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燃煤電廠玻璃鋼煙囪關鍵技術及市場前景

 文章類別:技術支持 發布日期:2013-10-22 點擊次數:6784

  摘 要:玻璃鋼(FRP)防腐隔熱、輕質高強,可以用作燃煤電廠脫硫不加GGH的濕煙囪內襯。本文對濕法煙氣脫硫玻璃鋼煙囪防腐的必要性進行了評述,對FRP煙囪應用中的幾個關鍵技術進行了探討,并對FRP煙囪在燃煤電廠中的應用前景進行了展望,為濕煙囪脫硫防腐和舊煙囪脫硫改造提供了一種新的途徑,也必將在我國環保及清潔能源的發展過程中發揮重要的作用。
  濕法煙氣脫硫玻璃鋼煙囪防腐的必要性

  目前,對于煙氣脫硫裝置的設計施工和運行經驗已日臻完善,但對脫硫機組煙氣排放的關鍵設備——煙囪的防腐,由于對濕法脫硫后煙囪的運行工況認識不足甚至重視不夠,導致按照目前推行的技術進行防腐的煙囪出現了大量問題。另外國家環??偩珠_始嚴格執行燃煤電廠濕法煙氣脫硫(WFGD )投運率考核指標,否則將對相關電廠處以高額罰款,并對所在的電力集團實行區域投資限批,迫使各電廠WFGD 全力投入運行。由于之前的防腐方案選擇不合理,一些煙囪投運不久即進行維修,更甚者個別煙囪成了危險構筑物而不得不放棄并重新建造。根據調查發現,有的工程僅投運2 個月即發現由于泡沫玻璃磚脫落而對鋼內筒造成嚴重腐蝕; 有的脫硫改造單筒煙囪工程項目投運后僅4 個月即發生酸液沿煙囪外筒壁滲漏,對鋼筋混凝土筒身造成腐蝕。因此,從電廠長期運行安全和穩定的角度考慮,研究針對濕法脫硫煙囪的防腐蝕技術,選擇合理的防腐蝕工藝,成了目前燃煤電廠急需解決的課題。據文獻[1]可知,傳統的防腐材料已經逐漸被擠出煙囪防腐市場,取而代之的是玻璃鋼(FRP) 復合材料。簽于傳統防腐方案暴露出的問題,同時參考國外成功的經驗,應加強FRP 在濕煙囪防腐方面的推廣,為濕煙囪的防腐設計提供一個新的解決方案。

  玻璃鋼煙囪應用背景

  當前普遍采用的濕法脫硫不加裝煙氣加熱系統工藝,使排入煙囪的煙氣溫度在50 ℃左右,濕煙氣在煙囪內結露形成冷凝酸液,對煙囪的腐蝕性大大加強,目前正在運行濕法脫硫(FGD) 煙囪內壁嚴重腐蝕的問題已經暴露出來,為了解決濕煙囪的防腐問題,必須尋求一種耐酸防腐、滿足結構要求、同時又經濟適用的煙囪型式,玻璃鋼煙囪為我們提供了一種較好的選擇。

  玻璃鋼(FRP),是由高強度的玻璃纖維和樹脂復合而成的新型復合材料。玻璃鋼集中了玻璃纖維和合成樹脂的特性,具有質量輕、強度高、耐化學腐蝕、絕緣隔熱、耐瞬時高溫燒蝕、強度和形狀可設計性強等優點。成型后的玻璃鋼結構層抗拉強度與普通鋼材相當,容重僅為鋼材的1/4~1/5,具備比耐硫酸露點鋼更加優異耐酸防腐性能,特別適合燃煤電廠脫硫不加GGH的濕煙囪運行條件。

  國外對于煙囪內筒的技術國外玻璃鋼煙囪在電力行業的應用始于FGD開始應用的20世紀70年代國外經常多年的研究和工程應用,已經形成了FRP煙囪或管道結構設計、制造和施工方面的標準,如美國的ASTM D 5364、ASTM RTP-1和英國的BS4994等。在美國已投入使用最久的FRP煙囪內筒已長達34年,目前在新建的濕煙囪中,90%以上的防腐方案選擇FRP煙囪內筒。

  玻璃鋼煙囪的關鍵技術優勢分析

  美國ANCOR公司,是第一個獲得美國ASME和FRPI協會RTP-001及FRPI-001認證的專業從事FRP煙道、煙囪、噴淋管道和洗滌塔的跨國公司。依托利??萍迹o錫利保)作為國內生產制造基地和推廣合作者,致力于將其成熟的FRP煙囪技術推廣應用于中國市場,徹底解決國內濕法脫硫煙囪的腐蝕問題。玻璃鋼煙囪關鍵技術包括:

  材料選擇

  FRP煙囪的性能很大程度上取決于基體材料——樹脂的選擇。為保證內筒使用的安全性能,FRP內筒基體材料采用美國陶氏化學公司生產的乙烯基酯樹脂DERAKANE*510C,是具有阻燃功能的一種乙烯基樹脂,樹脂中含有溴化環氧骨架,予樹脂以阻燃性,阻燃性能指標—氧指數達32,樹脂在溶劑,化學品及氧化性酸等混合環境下的特殊耐腐蝕性以及高溫下強度和韌性的極佳保留性。被廣泛應用在煙囪和煙囪內襯層中,特別是在濕法脫硫FRP煙囪內筒的應用中更具優越性,由于其高耐腐、高耐熱和高強度的綜合特性,在170度最高耐溫在高溫條件下不會降低其機械強度。

  同時,根據實驗分析結果及多年的項目工程經驗,纖維和樹脂的通潤匹配也是影響到FRP制品質量的一個因素,因為不同的纖維其表面的偶聯劑存在一定的差異,這種差異決定了樹脂與玻纖的通潤性,如果偶聯劑與樹脂匹配,纖維能完全被樹脂浸潤,反之浸潤效果不好,其制品強度會有所下降。選用Advantex®耐腐蝕玻璃纖維,Advantex® 玻纖是獲得專利的無硼玻璃纖維,兼具耐腐蝕的 E-CR 玻纖和 E 玻璃纖維增強材料的優點,符合 ASTM標準,同時與樹脂可以很好地進行通潤匹配。

  設計水平

  可依據的設計標準(ASTM)

  美國早在1993 年發布了專門用于燃煤電廠玻璃鋼排煙筒設計、制作和安裝的標準指南ASTM D 5364,在2008年進行重新確認。ASTM D 5364-08[2]對玻璃鋼煙囪的適用工況、選材、設計計算方法、制作安裝、質量控制和檢驗等方面進行了詳細的規定,是目前玻璃鋼煙囪設計依據的主要規范。

  國內關于纖維增強塑料材料的試驗標準已經完備,但國內對玻璃鋼煙囪設計研究相對較少,工程實踐也十分有限,目前仍沒有專門的規范。玻璃鋼結構設計規范主要是化工行業標準《玻璃鋼/聚氯乙烯( FRP /PVC ) 復合管道設計規定》( HG 20520-40 1992) [3]和《玻璃鋼化工設備設計規定》( HG/T20696-1999) [4],這兩個標準可供玻璃鋼結構設計參考。但玻璃鋼煙囪的使用條件和結構特點與化工設備有較大不同,化工行業標準難以直接引用。

  專業設計方法、軟件

  美國ANCOR成熟的設計方法、軟件及煙囪整體結構有限元分析;

  工藝技術

  FRP煙囪作為一個大型構筑物,工藝上采用專用的多種纖維種成型方法組合施工工藝。確保煙煙囪的壽命。

  工藝匹配的制造設備和設施

  內筒的制作在ANCOR自行設計專有的可移動式現場制作車間進行。該車間帶溫度、濕度控制的整體成型,設計可抵御120km/h 的大風,可以充分滿足FRP內筒對操作環境的要求:溫度>10℃,濕度<75%。車間設有通風、空調等設施,完全滿足安全、環境與健康(HSE)管理體系和質量管理體系的要求??梢员WC產品在生產過程中不受雨雪、大風等氣候因素的影響,并能保證產品的合格性能及施工工期。

  ANCOR的制造設備為全套電腦控制,自動化程度高??蓪崿F臥式纏繞、立式脫模。 臥式纏繞可以較好控制施工制量,立式脫??梢愿玫胤乐姑撃W冃?。

  運行參數:

  纏繞直徑:5m—10m(涵蓋常用的煙氣脫硫行業煙囪內筒尺寸范圍);

  纏繞長度:14m;

  纏繞速率:可達30公斤/分鐘;

  能同一時間纏繞72股紗;

  能同時進行纖維纏繞,切割纏繞,和布帶纏繞。

  訓練有素的團隊、現場施工管理和實時質量控制

  FRP煙囪的生產過程為典型的特殊生產過程,在制作、安裝過程中,依據ASTM D 5364《火電廠玻璃纖維增強塑料煙囪內筒的設計和安裝標準》和ANCOR的《FRP 內筒纏繞質量保證手冊》的要求和檢驗標準及檢驗方法對整個制造過程,從模具,樹脂基原材料配比,內襯層、結構、外防腐層的纏繞及固化,支撐肩、起吊點的制作,加強筋的制作,外表面制作,接口打磨,對接接頭等工序的各個質量控制點進行全過程監造,及質量控制。包括8個關鍵質量控制點和9項質量檢驗內容。

  4.結論

  玻璃鋼(FRP)一種新型復合材料,玻璃纖維提供FRP的強度和剛性,樹脂提供FRP的耐化學性和韌性,集中了玻璃纖維和合成樹脂的特性,具有質量輕、強度高、耐化學腐蝕、絕緣隔熱、耐瞬時高溫燒蝕、強度和形狀可設計性強等優點,在國外濕法脫硫領域超過20 年的應用分顯示了其在濕煙囪防腐方面獨特的優勢,對FRP 結構的設計、加工和制作方面也積累了豐富的經驗,經過合理的設計、制造和安裝,在技術上能夠滿足玻璃鋼煙囪的工程應用需要。國內嚴峻的煙囪防腐形勢也促使我們拓展濕煙囪設計的新思路,而且,從工程結構的全壽命來考慮,FRP煙囪的總造價可能更有競爭力,因為FRP材料耐化學性能十分優秀,后期維護工作量很小。相信隨著電力行業對濕煙囪防腐的重視和對FRP 材料認識的深入,FRP 復合材料必將物盡其用,為我國電力行業清潔能源的發展發揮應有的作用。

來源:電力環保網

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