碳化硅杂化聚合物在烟囱防腐中的应用

王 飞

碳化硅杂化聚合物在烟囱防腐中的应用

王 飞

碳化硅杂化聚合物的强耐酸性、耐高温、粘结力强等优点，对于混凝土烟囱的防腐处理具有非常强的适用性，值得应用推广。

湿烟囱 碳化硅杂化聚合物 烟囱雨

一、烟囱设计概述及现状

（一）烟囱设计概述

鹤煤热电厂2×135MW燃煤发电机组烟囱为单筒式混凝土烟囱，全高180m，筒身根部外径18.9m，烟囱最小的内径为5.4m，整根烟囱由基础、混凝土外筒、保温层及内衬、积灰平台及其附属设施等部分组成。

烟囱外筒采用钢筋混凝土结构，筒壁设计为变坡圆台体。外筒筒壁采用普通的硅酸盐水泥，90m以下混凝土标号为C40，90m～180m混凝土标号为C30。排烟筒内衬为耐酸砖分段支承在钢筋混凝土牛腿上，内衬由里向外的结构组成依次为耐酸砖、耐酸砂浆封闭层、憎水性珍珠岩板隔热层和用于固定隔热层的铁丝网。筒身自115m～180m涂刷红白相间航标漆5节，顶部为红色。烟囱在100m、173.75m处设置两层信号平台，平台采用碳钢热镀锌材料。

（二）烟囱运行状况

鹤煤热电厂原有脱硫装置采用炉后烟气循环干法脱硫技术，烟囱排放烟气为100℃的干烟气，烟囱内衬无腐蚀。

二、改造必要性

为适应国家超低排放标准，鹤煤热电厂将脱硫系统改造为石灰石-石膏法湿法脱硫技术，排放烟气处于饱和湿度状态且温度在50℃，低于酸露点，因此会在烟囱中析出大量腐蚀性和渗透性很强的冷凝稀酸液（pH值在1～3范围），对单筒式砖内衬烟囱有非常强的腐蚀性，为防止其影响混凝土外筒结构耐久性，必须对其进行防腐处理。

三、烟囱防腐材料选型

鉴于防腐处置方案较多，为选用合适的防腐材料及方案，应从烟囱结构、防腐材料特性以及是否会形成“烟囱雨”等因素考虑材料选型及方案设计。

（一）烟囱热力计算及直径选择

对于“湿烟囱”，在排放的烟气中都会携带一定量的液体。沉积和冷凝在烟道、烟囱壁上的大直径液滴，正常情况下因自重而向下流淌，由于烟囱内高速向上的烟气流，当速度达到一定的临界值时，大直径液滴会向上，并随烟气一并带出，形成“烟囱雨”。它不同于烟气中的水雾，由于其直径较大，通常散落在烟囱周围800m的范围内，会对电厂的建、构筑物及外露的设备产生腐蚀作用。

当烟气流动的牵引力大于液滴的重力和液滴与防腐材料的附着力时，液滴就脱离出来进入气流中，这时的气体流速就是二次进入的临界流速，根据国外相关资料，防腐涂料的临界流速为16.8m/s。

鹤煤热电厂脱硫系统设计参数计算，单台机组烟囱入口烟气温度为48℃，烟气流量为70万m3/h。若采用带内筒的防腐方案，势必缩小烟囱的内径，容易形成烟囱雨水。采取拆除砖内衬在混凝土上进行防腐，则节点处实际烟速为15.95m/s（见表1），烟气流速在临界值以下，不宜形成“烟囱雨”现象。

表1　鹤煤热电厂烟囱热力计算表

（二）材料选取

早期的烟囱防腐材料在运用过程中，经过一段时间的冷、热态交替运行出现大面积鼓泡、起皮、脱落现象，无法满足烟囱运行的要求。本次选用的碳化硅杂化聚合物材料，其材料由环氧树脂与活性基团的纳米级有机硅低聚物经化学改性而成，具有耐湿、耐候、耐水、耐盐水、耐油、耐海水、耐温、防潮、电绝缘、耐药品、防腐蚀、耐溶剂性、附着力好、机械性能及电性能优良，并具有耐真空紫外线辐照，液氮温度淬冷，高速气流冲刷等性能。

四、实施方案

经研究分析，本次改造拆除耐酸砖内衬及隔热层，使在树脂和无机碳化硅材料内加高分子纤维形成的杂化聚合物材料对混凝土内壁进行防腐处理，共划分为底层喷涂、结构层涂抹与面层喷涂，三层结构，厚度为4mm。其重点防腐部位为烟首部分、支撑牛腿与积灰平台部位。

（一）烟囱混凝土内壁防腐

烟囱混凝土内壁拆除耐酸砖与保温层后对其进行修复找平，再进行喷砂处理，喷砂等级为Sa2.5，喷砂过程中分段对已喷表面进行清洁。

基层清理工作完成后，应尽快进行涂装施工。涂刷要在天气良好的情况下进行，在雨、雾、大风天气禁止涂刷施工，涂装有刷涂、滚涂、喷涂等工艺，以保证取得良好涂装效果和很好的粘结力。施工时内筒环境相对湿度≤80%，环境温度宜为15℃～30℃，并高于当时空气露点温度3℃。当环境温度＜10℃或相对湿度超过80%时，应采取机械措施达到正常的施工温度和湿度。

涂刷底涂后按照工艺涂刷各层防腐层，需保证混凝土基底干燥，且各防腐涂层需控制涂刷时间，保证各涂层干燥，且防腐结构层须通过碾压等工艺保证平整、赶出气泡，面层须平整光滑。

（二）烟首部位

烟囱顶部烟气出口部位，采用5mm厚度A3冷轧钢板压顶，并在钢板上喷砂防腐处理，再用聚合物进行防腐，钢板高度为2m，其余部位自压顶钢板向下10m采用耐酸氯化橡胶漆防腐，防腐后重新涂刷烟囱外壁航标色环。

（三）基体环形悬臂和支撑牛腿

将牛腿基层处理完成后，用耐酸性柔性材料硅橡胶进行密封填充，将牛腿处上下400mm处隔离，涂满聚合物材料，然后用粗纤维网进行整体粘接，待固定好后再进行外层覆盖防腐，有效地防止酸液从此处渗透至烟囱内壁上。

（四）烟囱与烟道的结合部位

烟囱和烟道结合部位的防腐处理必须设置膨胀缝，并在此处加装不锈钢伸缩排酸槽，接排水管道。消除膨胀带来的酸液渗漏。

五、结语

由于碳化硅杂化聚合物成型后具有较好的耐酸性、耐高温（200℃运行60min），可长时间稳定运行在110℃～160℃、粘结强度高的优点，且改造后不会形成“烟囱雨”的现象，可作为混凝土烟囱防腐处置的最佳方案，值得推广应用。

（作者单位为河南能源化工集团鹤煤公司热电厂）