烟囱排烟筒型式及防腐材料的合理选用---2

陈 飞
（华东电力设计院，上海，200063）
摘 要

本文为即将颁布的新版国家标准《烟囱工程技术标准 GB50051-202x》的排烟筒型式及防腐材料选用条文编制情况介绍。本文试图结合在烟囱防腐蚀方面若干年来烟囱腐蚀工程案例、处理经验和研究成果，着重介绍根据防腐材料的工程实际使用效果、按烟气类型(湿烟气、潮湿烟气和干烟气)和烟囱排烟筒
型式(砖烟囱、钢烟囱、单筒式钢筋混凝土烟囱、砖套筒及钢套筒或多管式烟囱)，如何选择防腐性能相适用的防腐材料，使得既保证烟囱外筒受力结构的安全可靠又完成排烟筒在规定使用年限内的功能要求。

关键词 烟囱规范 排烟筒选型 湿烟囱 潮湿烟囱 防腐 

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5. 新版烟囱标准防腐条文编制依托的烟囱排烟筒防腐调研情况介绍
1） 烟囱排烟筒防腐使用及调研总体情况
国家环保总局于 2004 年 1 月 1 日颁布实施《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2003），要求 SO2≤400mg/m3。2004 年以后，国内火力发电厂工程
烟气排放全面进行脱硫处理。而当时脱硫设施旁路烟道的设置，实际上提升了烟
气温度，减少了湿烟气的酸液结露。

电力规划设计总院 2005 年 9 月在上海举行“火力发电厂烟囱设计技术交流会” ，提出对湿法脱硫的防腐蚀问题应给予充分重视，设计单位应在脱硫烟囱设计中做好烟囱结构选型、防腐蚀设计和烟气设计条件等技术问题。会议中，由于刚开始面对湿法脱硫，且很多电厂工程脱硫烟道设置旁路，对烟气未设置加热装置（GGH）的烟气是否存在结露冷凝酸液，冷凝液是酸性还是碱性等议题，未达成共识。

中国电力工程顾问集团 2009 年 8 月在上海举行“火力发电厂脱硫烟囱防腐技术研讨会” ，对我国 2004-2008 年底建成投运的燃煤发电厂脱硫烟囱（226 个）防腐技术情况进行交流研讨。调研结果表明湿法脱硫烟囱防腐存在的问题相当严重，主要表现在：

其一，涉及面广；当时烟囱所采用防腐方案由于材料本身的质量、施工质量等原因造成防腐层出现不同程度的损坏。

其二，比例高；出现开裂、冲刷或脱落、酸液渗漏等问题较严重的占被函调烟囱总数的80％以上。

其三，时间短；有的工程仅投运 2 个月即发现由于泡沫玻璃砖脱落对钢内筒造成严重腐蚀。由于烟气湿法脱硫运行时间较短，对运行后产生对烟囱腐蚀的影响缺乏经验，实际工程中也暴露出了相当的一些问题。

总体上看，2010 年前若干年，国内火力发电工程的烟气脱硫在起步阶段，脱硫设施大都设有旁路，且烟气脱硫设施的运行水平参差不齐，这可能使得烟气运行的条件变得复杂，出现烟气干－湿状态、高温－低温状态间的切换变化增多；再加上缺乏对各脱硫工况腐蚀性的客观认识和各种防腐材料的实际使用经验，难以判定防腐防渗失效的主要原因是质量施工质量还是材料性能原因。

2010 年 6 月环保部办公厅印发《关于火电企业脱硫设施旁路烟道挡板实施铅封的通知》（环办〔2010〕91 号），排烟筒内烟气温度趋于稳定。华东电力设计院于 2010 年 2 月至2011 年 6 月在累计一年多的时间里对其设计的湿烟囱运行情况进行了较为系统的普查调研工作。华东院烟囱设计人员及外委的专业高空作业人员对 20 余座湿法脱硫运行电厂的烟囱（或排烟筒），在发电厂机组检修停机期间，进入烟囱（或排烟筒）内部，进行了实地调研。

从现场共统计到 24 组湿法脱硫机组实时运行温度数据。其中湿法脱硫无GGH 运行工况 11组：其平均温度为 52℃，最高温度为 59℃，最低温度为 49℃；湿法脱硫设 GGH 运行工况13 组：其平均温度为 83℃，最高温度为 95℃，最低温度为 73℃。在湿法脱硫无 GGH 运行工况下，烟囱内有冷凝液积聚，流量根据现场目测，一般在每小时数吨，个别流量大的在每小时数十吨，烟囱内的积灰处于潮湿状态。厂区内存在不同程度的烟囱雨现象。在湿法脱硫设 GGH 运行工况下，烟囱内无冷凝液积聚，烟道内的积灰厚约 50～100mm，基本处于干燥状态，有扬尘现象。

2012 年 1 月 1 日，国家环保部和质监总局在联合颁布《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011），SO2≤100 mg/m3（重点地区≤50 mg/m3），烟尘≤30mg/m3。锅炉、除尘、脱硫设备系统等的超净排放改造，也对烟囱排烟筒带来了相应的要求。

电力规划设计总院 2013 年 12 月北京“火力发电厂脱硫烟囱防腐技术研讨会”

2） 镍基或钛基复合金属内衬 
钛板内衬排烟筒，后石电厂挂贴钛板(进口材料，图 5.2-1)首台机组硫)于 1999 年 11 月投运，常熟电厂复合钛板(国产，图 5.2-4)于 2005年供货)首台机组投运(石灰石石膏湿法脱硫)，后国内 10 座烟囱采用挂贴钛板，其余多为钛钢复合板(图5.2-2、图 5.2-3、图 5.2-5)。

使用中挂贴钛板出现了钛板个别部位腐蚀穿孔的现象，有一定数量排烟筒的复合钛板焊缝连接处或其它缺陷处发生了腐蚀或渗漏(图5.2-7)，经维护后防腐正常。

值得注意的是，采用可再生胺法脱硫的西南某电厂和华东某热电厂 2 座烟囱 3 根排烟筒钛板发生较为严重的腐蚀现象(图 5.2-6)，后改用其他防腐内衬材料。

由于钛材的价格明显低于镍材， 钛的密度(4.5g/cm³)大约为镍(8.89g/cm³)的一半，钛复合板在我国得了应用。钛耐 Cl-离子引起的点蚀和缝隙腐蚀性能优良，钛是耐海水腐蚀优良的材料；钛在还原性介质（稀硫酸、盐酸）中的耐蚀性不佳，且随硫酸浓度和温度的升高，腐蚀速度急剧增大。钛不耐 F-离子腐蚀，如果烟气中有一定量的活性F-离子，钛是不能使用的。 

钛材在焊接时易于吸氢吸碳吸氧吸氮，并易受铁污染造成钛材尤其是焊缝力学性能和耐蚀性能降低，这也是应用钛材防腐需要考虑的 问题。

美国电力研究院（EPRI）编制的“湿烟囱设计导则（WETSTACKS DESIGNGUIDE）”（1996 年）中“排烟筒结构材料表”中，列有“钛复合板”项，“修订湿烟囱设计导则（REVISED WET STACKS DESIGN GUIDE）”(2012 年)中未列入。鉴于国内有大量钛板内衬排烟筒应用，本次标准修订仍保留了钛基复合金属内衬。 

根据国内外经验，建议当采用钛板内衬方案时，复合板钛层厚度宜以正偏差控制供货，加强钛板层及钛贴条材质和复合板形位公差、钛板现场焊接等的质量控制； 也宜考虑采用更高等级的钛合金内衬或镍基复合金属内衬。

3） 进口硼硅酸盐泡沫玻璃砖内衬防腐系统(宾高德)
利港电厂采用进口的硼硅酸盐泡沫玻璃砖防腐系统(宾高德)于 2006 年 12 月 (2004 年供货)首台机组投运(石灰石石膏湿法脱硫)。国内燃煤电厂机组有钢烟囱和套筒或多管式烟囱 25 座(其中防腐改造 19 座和新建 6 座)、单筒式烟囱 67 座(其中防腐改造 47 座和新建 20 座，图 5.3-6)、砖套筒烟囱 20 座(防腐改造)，砖单筒烟囱 1 座(防腐改造)，分别采用进口硼硅酸盐泡沫玻璃砖防腐系统，目前使用状况正常。

2010 年 3 月和 2017 年 4 月华东院和相关技术人员对利港电厂烟囱钢内筒宾高德防腐内衬进行现场调研，宾高德砖铲除后的胶黏剂表面，和胶黏剂手工铲下后临钢板的背表面，及胶黏剂下的钢板表面，均为干燥；钢板表面未见腐蚀现象(图 5.3-3)；宾高德砖与钢板间胶黏剂的黏结完好，铲砖取样无法将完整的宾高德砖取出；取出的宾高德衬里样块胶黏剂完整、柔软而富有弹性，光泽新鲜，可以任意折叠(图 5.3-4)；宾高德黏胶十分紧密、富有韧性的黏附于钢板上，手工铲除困难(图 5.3-2)；排烟囱筒进口段的宾高德砖表面涂覆的一层宾高德胶黏剂依然完整存在(图 5.3-1)；宾高德砖缝间的胶黏剂饱满凸起，硬化，未发现粉化、磨损凹陷迹象(图 5.3-5)。

硼硅酸盐玻璃与普通玻璃（钠钙玻璃）相比具有优异的耐热冲击和耐化学腐
蚀性能。硼硅酸盐玻璃所制作的泡沫砖具有耐腐蚀性，除氢氟酸以外的其它酸任意浓度和 260℃以下温度均不对其产生腐蚀，电厂湿烟气环境中的低浓度 HF 也未对其产生实际伤害；

经过泡沫砖的隔热，胶黏剂处于与基材温度基本一致的较低温状态，使得基材和胶黏剂之间的温差内应力较小；硼硅酸盐玻璃砖可耐受516℃高温；耐热冲击性能和较低的线性膨胀系数保证硼硅酸盐泡沫玻璃砖内衬可用于旁路烟道启停造成的干湿烟气直接切换；

宾高德硼硅酸盐泡沫玻璃砖的闭孔率接近 99%，保证了砖的防渗性能，进而保证了防腐效果；砖体表面有利于结露液体积聚流淌。砖体强度较低(抗压强度约 1MPa)，泡沫玻璃脆性较大，安装及使用时要注意避免物理和机械损伤；

图 5.3-7 为 2007 年 8 月九江电厂烟囱钢内筒导流板处冷凝液出口受堵积聚，流动烟气带动浆液中夹带的固体颗粒冲刷内衬造成砖体磨损，经修复后使用正常至今。

用于黏贴防腐砖的胶既是黏贴防腐砖的胶黏剂，同时也是湿烟囱防腐的第二道防线；宾高德胶黏剂为聚氨酯沥青，具有优良的耐腐蚀性、抗老化性、韧性及良好的可操作性和适合的耐温性。由于防腐砖之间的缝隙由柔而韧性的黏合材料填充，钢内筒内侧内衬对温度变化的适应能力较强，能适应脱硫工况交替变化运行而引起的温度变化。防腐砖在使用过程中基本不发生变化，宾高德系统使用寿命取决于胶黏剂的老化速度。

宾高德玻璃砖国外 1979 年开始应用于排烟筒内衬，规范编制技术人员将持续跟踪国内最早采用宾高德防腐内衬的利港电厂排烟筒使用情况，验证其符合汉高公司开发时的研究结果，即胶黏剂在使用过程随着老化其弹性会不断缓慢降低，其弹性损耗和使用时间成线性关系，宾高德系统的使用寿命可达 40 年，无需任何维修。宾高德防腐玻璃砖系统的另外值得关注的关键点在于其施工质量，作为系统的防腐工程而不是简单的一般建筑工程加以对待。产品施工全过程由外方工程师全程旁站监理，砖不仅黏贴牢固而且砖后胶层均匀满布、砖黏合材料填充密实的要求在施工中得到切实保证。 

4） 玻璃纤维增强塑料排烟筒

玻璃纤维增强塑料（原习惯称玻璃钢，FRP）是一种复合材料，由树脂和纤维复合而成。当玻璃纤维增强塑料设计合理，制作合格时，其耐腐蚀性能优异，

能够长期耐受恶劣的腐蚀环境，玻璃钢排烟筒理论上能做到全寿命无需大修，美国最早的玻璃钢排烟筒至今已使用超过 30 年。

玻璃纤维增强塑料排烟筒近年在国内大、中、小型电厂等工程中有较多湿烟囱应用案例。本次调研应用玻璃纤维增强塑料的 86 座电厂，包括 12 座电厂的水平烟道，8 座整体自立式纤维增强塑料内筒烟囱，个别小型自立式纤维增强塑料烟囱和烟囱砼外筒或钢内筒的 FRP 内衬，其余大部为悬挂式纤维增强塑料内筒烟囱。
玻璃纤维增强塑料排烟筒具有耐化学腐蚀性强、使用寿命长、轻质、热率导
低、强度高、可承受较高的热应力等优点；排烟筒上也便于设置湿烟气冷凝液收集装置。然而，玻璃钢的耐高温性能并不好，常规用于玻璃钢排烟筒的乙烯基酯树脂其浇注体 HDT（热变形温度）在 90℃左右，这种玻璃钢只能适应低于 70℃的长期工作环境，即使将树脂更换为耐高温的酚醛环氧型乙烯基树脂，其工作环境温度一般也不宜高于149℃，且造价将大幅上升。实际工程应用中要求注意到所接触最高烟气温度限制因素、材料供货及制造期间质量控制、玻璃钢的阻燃性能等因素可能造成的不利影响。

图 5.4-1、图 5.4-2 分别为虎山电厂玻璃纤维增强塑料排烟筒内壁防腐情况良
好(2015)、整体缠绕的排烟筒加筋肋照片。图 5.4-3 为国内某玻璃纤维增强塑料排烟筒烧毁(2017.11)照片。

新的国家标准《纤维增强塑料排烟筒工程技术标准 GB51352-2019》城乡建
设部已于 2019 年 11 月 22 日发布，2020 年 6 月 1 日起实施。 

5）轻质防腐砖内衬

轻质防腐砖内衬，包括国产泡沫玻璃砖内衬、国产泡沫玻化砖内衬。国产和进口砖及胶的性能指标见表 5.5，国产轻质防腐砖曾在国内广泛使用于烟囱排烟
筒防腐内衬。国产泡沫玻化砖，微观显示其发泡未充分闭孔，如图 5.5-1。

排烟筒内在湿烟气一般正压或正压负压交替运行下，烟气渗入砖体后冷凝，或排烟筒壁冷凝液直接进入砖体；当遇温度升高，冷凝液体积将膨胀并气化，气化后体积成倍增加，从内部冲击砖体气泡结构，使得孔泡壁碎破、砖体开裂，进而进一步导致砖防腐防渗和保温隔热的失效。

与进口硼硅酸盐泡沫玻璃砖相比，国产轻质防腐砖吸水率过大(某电厂将钢内筒上铲下来的湿泡沫砖与新采购的干泡沫砖进行了重量的比较，其干砖平均重量为 550.45g，湿砖重量为 854.3g，重量比含水率达 55%)，在长期湿烟囱运行环境下，轻质砖处于含水饱和状态，乃至腐蚀液体渗透到防腐砖背后胶黏层表面。

国产泡沫玻璃砖，早些年有多家生产厂家，其配方成分实际性能乃至砖的颜色各有差异；2013 年燃煤发电厂脱硫烟囱防腐情况调研统计中发现其多数出现开裂、不耐冲刷、脱落，酸液渗漏，且有砖从烟囱顶部飞出；近年电厂烟囱防腐内衬市场少有供货。

配套的国产胶黏剂同宾高德胶黏剂主要及辅助成份完全不同，宾高德胶黏剂为聚氨酯沥青，具有非常好的耐腐蚀性、抗老化性、韧性及良好的操作性和适应的耐温性；

国产的胶黏剂主要为硅胶，实际使用效果为透水渗水，使得被保护的排烟筒内表面受到冷凝液的腐蚀，见图 5.5-2； 

砖缝间胶黏剂和砖表面胶黏剂涂覆层粉化、不耐烟气冲刷，见图 5.5-3；

实际工程中胶黏剂在使用 2~3 年后即老化严重，胶基本失去韧性，其抗拉强度、与排烟 筒壁的黏结强度明显下降。国产泡沫玻璃砖、胶的防腐防渗缺陷，导致了内衬防腐功能失效，排烟钢筒受到不可接受的腐蚀，见图 5.5-4、图 5.5-5；

极个别钢内 筒(湖南、甘肃和山西等各一个)甚至发生垮塌事故，图 5.5-6；

极个别混凝土单筒 烟囱因腐蚀被拆除（河北和吉林各一座）。

华东院设计的百万级火电厂项目5 个烟囱的湿烟气排烟筒防腐采用国产泡沫玻化砖，均防腐失效，或防腐内衬改用宾高德，或改用钛复合钢板排烟筒，见表5-9。国产轻质防腐砖内衬，应用于潮湿烟气运行条件下时，需注意保证施工质量避免施工薄弱环节形成冷桥结露，导致腐蚀性的烟气结露液对钢内筒产生腐蚀；潮湿烟气运行条件下选择国产轻质玻璃砖方案时宜 关注到其性价比是否具备优势。

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