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燃煤电厂玻璃钢烟囱关键技术及市场前景
 文章类别:新闻中心 发布日期:2013-10-22 点击次数:3155

  摘 要:玻璃钢(FRP)防腐隔热、轻质高强,可以用作燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱内衬。本文对湿法烟气脱硫玻璃钢烟囱防腐的必要性进行了评述,对FRP烟囱应用中的几个关键技术进行了探讨,并对FRP烟囱在燃煤电厂中的应用前景进行了展望,为湿烟囱脱硫防腐和旧烟囱脱硫改造提供了一种新的途径,也必将在我国环保及清洁能源的发展过程中发挥重要的作用。
  湿法烟气脱硫玻璃钢烟囱防腐的必要性

  目前,对于烟气脱硫装置的设计施工和运行经验已日臻完善,但对脱硫机组烟气排放的关键设备——烟囱的防腐,由于对湿法脱硫后烟囱的运行工况认识不足甚至重视不够,导致按照目前推行的技术进行防腐的烟囱出现了大量问题。另外国家环保总局开始严格执行燃煤电厂湿法烟气脱硫(WFGD )投运率考核指标,否则将对相关电厂处以高额罚款,并对所在的电力集团实行区域投资限批,迫使各电厂WFGD 全力投入运行。由于之前的防腐方案选择不合理,一些烟囱投运不久即进行维修,更甚者个别烟囱成了危险构筑物而不得不放弃并重新建造。根据调查发现,有的工程仅投运2 个月即发现由于泡沫玻璃砖脱落而对钢内筒造成严重腐蚀; 有的脱硫改造单筒烟囱工程项目投运后仅4 个月即发生酸液沿烟囱外筒壁渗漏,对钢筋混凝土筒身造成腐蚀。因此,从电厂长期运行安全和稳定的角度考虑,研究针对湿法脱硫烟囱的防腐蚀技术,选择合理的防腐蚀工艺,成了目前燃煤电厂急需解决的课题。据文献[1]可知,传统的防腐材料已经逐渐被挤出烟囱防腐市场,取而代之的是玻璃钢(FRP) 复合材料。签于传统防腐方案暴露出的问题,同时参考国外成功的经验,应加强FRP 在湿烟囱防腐方面的推广,为湿烟囱的防腐设计提供一个新的解决方案。

  玻璃钢烟囱应用背景

  当前普遍采用的湿法脱硫不加装烟气加热系统工艺,使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,目前正在运行湿法脱硫(FGD) 烟囱内壁严重腐蚀的问题已经暴露出来,为了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(FRP),是由高强度的玻璃纤维和树脂复合而成的新型复合材料。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,容重仅为钢材的1/4~1/5,具备比耐硫酸露点钢更加优异耐酸防腐性能,特别适合燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱运行条件。

  国外对于烟囱内筒的技术国外玻璃钢烟囱在电力行业的应用始于FGD开始应用的20世纪70年代国外经常多年的研究和工程应用,已经形成了FRP烟囱或管道结构设计、制造和施工方面的标准,如美国的ASTM D 5364、ASTM RTP-1和英国的BS4994等。在美国已投入使用最久的FRP烟囱内筒已长达34年,目前在新建的湿烟囱中,90%以上的防腐方案选择FRP烟囱内筒。

  玻璃钢烟囱的关键技术优势分析

  美国ANCOR公司,是第一个获得美国ASME和FRPI协会RTP-001及FRPI-001认证的专业从事FRP烟道、烟囱、喷淋管道和洗涤塔的跨国公司。依托利保科技(无锡利保)作为国内生产制造基地和推广合作者,致力于将其成熟的FRP烟囱技术推广应用于中国市场,彻底解决国内湿法脱硫烟囱的腐蚀问题。玻璃钢烟囱关键技术包括:

  材料选择

  FRP烟囱的性能很大程度上取决于基体材料——树脂的选择。为保证内筒使用的安全性能,FRP内筒基体材料采用美国陶氏化学公司生产的乙烯基酯树脂DERAKANE*510C,是具有阻燃功能的一种乙烯基树脂,树脂中含有溴化环氧骨架,予树脂以阻燃性,阻燃性能指标—氧指数达32,树脂在溶剂,化学品及氧化性酸等混合环境下的特殊耐腐蚀性以及高温下强度和韧性的极佳保留性。被广泛应用在烟囱和烟囱内衬层中,特别是在湿法脱硫FRP烟囱内筒的应用中更具优越性,由于其高耐腐、高耐热和高强度的综合特性,在170度最高耐温在高温条件下不会降低其机械强度。

  同时,根据实验分析结果及多年的项目工程经验,纤维和树脂的通润匹配也是影响到FRP制品质量的一个因素,因为不同的纤维其表面的偶联剂存在一定的差异,这种差异决定了树脂与玻纤的通润性,如果偶联剂与树脂匹配,纤维能完全被树脂浸润,反之浸润效果不好,其制品强度会有所下降。选用Advantex®耐腐蚀玻璃纤维,Advantex® 玻纤是获得专利的无硼玻璃纤维,兼具耐腐蚀的 E-CR 玻纤和 E 玻璃纤维增强材料的优点,符合 ASTM标准,同时与树脂可以很好地进行通润匹配。

  设计水平

  可依据的设计标准(ASTM)

  美国早在1993 年发布了专门用于燃煤电厂玻璃钢排烟筒设计、制作和安装的标准指南ASTM D 5364,在2008年进行重新确认。ASTM D 5364-08[2]对玻璃钢烟囱的适用工况、选材、设计计算方法、制作安装、质量控制和检验等方面进行了详细的规定,是目前玻璃钢烟囱设计依据的主要规范。

  国内关于纤维增强塑料材料的试验标准已经完备,但国内对玻璃钢烟囱设计研究相对较少,工程实践也十分有限,目前仍没有专门的规范。玻璃钢结构设计规范主要是化工行业标准《玻璃钢/聚氯乙烯( FRP /PVC ) 复合管道设计规定》( HG 20520-40 1992) [3]和《玻璃钢化工设备设计规定》( HG/T20696-1999) [4],这两个标准可供玻璃钢结构设计参考。但玻璃钢烟囱的使用条件和结构特点与化工设备有较大不同,化工行业标准难以直接引用。

  专业设计方法、软件

  美国ANCOR成熟的设计方法、软件及烟囱整体结构有限元分析;

  工艺技术

  FRP烟囱作为一个大型构筑物,工艺上采用专用的多种纤维种成型方法组合施工工艺。确保烟烟囱的寿命。

  工艺匹配的制造设备和设施

  内筒的制作在ANCOR自行设计专有的可移动式现场制作车间进行。该车间带温度、湿度控制的整体成型,设计可抵御120km/h 的大风,可以充分满足FRP内筒对操作环境的要求:温度>10℃,湿度<75%。车间设有通风、空调等设施,完全满足安全、环境与健康(HSE)管理体系和质量管理体系的要求。可以保证产品在生产过程中不受雨雪、大风等气候因素的影响,并能保证产品的合格性能及施工工期。

  ANCOR的制造设备为全套电脑控制,自动化程度高。可实现卧式缠绕、立式脱模。 卧式缠绕可以较好控制施工制量,立式脱模可以更好地防止脱模变形。

  运行参数:

  缠绕直径:5m—10m(涵盖常用的烟气脱硫行业烟囱内筒尺寸范围);

  缠绕长度:14m;

  缠绕速率:可达30公斤/分钟;

  能同一时间缠绕72股纱;

  能同时进行纤维缠绕,切割缠绕,和布带缠绕。

  训练有素的团队、现场施工管理和实时质量控制

  FRP烟囱的生产过程为典型的特殊生产过程,在制作、安装过程中,依据ASTM D 5364《火电厂玻璃纤维增强塑料烟囱内筒的设计和安装标准》和ANCOR的《FRP 内筒缠绕质量保证手册》的要求和检验标准及检验方法对整个制造过程,从模具,树脂基原材料配比,内衬层、结构、外防腐层的缠绕及固化,支撑肩、起吊点的制作,加强筋的制作,外表面制作,接口打磨,对接接头等工序的各个质量控制点进行全过程监造,及质量控制。包括8个关键质量控制点和9项质量检验内容。

  4.结论

  玻璃钢(FRP)一种新型复合材料,玻璃纤维提供FRP的强度和刚性,树脂提供FRP的耐化学性和韧性,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,在国外湿法脱硫领域超过20 年的应用分显示了其在湿烟囱防腐方面独特的优势,对FRP 结构的设计、加工和制作方面也积累了丰富的经验,经过合理的设计、制造和安装,在技术上能够满足玻璃钢烟囱的工程应用需要。国内严峻的烟囱防腐形势也促使我们拓展湿烟囱设计的新思路,而且,从工程结构的全寿命来考虑,FRP烟囱的总造价可能更有竞争力,因为FRP材料耐化学性能十分优秀,后期维护工作量很小。相信随着电力行业对湿烟囱防腐的重视和对FRP 材料认识的深入,FRP 复合材料必将物尽其用,为我国电力行业清洁能源的发展发挥应有的作用。

来源:电力环保网

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