贺少鹏   王军委    贾虎昌    宋朝辉   贺少龙   李小平    贺军会  

宝鸡市铁军化工防腐安装有限责任公司          陕西宝鸡    721303

摘要：本文主要从应用角度对目前市场烟囱烟道常用的几种方案进行了对比，指出各种不同材料和方案的优点和缺点，阐述了玻璃钢烟囱烟道防腐的整体应用情况。

关键词：烟囱；防腐；玻璃钢；乙烯基树脂 

  The  Analyses of  Glass  Steel  in  Chimney  of  Coal-fired Power  Piant   He Shao-peng    Wang Jun-wei   Jia Hu-chang      Song Chao-hui    He Shao-long      Li Xiao-ping     sHe Jun-hui

Baoji Tiejun Chemical Anticorrosion Install Company Limited, Baoji 721303  Shaanxi  Province

Abstract: this paper mainly from the point of view of the application of the present market chimney flue commonly used several kinds of schemes are compared, and points out that the different material and the advantages and disadvantages of solution, this paper expounds the glass fiber reinforced plastic funnel flue anticorrosive overall application.

Keywords: chimneys, Corrosion; Glass fiber reinforced plastic, Vinyl resin.

1、前言

我国是一个能源结构以煤为主的国家，尤其是在冶金、电力、石化等重要的工业领域用煤量更大，以煤为主要燃料的烟气处理系统，如烟道、烟囱以及脱硫装置等，燃料中通常含有 2%～3%的硫，经燃烧后烟气中会含有约 0.12%的 SO2，其中 1%～2%SO2 受灰分和金属氧化物等的催化作用而生成三氧化硫SO3，再与燃烧气体中所含的水分(约 5%～10%)或空气中所含的水分结合生成硫酸，在处于露点以下的金属表面凝结并腐蚀金属，即所谓硫酸露点腐蚀，通常在比平常的露点温度高得多的温度下就可以冷凝，从而发生严重腐蚀。硫酸露点腐蚀不仅使普通碳钢遭受腐蚀，而且使不锈钢也受腐蚀^[1]。Q235钢制作的烟道等低温部件，由于其耐硫酸露点腐蚀性能很差，腐蚀严重，使用寿命短。因此，硫酸露点腐蚀每年给以煤为主要燃料的烟气处理系统造成巨大的经济损失，对于燃烧煤发电厂中产生大量的二氧化硫或氮氧化合物的防治势在必行，也引起国内外的高度关注。

2、脱硫对烟囱的影响

随着国内环保要求日益严格，已组建的烟囱大都具有烟气脱硫设备，国内燃煤电厂烟气脱硫技术以湿法脱硫为主，烟气经过脱硫后，虽然烟气中SO₂的含量大大减少，但是这种脱硫方法对烟气中的SO₃效果并不好，经湿法脱硫后，烟气适度增加，温度降低，烟气很容易在烟囱内壁结露，烟气中残留的SO3溶解后，形成的稀硫酸溶液对烟囱内壁进行腐蚀^[2]，脱硫烟囱内的烟气具有以下特点：

1、烟气湿度大，处于饱和状态的湿烟气在烟气压力和湿度的双重作用下，烟囱内壁结构致密差的材料很容易受到腐蚀，影响结构持久性。

2、低浓度的稀硫酸比高浓度的酸液腐蚀性更强。

3、酸液的温度在40-80℃对结构材料腐蚀贴别强，以钢材为例，40-80℃腐蚀速度比在其它温度时高出3-8陪。

因此，烟囱烟道的防腐是目前防腐工程的难点和热点，也是目前让工程方和业主们非常头疼的问题，需要重防腐、耐高温、抗渗透同时要兼顾到柔韧性、耐温骤变、耐应力骤变、耐高温下的粘结性能等[3]。

3、国内外电厂烟囱脱硫材料的选择

为满足国家环保法规，同时降低工程成本和提高烟囱防腐的使用寿命，各大发电公司普遍采用的湿法脱硫(FGD)不加装烟气加热系统(GGH)工艺。加装 FGD 且不上 GGH，排入烟囱的烟气温度在50℃左右，湿烟气在烟囱内结露形成冷凝酸液，对烟囱的腐蚀性大大加强。目前，国内外湿法脱硫后的烟囱内筒大部分采取以下防护措施：

1、采用耐酸耐腐蚀的金属板做内衬，内衬材料主要有镍基合金板和钛钢板等。

2、采用耐腐蚀的轻质隔热制品的粘结，来隔绝烟气和烟囱内筒接触，如耐酸泡沫砖。

3、采用耐酸、耐热材料，隔绝烟气和烟囱内筒接触，使用喷涂、刮涂等方式施工，例如玻璃鳞片胶泥、聚脲涂料等。

日本早在 60 年代末、70 年代初就已开发出多种抗硫酸露点腐蚀钢。在美国，如果是在露点腐蚀不太严重的部位，大部分使用耐候合金钢 A242-2。使用露点腐蚀材料较多的部位是脱硫塔，材料种类相当多，但一般说来是不锈钢或合金钢施以内衬。国内对于耐硫酸露点腐蚀钢的研制和开发起步较晚，成分体系及使用标准一般借鉴日本的钢种，其中典型的有宝钢股份公司的 B485NL、江阴特钢的 ND(09CrCuSb)钢，此外，鞍钢(10Cr1Cu)、济钢(12MnCuCr，JNS) 及宝钢一钢公司(NS1)也有耐硫酸露点腐蚀钢产品。使用耐硫酸露点腐蚀钢的内筒烟卤,这种耐腐蚀钢是以钛材料为主，优点是：解决了耐温、耐温骤变、耐应力变化等，缺点是：价格高，施工难度大，在国外使用较多，国内应用很少，屈指可数。但是国外有报道钛是一种很耐腐蚀的材料，这是由于钛的表面极易生成稳定的钝化膜，这种钝化膜是有极薄的氧化钛组成，钝化膜在大多数环境下是稳定的，并且局部出现腐蚀破坏有瞬间自修复功能，在常温下钛的化学活性很小，但随着温度的增加钛的活泼性会迅速增加，特别是在在高温下与很多物质发生反应，出现了许多不同程序的腐蚀情况。这也说明用金属板做烟囱内衬只是部分解决了烟囱防腐问题，没有从根本上解决^[4]。

西北电力设计院对1998年到2008年间电厂32座烟囱的运行和腐蚀情况进行调查（包括广东、甘肃、山西、陕西等地），结果表明：钢筋混凝土烟囱的砖内衬由于砂浆腐蚀后体积膨胀，使内衬的整体性遭到破坏，含硫量超过2.5%时，砂浆腐蚀更为严重，砂浆的粘结力大部分丧失，结构变得酥松和体积膨胀，腐蚀区域的砖混凝土结构无强度，如果运行的烟气处于较大的正压时，钢筋混凝土筒壁在有烟气渗漏的裂缝处容易发生局部、穿透性腐蚀孔洞，当烟囱内壁结露时，长期处于潮湿状态，保温层几乎被腐蚀成泥浆状，对烟囱的保护作用完全丧失^[6]，2001年华能辛店电厂烟囱例行年检时发现了如此腐蚀情况。使用玻璃鳞片胶泥的烟囱内壁在烟囱底部腐蚀较为严重，这是经过脱硫后烟气的高温所导致，同时由于机体树脂是有机材料，使用寿命较短，约为5-10年左右，根据国内外脱硫的实际使用情况，现在较少采用。山西运城电厂和广西钦州电厂烟囱均采用玻璃鳞片胶泥防腐涂料进行保护，在使用三年后例行年检时发现烟囱内壁20m和90m处腐蚀比较严重，可以预计，使用一段时间后必然还需要再次防腐施工。

目前国内烟囱大部分采取磷片树脂胶泥和添加耐酸泡沫玻璃砖进行保护，而以上工艺，在我国不能达到很好的效果，其主要原因是我国大部分以煤为主要燃料的发电企业，主要采用的煤型为贫瘦煤，其含硫量.高能达到 3%，远远超过了我国制定的 GB50051-2002 标准2.5%.高强腐蚀性标准。根据以上防护方案来说，只是减缓腐蚀进度，持久性较短，效果并不理想。而采用钛钢和合金板，造价极高，工艺难度大，还不具备大范围推广使用的条件^[5]。

通过以上分析，烟囱烟道防腐的确是较难彻底决解的问题，通过脱硫前后改变了烟囱的使用环境，烟囱原有的防腐措施在新环境下存在某些缺陷，为了更好的解决湿烟囱的防腐问题，必须寻求一种耐酸防腐、满足结构要求、同时又经济适用的烟囱型式，玻璃钢烟囱为我们提供了一种较好的选择。玻璃钢(Fiberglass Reinforced Plastic)，玻璃纤维增强塑料（FRP 或 GRP），是由高强度的纤维和树脂复合而成的新型复合材料，纤维采用的是ECR无氟无硼无碱耐酸玻纤直接缠绕纱与单向布，以提供 FRP 的强度和刚性，树脂是采用是采用耐高温的酚醛型乙烯基树脂或者阻燃性乙烯基树脂，以提供 FRP 的耐化学性和韧性。玻璃钢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。成型后的玻璃钢 结构层抗拉强度与普通钢材相当，但其容重仅为钢材的 1/4～1/5。由整体缠绕成型工艺生产的玻璃钢排烟筒能够自承重，具备比耐硫酸露点钢更加优异耐酸防腐性能，可以取消保温层，特别适合燃煤电厂脱硫不加 GGH 的湿烟囱运行条件。

总的来说，玻璃钢烟囱较其他材料制成的烟囱具有以下优点：

1）玻璃钢能提供更宽范围的耐腐蚀性能；

2）玻璃钢的材料成本相对要低；

3）使用寿命更长；

4）玻璃钢比重小，使得其更易运输，也意味着支撑他们的钢材更少。

玻璃钢内筒主要构件的树脂采用ASHLAND公司DERAKANE 470HT-400 耐高温环氧乙烯基酯树脂，该树脂主要用于FRP成套设备、大型石油储罐、海洋结构物等重防腐领域，特别是在燃煤电厂的排烟脱硫装置（FGD）的烟道、烟囱和各类设备的建设中，制得玻璃钢具有长期的耐水性、耐腐蚀性和耐高温性，具有良好的防锈性能和耐疲劳性能。增强材料则根据需要和成型工艺采用重庆国家复合材料有限公司生产的 ECR 型玻璃纤维短切毡、单向布和缠绕纱。成型根据构件形状采用现场缠绕或糊制[6]。

FRP 筒壁各层构成和要求为：

（1）防腐蚀隔离层：DERAKANE 470HT-400环氧乙烯基酯树脂，MC(ECR)450-1040 型短切毡 3 层糊制，总厚度不小于2.5mm。防腐隔离层内侧应采用碳纤维毡和导静电剂设置不小于 0.25mm 厚的静电释放层。防腐层中还应添加非卤素类阻燃剂，要求氧指数达到30%。

 （2） 结构层：DERAKANE 470HT-400环氧乙烯基酯树脂，增强材料为 DW(ECR)430-630 单向布、ECR469L-2400 缠绕纱，总厚度不小于16mm。制作时采用轴向单向布和环向缠绕纱交替布置的方式进行。结构层中玻璃纤维含量按重量计应在 55%～70%之间。

（3）外保护层：DERAKANE 470HT-400 环氧乙烯基酯树脂，增强材料为 MC(ECR)450-1040 型短切毡 1 层，厚度约0.3～0.8mm。

玻璃钢复合材料具有天然的低温防腐优势，十分适合燃煤电厂脱硫后的湿烟囱采用。在欧美国玻璃钢排烟筒占有 15～20%的市场率，已有 30年的应用经验，欧美已经形成了FRP烟囱或烟道设计、制造和施工方面的标准，如美国的ASTMD5364/ASTMRTP-1和英国的BS4994等标准，将这一方案应用.好的是美国Ershigs公司。国内对 FRP 结构的设计、加工和制作方面也积累了丰富的经验，完全能满足 FRP 烟囱的设计和施工需要。目前来说，烟塔合一工艺越来越多，也给整体玻璃钢烟道烟囱防腐带来了更多机会，烟塔合一之后，以乙烯基树脂为基材，具有20mm后的玻璃钢烟囱烟道足以承受相应的高温，该方案从根源上解决了防腐、抗渗、耐温骤变、耐应力变化等问题，因此选用玻璃钢烟囱防腐是一个较为完美的解决方案[7]。

4、烟囱内壁防腐纳米改性复合材料的研制

  我公司和西北工业大学长期进行科研合作，在复合材料的研究方面取得一定的科研成果，如研制的纳米改性聚脲防腐涂料在湿法烟气脱硫塔中已成功应用，纳米改性聚脲防腐涂料于2009年3月应用在粤裕丰钢铁公司烟囱脱硫塔中，通过近三年的跟踪观察，涂层完好如初，无任何穿透现象。我公司共同参与研发有机纳米累托石及其纳米复合材料的研制与应用项目。复合材料广泛应用于化工等各个领域，我们采用有机改性的纳米累托石对其进行增强改性，研究其复合材料的力学性能、耐介质性能等，研究复合工艺对其性能的影响，获得综合性能优异的玻璃钢纳米复合材料。

通过对乙烯基树脂进行纳米改性后制的复合玻璃钢比单纯乙烯基树脂制的玻璃钢在力学性能、热性能、耐介质等性能要好的多，这是因为纳米粒子不但可以改善聚合物的综合力学性能，还可以提高其耐高温性能、耐腐蚀性能、阻隔性能及抗紫外线老化性能。通过多年来的研究及理论分析认为，纳米粒子结构及在聚合物中的分散和界面粘接性能对复合材料的性能起着重要影响，而纳米粒子在聚合物中分散及界面粘接不但与纳米的表面性能、聚合物的结构有关，还应与加工过程中外部提供的机械力有关。在较强的外部机械力特别是剪切力的作用下纳米初始颗粒首先将得到进一步的细化与分散；充分分散的纳米粒子由于具有较大的比表面积而使得界面粘接作用得到提高；另外，在外部剪切力的作用下，纳米颗粒表面与高聚物大分子内有可能发生键的断裂，形成新的键合活性自由基，这种新的自由基由于活性很高而极易发生焊合，形成新的大分子或纳米粒子表面接枝的高聚物分子，从而使纳米粒子与聚合物组分之间的原子相互扩散并形成新相，即通过动力学的方法使热力学上不相容或相容性差的体系达到一定相容，使无机相的纳米粒子与有机相的高聚物之间形成界面粘接更好的界面层，.终得到结构均匀和综合性能优异的纳米复合材料。

这是我公司研制的纳米改性后乙烯基玻璃钢复合材料样板经SGS通标标准（上海）有限公司检测结果：

 表一  纳米改性后乙烯基玻璃钢复合材料样板测试结果

表二 连续高温下的乙烯基树脂玻璃钢弯曲强度保留率

         表三 连续高温下的纳米改性后乙烯基树脂玻璃钢弯曲强度保留率

注：数据表示经连续高温放置后的弯曲强度保留率，以25℃下的弯曲强度为....。

表四 未改性的乙烯基树脂玻璃钢的耐腐蚀性能测试结果

表五 纳米改性乙烯基树脂玻璃钢的耐腐蚀性能测试结果

注：1、在玻璃钢制作时，尤其是耐碱场合及其它高温强腐蚀场合，应该进行后固化处理；

2、本实验制的玻璃钢样板厚度为20mm，常温下养护7天进行测试，为浸泡或者挂片试验结果。

上述检测结果说明通过纳米改性后的乙烯基玻璃钢复合材料在力学性能、热性能、耐介质等性能等都得到了提高，同时也足以说明纳米改性乙烯基玻璃钢复合材料技术上的可行性和保障性。

5、结束

烟气脱硫，发展清洁能源是大势所趋，国内众多的干排气烟囱腐蚀比较严重，随着湿法脱硫装置的加装，烟囱腐蚀更加严重，如果不采取有效地防腐措施，肯定会带来更为严重的烟囱腐蚀问题。随着国家对于环保严格控制和有关新规范的实施，各行业（尤其是电力行业）将对玻璃钢烟囱的优势会不断深入了解，这将对树脂行业和玻璃钢行业带来新的发展机遇。相信随着大家对 FRP 材料认识的深入和不断的探索实践，FRP 烟囱必将物尽其用，为燃煤电厂湿烟囱设计思路的拓展、为我国电力行业清洁能源的发展发挥应有的作用。

参考文献：

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[2] 叶列平，冯鹏. FRP 在工程结构中的应用与发展[J].土木工程学报，2006(3)：24-36

[3] 杨小兵，田树桐，马申等.燃煤电厂玻璃钢内筒套筒烟囱设计[J].武汉大学学报（工学版）2007 增刊35-38

[4] 王天堂.玻璃钢在工业烟气排放烟囱的防腐蚀浅析.上海富臣化工有限公司技术交流资料.

[4] 陈博.玻璃钢行业 .2006年运行分析与 2007 年行业展望[J].玻璃纤维，2007(3)17-20

[5] 薛志勇.国外玻璃钢老化问题的试验研究[J].上海建材，2002(6)34-37

[6] 李大生.玻璃钢化工设备设计规定[S].北京：全国化工工程建设标准编辑中心，2000.87-89

[7] 欧阳自强.浅谈特高温烟道烟囱的防腐[J]全面腐蚀控制.2012(2)33-37

贺军会：男，汉族，1959年8月29日出生，陕西省宝鸡市陈仓区人，现任宝鸡市铁军化工防腐安装有限责任公司总经理、总工，高级工程师，大专文化程度，从事纳米材料和纳米改性复合材料应用方面的研究。