【关键词】脱硫；烟囱结构选型；防腐；对比分析

华电国际邹县发电厂四期工程扩建二台1000MW超超临界燃煤发电机组。根据可性行研究阶段的规划安排和环保专业的烟气排放核算，本期工程需配置一座240米高、单根排烟筒顶部出口内直径约8.0米的双管烟囱；燃煤发电机组均考虑烟气湿法脱硫处理，按设置烟气加热系统GGH和不设烟气加热系统GGH分别进行方案设计和比较。

1．湿法脱硫处理烟囱的设计方案

1.1 脱硫烟气的特点和腐蚀性

通常进行湿法脱硫处理后的烟气，水份含量都很高，湿度大，温度低，易于出现烟气结露现象。烟气中的水气结露后形成的具腐蚀性水液量较大，主要依附于烟囱排烟筒内壁流淌下来至专设的排液口排到脱硫系统液池中。而脱硫处理后的烟气中还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质，形成腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。

根据与脱硫工艺设计人员的了解，湿法脱硫工艺对烟气中的SO₂脱除效率很高，但对造成烟气腐蚀主要成分的SO₃脱除效率不高，约20%左右。因此，烟气脱硫后，对烟囱的腐蚀隐患并未消除；相反地，脱硫后的烟气环境（低温、高湿等）可能使腐蚀状况进一步加剧了，特别是对不设置烟气加热系统GGH的状况，烟囱内的腐蚀环境则更加恶劣。

由于国内脱硫烟囱历史较短，专项的腐蚀调查研究资料很少，经验也不多；因此，烟囱设计规范对脱硫烟囱的设计尚无明确说明，只是从烟气的腐蚀性等级对烟囱的防腐设计进行要求。对于脱硫后烟气对烟囱结构的腐蚀性分析，我们主要借鉴了国外的资料和做法。

国际工业烟囱协会（International Committee On Industrial Chimneys 缩写CICIND）在其发布的《钢烟囱标准规程 Model Code For Steel Chimneys》（1999年第1版）中对脱硫后的烟气腐蚀性能（烟气腐蚀性能对其它类型烟囱同样适用）作了如下说明：

(1)烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在将大大提高腐蚀程度，在20℃和1个标准大气压下，氟化氢（300mg/m³）、氯元素（1300mg/m³）和氯化氢（1300mg/m³）的重量浓度超过0.025%、0.1%和0.1%时，腐蚀等级（化学荷载）为高级。

(2)处于烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气条件通常被视为高腐蚀等级（化学荷载）。

(3)含有硫磺氧化物的烟气腐蚀等级（化学荷载）按SO₃的含量值确定；凝结过程中SO₃离子与水蒸气结合成为硫酸，对烟囱进行腐蚀。

(4) 亚硫酸的露点温度取决于烟气中SO₃浓度，一般约为65℃，稍高于水的露点。燃煤中如含有污染，则在同样的温度下还会有像盐酸、硝酸等其它酸液。    

(5)尽管在烟气脱硫效应（FGD）过程中已除去了大部分的氧化硫，但在净化装置下游，随着氧化硫含量的减少，烟气的湿度会增大，且温度会降低，当温度低于80℃时，烟气浓缩成酸液。另外净化后的烟气中还含有氯化物。

(6)烟气中的氯离子遇到水蒸汽便形成氯酸，它的化合温度约为60℃，当低于氯酸露点温度时，就会产生严重的腐蚀，即使是氯化物很少也会造成严重腐蚀。

按照“国际工业烟囱协会（CICIND）”的设计标准要求，燃煤电厂排出的烟气虽然在脱硫过程中能除去大部分的氧化硫；但经脱硫后，烟气湿度增大，温度降低，使烟气中单位体积的稀释硫酸含量相应增加，其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，即强腐蚀性烟气等级，因而烟囱应按强腐蚀性烟气等级来考虑烟囱结构的安全性设计。

1.2 脱硫烟囱设计方案考虑的因素

1.2.1 国内烟囱设计标准要求

按照国家标准《烟囱设计规范》GB50051-2002第10.2.2条和电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022-93第7.4.4条的要求：当排放强腐蚀性烟气时，宜采用套筒式或多管式烟囱结构型式，即把承重的钢筋混凝土外筒和排烟内筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触。

电力行业标准《火力发电厂土建结构设计技术规定》DL5022-93第7.1.2条还要求：对600MW机组及以上时宜采用一台炉配一座烟囱（一根排烟管）方案。

湿法脱硫烟囱属强腐蚀性烟气等级，其结构型式宜采用套筒或多管型式。

1.2.2 国外烟囱设计资料

从目前掌握的国外烟囱资料看，国外火电厂烟囱结构型式基本上都是套筒式或多管式烟囱，且以钢内筒多管式烟囱为主，砖内筒结构不多，单筒式烟囱结构很少。从材料的抗渗密闭性来看，钢内筒优于砖砌内筒材料，但经济性差些（限于国内条件）。

对于钢内筒结构，在烟气湿法脱硫（无GGH装置）的情况下，国际工业烟囱协会（CICIND）在其发布的《钢烟囱标准规程 Model Code For Steel Chimneys》（1999年第1版）中建议采用普通碳钢板在其内侧（与烟气接触侧）增加一层非常薄的合金板或钛板的方法进行处理。

对于砖砌内筒结构（加设GGH装置），从美国萨金伦迪（SARGENT & LUNDY）公司设计资料看，都采用自承重结构体系，且对砖和胶泥提出了很高要求，即特殊的耐酸缸砖用硅酸钾耐酸胶泥砌筑，一般分两层错缝布置，并设封闭层。

江苏常熟华润电力常熟第二发电厂3X600MW超临界燃煤发电机组脱硫岛招标中，由于GGH运行的温度要求在发电机组低负荷运行、机组开启和关停状况下难以保证，最后业主舍弃烟气加热系统（GGH）方案，而改用三管烟囱的钢内筒采用普通Q235B钢板与1.2 mm厚钛板复合而成的复合板方案。通过施工招标，整个一座240米高复合钢内筒三管烟囱的费用与省下的三套GGH设备费用相当；而节省下来的GGH运行费用、每年的检修维护费用和炉后场地布置非常可观，经济性价比较好。

台塑集团在福建漳州后石电厂投资建设的6台660MW级燃煤发电机组，共建有两座240米高三管式烟囱。采用海水脱硫，不设烟气加热系统GGH，烟囱的钢内筒内表面，都挂贴了1.6毫米的钛钣或镍钣用于抗稀酸液腐蚀，单座烟囱总投资达8000余万元。

2003年初，我院在陕西韩城第二发电厂一期工程2*600MW燃煤发电厂240米钢内筒双管式烟囱设计中，考虑到有烟气加热系统（GGH）的作用，钢内筒结构选用耐硫酸露点腐蚀钢材，内侧面均加设50毫米厚内配钢丝网的钾水玻璃耐酸砂浆保护层方案。

对采用砖砌排烟筒的方案是在排烟筒的外表面均考虑设置一层内配钢丝网的钾水玻璃耐酸砂浆封闭层，以改善排烟筒结构的抗渗能力和整体性能；但砖砌体结构的耐久性相对钢内筒结构而言要差，运行后存在腐蚀抗渗方面的补修或更换的可能性。

1.3 本工程脱硫烟囱考虑的设计方案

2．240/2Φ8.0米双管钢内筒烟囱设计方案（设烟气加热系统GGH）

2.1 烟囱设计方案

2.1.1 地基及基础

根据本工程初勘阶段的地质资料，烟囱的地基处理暂按3米碎石换填考虑，烟囱基础埋深－7.00米，3米碎石换填层以下为①—3—2或①—3—3下卧层，基础采用圆板式基础，直径37.4米，圆板厚约3.0米。

2.1.2 钢筋混凝土外筒壁

   钢筋混凝土外筒壁为烟囱主要承重结构，采用C40～C30混凝土，顶部壁厚350毫米，下部壁厚650毫米，上部段为圆柱形体，下部呈圆锥体。顶部外直径约20.1米，根部外直径约26.1米，内配置双层钢筋网，钢筋网间用横向钢筋拉结，钢筋含量约为145 Kg/m³。

    外筒壁设计与一般烟囱无大的区别，此处不再详述，但应注意：由于钢内筒双菅式烟囱内部设有5层钢结构检修平台、一层吊装平台和一层顶层平台，且这些平台都是以混凝土外筒壁作为支承点，故要求外筒壁的施工必需达到一定的施工精度：

任意水平截面的中心点飘移         ≤25毫米

任意水平截面的内直径误差         ≤25毫米

任意高度处外筒壁厚度误差         ≤+10且≤-10 mm

225.0米平台为吊装平台，用以承受钢内筒安装或检修时的全部吊装荷重（包括动力荷重），支承平台大梁在支承点处的外筒壁厚度仅350毫米，所以设计时应尽可能减少受力偏心距，并注意局部应力对外筒壁的影响。

2.2  主要工程量估算

3          240/2Φ8.0米双管钢内筒烟囱设计方案（不设烟气加热系统GGH）

3.1烟囱设计方案

由于设置烟气加热系统GGH与不设置烟气加热系统GGH的烟囱设计区别主要在于排烟内筒材质的设计上，且排烟内筒的施工方法也大致相同，因此，此处仅对不设烟气加热系统GGH烟囱排烟内筒的设计进行论述。

在不设烟气加热系统GGH脱硫工况下，由于其烟气腐蚀的特性，钢内筒考虑采用普通Q235B钢板与薄钛板组合成的复合板以提高钢内筒的防腐蚀能力。此种情况下，可取消烟气加热系统装置和钢内筒内表面浇筑的50毫米厚耐酸砂浆防护层，本工程如设脱硝装置，应用此方案更佳。这一设计方案已在华润电力（常熟）有限公司3×600MW国产超临界燃煤机组等近十项工程中应用，部分工程现已进入施工安装阶段。

本方案中的钢内筒除与本报告第2部分所述的钢内筒在材质上不同和取消钢内筒内表面浇筑的50毫米厚耐酸砂浆防护层外，其它结构构造均相同。

3.2主要工程量估算

4. 三种设计方案的经济比较

三种脱硫方式及烟囱方案的经济比较见下表:(表中单位为万元)