱一般布置为两炉一个排烟管，对于砖内衬排烟筒、耐硫酸露点防腐钢或普通Q235B钢+发泡玻璃砖衬等烟囱较适合于湿法脱硫工艺有GGH烟气升温装置的烟囱；对于钛合金排烟管的套筒烟囱或耐硫酸露点防腐蚀钢板+发泡玻璃砖衬的套筒烟囱以其优越的结构型式，适用于腐蚀等级高湿法脱硫、没有GGH烟气升温装置的烟囱。

4 烟囱内衬材料的选择

无论套筒烟囱还是多管烟囱，内衬材料的选择对整个烟囱的经济造价影响很大。目前国内流行的内衬材料或者说排烟筒的形式主要有三种：一种型式是砖砌体排烟筒即采用耐酸胶泥砌筑耐火砖、耐酸砖、釉面耐酸砖，外表面作耐酸水泥砂浆封闭层和保温保护层，保温曾采用岩棉或超细玻璃丝棉毡；另一种是耐硫酸露点防腐蚀钢板或钛、镍合金钢板焊接而成的钢内筒排烟筒；第三种Q235B普通钢板焊接成的钢制内筒，在其内表面使用耐高温防腐粘接剂粘结51 mm厚泡沫玻璃砖形成的排烟筒。

5 烟囱结构选型及技术经济比较

烟囱选型应考虑烟气的腐蚀性等级、烟气在烟囱内呈正压运行的可能性和烟囱所匹配发电机组总容量大小及在电力系统中所处地位的重要性等因素的影响。

国内现行《烟囱设计规范》GB50051-2002第10.2.2和《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022-93第7.4.4条均对烟囱结构选型提出了参考标准：根据《火力发电厂土建结构设计技术规定》（DL5022-93）的要求，当排放强腐蚀性烟气时，宜采用多管式或套筒式烟囱结构，其排烟内筒应采用耐酸材料构成；当排放中等腐蚀性烟气时，既可采用多管式或套筒式烟囱，也可采用改进型钢筋混凝土单筒烟囱；当排放弱腐蚀性烟气时，可采用改进型钢筋混凝土单筒烟囱。

“国际工业烟囱协会（CICIND）”的设计标准指出，燃煤电厂脱硫烟囱虽然在脱硫过程中已经脱去了90%以上的SO2，但在脱硫后，烟气温度低（最低在40 ℃）、湿度大，烟气中单位体积的稀硫酸含量相应增加，因而作为脱硫后的烟囱，尤其不上GGH烟气升温装置的脱硫后烟气将被认为“高”化学腐蚀等级，及强腐蚀烟气等级，考虑到烟囱结构安全性，设计选型时应严格考虑此因素。

该工程由于烟气脱硫后设GGH气—气换热器装置，合适的烟囱型式为套筒式烟囱结构，不同烟囱结构型式方案的差别仅在于排烟内筒的材料的不同。

根据以上分析，耐硫酸露点防腐蚀钢板内衬排烟筒（单筒或双筒）、钛合金板内衬排烟筒、普通钢+耐高温防腐粘接剂粘结51 mm厚泡沫玻璃砖组成的排烟筒为本工程套筒式烟囱的三种可选方案。

6 结论及建议

根据该工程的特点，以及上述针对当前大型火电厂几种常见烟囱结构型式优缺点及烟气腐蚀机理分析，详尽的技术经济比较，在设有GGH和钢板预留防腐厚度的前提下，采用耐硫酸露点钢内筒烟囱是安全可靠的，并综合考虑工程造价，我们认为本工程湿法脱硫设GGH配套装置，烟气温度在酸露点以上，推荐采用单管自立式抗硫酸露点防腐钢内筒烟囱，在工程实施过程中可考虑采用悬挂式结构，可进一步降低工程造价。

参考文献

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