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电厂玻璃钢烟囱内筒

电厂玻璃钢烟囱内筒

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    玻璃钢烟囱在火电厂中的应用分析 近年来随着国家对脱硫的要求越来越严格,火电厂大都采用了湿法脱硫,在采用湿法脱 硫工艺前,烟气中虽然含有较多二氧化硫,但烟气进入烟囱的

      玻璃钢烟囱在火电厂中的应用分析
       
      近年来随着国家对脱硫的要求越来越严格,火电厂大都采用了湿法脱硫,在采用湿法脱
      硫工艺前,烟气中虽然含有较多二氧化硫,但烟气进入烟囱的温度较高,高达130~160℃,
      只形成少量的烟气结露现象,对烟囱的防腐蚀要求不是很高。但是湿法脱硫后,烟气温度降
      至50~80℃,烟气含水率较高,导致烟囱内壁腐蚀速率也随之增大。为了解决严重的腐蚀
      问题,玻璃钢烟囱以其耐腐蚀性好、轻质高强、使用寿命长、施工简便、不需维修等优点为
      此提供了最佳的解决方案,并得到了推广应用。
      1. 玻璃钢材料的特性
      玻璃钢学术名词纤维增强塑料(Fiberglass reinforced plastics),是由玻璃纤维与
      树脂基体有机结合而成的一种高性能混合物。它与烟囱传统材质如钢筋混凝土、钢、砖等材
      质相比较,具有以下优点:
      1 耐腐蚀性
      玻璃钢具有优异的耐腐蚀性能,可以抵抗包括酸、碱、盐等多种介质的腐蚀。表1 列出
      了用环氧型乙烯基酯树脂做成的玻璃钢耐强酸、高氯化物腐蚀的情况。经过大量的研究、试
      验、试用,结果发现,玻璃钢材料是最佳的防腐蚀材料。
      2 轻质高强
      玻璃钢具有轻质高强的物理性能,其比重仅为钢的1/4,机械缠绕成型玻璃钢环向拉伸
      强度可达1000Mpa,轴向拉伸强度可达300Mpa,而Q235 的抗拉强度为370-500Mpa,玻璃钢
      的比强度要远高于钢材。
      3 热导率低
      玻璃钢的保温性能比较好,其导热系数远小于钢材的导热系数,在需要保温的场合,玻
      璃钢设备可以不需要隔热层;玻璃钢的热膨胀系数比较小,与钢材较接近,所以对于高度较
      低、温差较小的烟囱可以不设膨胀节。详见表2:
      项目材质   纤维缠绕玻璃钢 钢  PVC
      热膨胀系数(10-6/℃ ) 11.2 12.3   60-80  
      热传导系数(W/m·℃)  0.23    41    0.18

      4 使用寿命长
      玻璃钢的使用寿命较长,国外已有玻璃钢烟囱使用40 年的经验。按照美国的ASTM D
      5364 标准规定:使用玻璃钢内筒的寿命要达到35 年。
      5 造价
      如果从工程结构的全寿命来考虑,玻璃钢烟囱的总造价相比其他材质烟囱更有竞争力,因为
      玻璃钢材料具有耐腐蚀性、轻质高强、使用寿命长、维护维修成本低等优点,使其综合造价
      相对较低。下面以一个240 米高,直径8 米的烟囱内筒为例,将各种材质烟囱的造价做一个
      比较,详见表3:
      表3 不同材质烟囱造价比较
       
      钢-泡沫玻璃砖 1800 万元
      钢-钛复合结构 2100 万元
      整体玻璃钢套筒 1500 万元

      2. 玻璃钢施工工艺
      目前玻璃钢烟囱的成型工艺主要为自动化机械缠绕成型。玻璃钢缠绕成型的优点: ①
      能够按产品的受力状况设计缠绕规律,使能充分发挥纤维的强度;②比强度高:一般来讲,
      纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比,重量可减轻40~60%;③可靠性高:
      纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产,工艺条件确定后,缠出来的产品质量稳定,精确;
      ④生产效率高:采用机械化或自动化生产,需要操作工人少,缠绕速度快(240m/min),故
      劳动生产率高;⑤成本低:在同一产品上,可合理配选若干种材料(包括树脂、纤维和内衬),
      使其再复合,达到最佳的技术经济效果。现在制造的玻璃钢烟囱均为计算机控制自动化缠绕。
      3. 玻璃钢在火电厂中的应用情况
      3.1、国外玻璃钢烟囱的应用情况
      国外玻璃钢烟囱的应用始于二十世纪七十年代,早在1977 年,在美国EastKentucky
      Power Cooperative 公司就在Spurlock 电站成功使用玻璃钢烟囱(高度802ft、245m,直
      径15.5ft、4.73m),至今仍在安全使用。2004~2008 年,美国建造了的玻璃钢烟囱数量,
      如表4 所示。各国一些典型的烟囱使用案例见表5 所示。
      表4          近几年北美地区玻璃钢烟囱建造数量[4]
      年代    2004   2005    2006 2007  2008
      玻璃钢烟囱
      建造数量 
      33  35 38 49 53

       
      表5                         国外FRP 烟囱建设使用情况

      地点​ 备注​
      美国East Kentucky Power   Cooperative 旗下Spurlock Power Statio 烟囱直径4.73m 高度245​ 1977年 ​
      美国Santee cooper 所属的Cross Generating Power Station
      烟囱直径8.54m 高度148.8m  ​ 2004年​
      德国Kraftwerk Simmering ​ Power Station​ 烟囱直径8.54m 高度148.8m  2001年​
      德国Ingolstadt Power Plant​ 烟囱直径6.7m 高度180m  1993 年
      日本关西电力南港发电厂 烟囱内筒直径5.3m,管段长度11m,51 根玻璃钢管段组装而成​ 1992 年​
      英国Eggborough Power Station​ 2 台500MW 机组安装了两个184m 的FRP 内筒​ 2002 年​
      德国Neideraussen电站​ 1000MW 机组 2003 年​
      德国Voiklingen 实验电厂 ​ 300MW 机组​ 1982 年​
      德国Schwaree Pumpe 电站​ 2×800MW 机组​ 1997 年​
      德国Weisweiler 电厂 ​ 2300MW 机组  
      德国Lippendorf 电厂​ ​2×920MW 机组​  
      捷克Vresova 电厂 ​ 125MW 机组 ​ 2000 年​



      2007 年美国完成脱硫改造的P4 电厂新建一座双内筒烟囱,由PullmanPower 公司设计,
      外筒为钢筋混凝土结构,高131.064m,直径20.599m,内筒为FRP 结构,直径8.1m,树脂
      采用HetronFR992 树脂。内筒现场缠绕和安装,制作时每根内筒分12 段,每段9.144m。
      2002 年英国Eggborough Power Station 为其2 台500 MW 机组加装湿法F GD 装置,
      同时在混凝土烟囱内安装了两个184 m 的FRP 内筒。
      2000 年7 月捷克125 MW 的Vresova 电厂签约加装湿法F GD 时的方案,烟囱则为钢结
      构支撑的FRP 烟囱.
      2001 年9 月德国建成的Kraftwerk Simmering 电站,采用高度200 m 、直径4.8 m 的
      FRP 烟囱. 另外,德国还在全世界率先采用烟塔合一技术,使用FRP 制造直径达7~10 m 排
      烟管道.
      在日本,关西电力南港发电厂的800 MW 机组采用3 个FRP 内筒的烟囱,FRP 内筒直径
      5.3 m, 高度200 m.
      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。
      3.2、国内玻璃钢烟囱的应用情况
      我国在玻璃钢烟囱的研究和应用方面落后于西方发达国家,但近年来玻璃钢烟囱如雨后
      春笋般不断涌现,目前已完成的工程有新疆呼图壁电厂,安徽淮北虎山电厂、盘锦辽东湾热电厂等,正在和准备
      施工的有重庆石柱电厂、太原二热、山东滨州等电厂。
      各大电力设计院及各省属电力设计院目前都已将玻璃钢烟囱作为设计的主要备选方案。
      我公司是国标《GB30811-2014>> 燃煤电厂玻璃纤维增强塑料烟囱内筒标准的参加编写单位。
      4. 玻璃钢烟囱内筒与钛板的比较
      钛材是一种耐腐蚀性优良的材料,这是由于钛的表面容易生成稳定的钝化膜,因此在酸
      性、碱性、中性盐溶液中有较好的稳定性,但钛板方案存在以下缺点:
      (1)钛板的造价很高,在所有方案中是最贵的。
      (2)钛板的制造周期也是最长的,从订货到交货至少要3-4 个月的时间,甚至要到半
      年以上。
      (3)钛板的焊缝处理是一个很复杂的问题,本身钛板的焊接工艺技术难度很高,不是
      普通焊工可以施工,必须经过专门的技术培训,同时由于很多施工都是在高空进行作业,焊
      接难度很大,因此很多钛板烟囱的质量问题主要出现在焊缝附近。
      (4)由于钛合金与钢板的膨胀系数不同,易产生裂纹。
      5、意见及建议
      玻璃钢烟囱内筒与钛板内筒相比具有更加良好的耐腐蚀性,轻质高强、易于安装,使用
      寿命长,便于维修等优点,具有广阔的市场前景。
      随着相关国家标准的出台,如GB50051《烟囱设计规范》《GB30811-2014>> 燃煤电厂玻璃纤维增强塑料烟囱内筒标准中对玻璃钢烟囱的设计、制造
      等有了明确的规定,这也必将推动玻璃钢烟囱更为广泛的应用于电力行业。
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