火电厂“烟塔合一”防腐修复新工艺

尹宝聚

(神华国华永州发电有限责任公司，湖南 永州 425099)

1 概况

火力热电厂行业为了减少环境污染，减少对环境的损害和提高废气、烟气的排放率，一直在不断开发新工艺和技术。烟塔合一技术就是一种较成功的技术。烟塔合一技术在国外从20世纪70年代就开始研究，通过不断的试验、研究、分析和改进，技术已日趋成熟。我国二十一世纪初开始引进技术，经过多年的吸收总结，目前完全具备烟塔合一的技术能力[1]。

随着工程应用的增加，混凝土的腐蚀问题逐渐暴露出来，如何防腐是摆在我们面前的一道难题。针对火电厂烟塔合一冷却塔混凝土防护的问题，研究的新工艺在一些具体项目上得到应用，施工简易可行并在后期数据追踪发现性能更加优越。

2 烟塔合一技术中冷却塔的腐蚀与防腐

通过湿法脱硫处理后的净烟气中仍然含有一定量的二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、一氧化氮(NO)、氯化物(Cl-)、二氧化碳(CO2)等有害气体。这些气体进入冷却塔后，在塔内上升过程中与饱和热湿空气接触，部分水蒸气遇冷凝结成雾滴，其中一些雾滴会在冷却塔塔壁上聚集成较大的液滴，这些液滴因含有烟气所带的酸性气体而呈现出较强的酸性(pH值最高可达1)。例如德国某电厂烟气冷凝水的成分分析结构[1](见表1)。

2.1 冷却塔混凝土腐蚀特点

冷却塔混凝土结构的耐久性失效主要与侵蚀有关，这种侵蚀不同于其它建筑结构，主要有溶出性侵蚀、微生物弱酸腐蚀和冻融破坏三种形式，其结果表现为混凝土层疏松、掉皮、甚至露筋，或因冲刷、冻融破坏导致混凝土壁内空隙加大等，严重的最终导致冷却塔的失效报废。对冷却塔混凝土耐久性的保护，首先应弄清混凝土受到的侵蚀破坏特点，进而有针对性的进行防护是十分重要的[2]。

(1)溶出性侵蚀

溶出性侵蚀是冷却塔混凝土破坏的最主要形式之一，这是因为在所有混凝土水泥水化产物中，Ca(OH)2的溶解度是最大的，它的极限石灰浓度为21mmol/L，pH值为12.5，因此当混凝土处于水中时，由于环境水的不断渗入，Ca(OH)2为了保持其稳定存在，首先被溶解直至混凝土液相钙浓度达到极限浓度。但混凝土内外液相钙的浓度差，导致钙的不断向外扩散，若环境水是流水(冷却塔循环水即如此)，在不断的溶解和扩散中，混凝土内部的Ca(OH)2逐渐耗尽，此时缺少了Ca(OH)2的“保护”，CSH凝胶开始分解。因此水泥石水化产物的稳定都必须在一定浓度的石灰溶液中才能够保证，如果液相中的石灰浓度小于该水化产物的极限浓度，则该水化产物将被溶解或分解，有资料表明：当混凝土中钙溶出量达到自身的25%时，其抗压强度下降36%，抗拉强度下降66%，当溶出量达到33%时，混凝土变得酥松而失去强度[2]。

(2)微生物弱酸腐蚀

在敞开循环冷却水系统中，微生物的危害往往与水垢和侵蚀的危害并列为三大危害，微生物是指各类非常微小的单细胞生物。在循环冷却水中的微生物分为藻类、细菌及真菌。冷却塔光照充足，通气良好，是藻类生长的理想场所，特别是敞口的冷却塔，藻类的繁殖更加严重，藻类分为蓝藻、绿藻、硅藻等，藻类在冷却塔壁或淋水构件上生长，会引起许多其他微生物的共同生长繁殖，组成复杂的生物群落。这种生物群落在其新陈代谢的过程中要产生各种酸类，对混凝土起腐蚀作用。细菌可分为铁细菌、硫酸盐还原菌、硫细菌及氮化细菌等，其中硫酸盐还原菌对金属的腐蚀主要是通过阴极去极化作用加速腐蚀过程；而有铁细菌活动的部位，氢氧化铁沉积物的产生不仅速度快而且量大，当氧浓差电池形成以后，阳极区溶解的铁离子因铁细菌的作用迅速被氧化，因而加速了铁的进一步腐蚀；硫细菌为好氧性细菌，一般在氧与硫化物同时存在的微氧环境下繁殖，能够把硫化物、硫或硫代硫酸盐氧化成硫酸，生成的硫酸使水的pH值降低，在局部区域内甚至可能生成相当于10%浓度的硫酸，使pH值降低到1.0～1.1。低pH值会使金属和混凝土局部腐蚀破坏；氮化菌为好氧性菌，能使水中有机态氮化物转化为无机态氮，硝酸菌、亚硝酸菌和反硝化菌适宜于中性或碱性环境，这种菌群对循环水系统的危害很大，硝化细菌群中的三类细菌可以互相促进繁殖。亚硝酸菌和硝酸菌化转化出大量的亚硝酸和硝酸，使系统pH值降低，造成金属和混凝土的腐蚀。

(3)冻融破坏

冷却水在冷却塔中会出现冻融破坏问题。这是由于在混凝土内部存在微细孔隙，冷却水进入空隙后不仅造成腐蚀，在冬天还会使水冻结。因水冻结时体积膨胀9%，从而产生相当大的内应力，使钢筋混凝土塔壁产生裂纹而破坏，这在我国北方地区表现的较为明显。

就混凝土材料自身而言，冷却塔混凝土耐久性的失效原因主要是由以上三种侵蚀方式造成，但这三种方式并非孤立的各自作用，而是相互促进：溶出性侵蚀使混凝土表面变得酥松，增加了混凝土的孔隙率，为微生物进一步深入侵蚀混凝土中的钢筋创造了条件；而混凝土孔隙率的增加，同时也增加了混凝土的表面吸水率，在负温情况下，加剧了混凝土的冻融破坏；冻融破坏更加剧了表层混凝土的破坏，使内部新的混凝土裸露出来，又为溶出性侵蚀创造了条件，因此这三种侵蚀方式互为影响，如同一恶性循环环境，其破坏力远比单一一种侵蚀方式更为严重。

3 冷却塔混凝土防腐

为了保证冷却塔的安全、长周期运行，须对冷却塔内混凝土各部件进行防腐蚀保护处理。过去管用做法是选用油性防腐涂料，以双组份环氧树脂型、聚氨酯树脂型等涂料为主。然而，这些涂料并未能有效符合冷却塔实际使用时，遇到的问题，比如不均匀热荷载。另外一个问题，由于混凝土碱性材质的特征，易与涂刷其表面的高分子涂料发生皂化反应，使涂膜老化，降低涂层寿命，结合实际勘查发现，大部分冷却塔防腐涂料，三至五年时间内易出现掉皮、开裂和与混凝土分离的现象，因此防腐涂料不能从根本上解决冷却塔混凝土耐久性的保护问题[3]。目前市场应用上，已经出现一种新的水性聚合物改性砂浆涂料，替换传统的油性防腐涂料，由于水性聚合物砂浆的体系，能与混凝土本身结合更好，因而具备更好的防腐性能和施工性能的优势，并减少VOC排放，更加环保。

3.1 目前国内烟塔合一冷却塔常用防腐配套(见表2)

表2 烟塔合一常规防腐修复步骤及采用材料

冷却塔需要采用高性能材料进行防腐保护，但是系统极性及细节填充效果不足更容易导致整个工程的失败，从而导致重大经济损失。此方案在实际工程项目中的严重不足：兼容性问题：混凝土本身为水性且疏松多孔，随着温度和湿度的变化进行“呼吸作用”，而封闭底漆为溶剂型，经常碰到从封闭底漆层大面积脱开。

缺损和孔洞填充问题：在经过喷砂表面处理后，混凝土的缺损和坑孔充分暴露，环氧腻子通常为溶剂型，由于极性不同，且填充能力相当有限，导致不能有效填充和封闭气孔，后期极易由点及面，造成防腐工程的失败。

3.2 针对以上两个问题，我们针对性筛选了新产品和工艺，工程实例验证了以下体系具备更为合理、优越的防腐保护能力(详见表3)。

表3 烟塔合一改进防腐修复工艺及采用材料

3.2.1 钢筋修复区域及其他大缺损区域，手工涂覆高强度水性聚合物砂浆。

3.2.2 蜂窝状表面区域等小缺损的修复，手工涂覆超高强度水性聚合物砂浆，产品用于修复0-1mm的缺损及蜂窝状表面。

3.2.3 大面施工混凝土结构防护涂层喷涂，滚涂施工浸泡级高交联密度环氧油漆。

3.2.4 大面耐老化涂层喷涂，滚涂施工脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆。

上述工艺在甘肃宁东某电厂、安徽庐江某电厂等项目上得到实际应用。该工艺施工更加简易可行，在项目后期数据追踪发现性能优越，防腐效果良好。

4 结论

本文总结了目前国内烟塔合一冷却塔防护的基本知识及防护系统，根据分析总结，对普通工艺及材料进行替代改良，选用超高强度水性聚合物砂浆来修复和填充喷砂表面处理混凝土表面暴露出来蜂窝状表面、大小坑孔等缺陷。经过项目实践，验证了该工艺方案更加优异的施工和防护能力。