玻璃鋼煙囪在火電廠中的應(yīng)用分析
近年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)脫硫的要求越來(lái)越嚴(yán)格，火電廠大都采用了濕法脫硫，在采用濕法脫
硫工藝前，煙氣中雖然含有較多二氧化硫，但煙氣進(jìn)入煙囪的溫度較高，高達(dá)130～160℃，
只形成少量的煙氣結(jié)露現(xiàn)象，對(duì)煙囪的防腐蝕要求不是很高。但是濕法脫硫后，煙氣溫度降
至50～80℃，煙氣含水率較高，導(dǎo)致煙囪內(nèi)壁腐蝕速率也隨之增大。為了解決嚴(yán)重的腐蝕
問(wèn)題，玻璃鋼煙囪以其耐腐蝕性好、輕質(zhì)高強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、施工簡(jiǎn)便、不需維修等優(yōu)點(diǎn)為
此提供了的解決方案，并得到了推廣應(yīng)用。
1. 玻璃鋼材料的特性 玻璃鋼學(xué)術(shù)名詞纖維增強(qiáng)塑料（Fiberglass reinforced plastics），是由玻璃纖維與
樹(shù)脂基體有機(jī)結(jié)合而成的一種高性能混合物。它與煙囪傳統(tǒng)材質(zhì)如鋼筋混凝土、鋼、磚等材
質(zhì)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1 耐腐蝕性
玻璃鋼具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，可以抵抗包括酸、堿、鹽等多種介質(zhì)的腐蝕。表1 列出
了用環(huán)氧型乙烯基酯樹(shù)脂做成的玻璃鋼耐強(qiáng)酸、高氯化物腐蝕的情況。經(jīng)過(guò)大量的研究、試
驗(yàn)、試用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，玻璃鋼材料是的防腐蝕材料。
2 輕質(zhì)高強(qiáng)
玻璃鋼具有輕質(zhì)高強(qiáng)的物理性能，其比重僅為鋼的1/4，機(jī)械纏繞成型玻璃鋼環(huán)向拉伸
強(qiáng)度可達(dá)1000Mpa，軸向拉伸強(qiáng)度可達(dá)300Mpa，而Q235 的抗拉強(qiáng)度為370-500Mpa，玻璃鋼
的比強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于鋼材。
3 熱導(dǎo)率低
玻璃鋼的保溫性能比較好，其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于鋼材的導(dǎo)熱系數(shù),在需要保溫的場(chǎng)合，玻
璃鋼設(shè)備可以不需要隔熱層；玻璃鋼的熱膨脹系數(shù)比較小，與鋼材較接近，所以對(duì)于高度較
低、溫差較小的煙囪可以不設(shè)膨脹節(jié)。詳見(jiàn)表2：
| 項(xiàng)目材質(zhì) | 纖維纏繞玻璃鋼 | 鋼 | PVC |
| 熱膨脹系數(shù)（10-6/℃ ） | 11.2 | 12.3 | 60-80 |
| 熱傳導(dǎo)系數(shù)（W/m·℃） | 0.23 | 41 | 0.18 |
4 使用壽命長(zhǎng)
玻璃鋼的使用壽命較長(zhǎng)，國(guó)外已有玻璃鋼煙囪使用40 年的經(jīng)驗(yàn)。按照美國(guó)的ASTM D
5364 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：使用玻璃鋼內(nèi)筒的壽命要達(dá)到35 年。
5 造價(jià)
如果從工程結(jié)構(gòu)的全壽命來(lái)考慮,玻璃鋼煙囪的總造價(jià)相比其他材質(zhì)煙囪更有競(jìng)爭(zhēng)力,因?yàn)?br> 玻璃鋼材料具有耐腐蝕性、輕質(zhì)高強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)維修成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其綜合造價(jià)
相對(duì)較低。下面以一個(gè)240 米高，直徑8 米的煙囪內(nèi)筒為例，將各種材質(zhì)煙囪的造價(jià)做一個(gè)
比較，詳見(jiàn)表3：
表3 不同材質(zhì)煙囪造價(jià)比較
| 鋼－泡沫玻璃磚 | 1800 萬(wàn)元 |
| 鋼－鈦復(fù)合結(jié)構(gòu) | 2100 萬(wàn)元 |
| 整體玻璃鋼套筒 | 1500 萬(wàn)元 |
2. 玻璃鋼施工工藝
目前玻璃鋼煙囪的成型工藝主要為自動(dòng)化機(jī)械纏繞成型。玻璃鋼纏繞成型的優(yōu)點(diǎn)： ①
能夠按產(chǎn)品的受力狀況設(shè)計(jì)纏繞規(guī)律，使能充分發(fā)揮纖維的強(qiáng)度；②比強(qiáng)度高：一般來(lái)講，
纖維纏繞壓力容器與同體積、同壓力的鋼質(zhì)容器相比，重量可減輕40～60%；③可靠性高：
纖維纏繞制品易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)，工藝條件確定后，纏出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，精確；
④生產(chǎn)效率高：采用機(jī)械化或自動(dòng)化生產(chǎn)，需要操作工人少，纏繞速度快（240m/min），故
勞動(dòng)生產(chǎn)率高；⑤成本低：在同一產(chǎn)品上，可合理配選若干種材料（包括樹(shù)脂、纖維和內(nèi)襯），
使其再?gòu)?fù)合，達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果?，F(xiàn)在制造的玻璃鋼煙囪均為計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)化纏繞。
3. 玻璃鋼在火電廠中的應(yīng)用情況
3.1、國(guó)外玻璃鋼煙囪的應(yīng)用情況
國(guó)外玻璃鋼煙囪的應(yīng)用始于二十世紀(jì)七十年代，早在1977 年，在美國(guó)EastKentucky
Power Cooperative 公司就在Spurlock 電站成功使用玻璃鋼煙囪（高度802ft、245m，直
徑15.5ft、4.73m），至今仍在安全使用。2004～2008 年，美國(guó)建造了的玻璃鋼煙囪數(shù)量，
如表4 所示。各國(guó)一些典型的煙囪使用案例見(jiàn)表5 所示。
表4
近幾年北美地區(qū)玻璃鋼煙囪建造數(shù)量[4] | 年代 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 |
玻璃鋼煙囪
建造數(shù)量 | 33 | 35 | 38 | 49 | 53 |
表5
國(guó)外FRP 煙囪建設(shè)使用情況 | 地點(diǎn)? | 備注? | 年 |
| 美國(guó)East Kentucky Power Cooperative 旗下Spurlock Power Statio | 煙囪直徑4.73m 高度245? | 1977年 ? |
美國(guó)Santee cooper 所屬的Cross Generating Power Station
? | 煙囪直徑8.54m 高度148.8m ? | 2004年? |
| 德國(guó)Kraftwerk Simmering ? Power Station? | 煙囪直徑8.54m 高度148.8m | 2001年? |
| 德國(guó)Ingolstadt Power Plant? | 煙囪直徑6.7m 高度180m | 1993 年 |
| 日本關(guān)西電力南港發(fā)電廠 | 煙囪內(nèi)筒直徑5.3m，管段長(zhǎng)度11m，51 根玻璃鋼管段組裝而成? | 1992 年? |
| 英國(guó)Eggborough Power Station? | 2 臺(tái)500MW 機(jī)組安裝了兩個(gè)184m 的FRP 內(nèi)筒? | 2002 年? |
| 德國(guó)Neideraussen電站? | 1000MW 機(jī)組 | 2003 年? |
| 德國(guó)Voiklingen 實(shí)驗(yàn)電廠 ? | 300MW 機(jī)組? | 1982 年? |
| 德國(guó)Schwaree Pumpe 電站? | 2×800MW 機(jī)組? | 1997 年? |
| 德國(guó)Weisweiler 電廠 ? | 2300MW 機(jī)組 | |
| 德國(guó)Lippendorf 電廠? | ?2×920MW 機(jī)組? | |
| 捷克Vresova 電廠 ? | 125MW 機(jī)組 ? | 2000 年? |
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2007 年美國(guó)完成脫硫改造的P4 電廠新建一座雙內(nèi)筒煙囪，由PullmanPower 公司設(shè)計(jì)，
外筒為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高131.064m，直徑20.599m，內(nèi)筒為FRP 結(jié)構(gòu)，直徑8.1m，樹(shù)脂
采用HetronFR992 樹(shù)脂。內(nèi)筒現(xiàn)場(chǎng)纏繞和安裝，制作時(shí)每根內(nèi)筒分12 段，每段9.144m。
2002 年英國(guó)Eggborough Power Station 為其2 臺(tái)500 MW 機(jī)組加裝濕法F GD 裝置,
同時(shí)在混凝土煙囪內(nèi)安裝了兩個(gè)184 m 的FRP 內(nèi)筒。
2000 年7 月捷克125 MW 的Vresova 電廠簽約加裝濕法F GD 時(shí)的方案,煙囪則為鋼結(jié)
構(gòu)支撐的FRP 煙囪.
2001 年9 月德國(guó)建成的Kraftwerk Simmering 電站,采用高度200 m 、直徑4.8 m 的
FRP 煙囪. 另外,德國(guó)還在采用煙塔合一技術(shù),使用FRP 制造直徑達(dá)7～10 m 排
煙管道.
在日本,關(guān)西電力南港發(fā)電廠的800 MW 機(jī)組采用3 個(gè)FRP 內(nèi)筒的煙囪,FRP 內(nèi)筒直徑
5.3 m, 高度200 m.
國(guó)外經(jīng)常多年的研究和工程應(yīng)用,已經(jīng)形成了FRP 煙囪或管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和施工方
面的標(biāo)準(zhǔn),如美國(guó)的ASTM D 5364。
3.2、國(guó)內(nèi)玻璃鋼煙囪的應(yīng)用情況
我國(guó)在玻璃鋼煙囪的研究和應(yīng)用方面落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，但近年來(lái)玻璃鋼煙囪如雨后
春筍般不斷涌現(xiàn)，目前已完成的工程有新疆呼圖壁電廠，安徽淮北虎山電廠、盤錦遼東灣熱電廠等，正在和準(zhǔn)備
施工的有重慶石柱電廠、太原二熱、山東濱州等電廠。
各大電力設(shè)計(jì)院及各省屬電力設(shè)計(jì)院目前都已將玻璃鋼煙囪作為設(shè)計(jì)的主要備選方案。
我公司是國(guó)標(biāo)《GB30811-2014>> 燃煤電廠玻璃纖維增強(qiáng)塑料煙囪內(nèi)筒標(biāo)準(zhǔn)的參加編寫(xiě)單位。
4. 玻璃鋼煙囪內(nèi)筒與鈦板的比較
鈦材是一種耐腐蝕性優(yōu)良的材料，這是由于鈦的表面容易生成穩(wěn)定的鈍化膜，因此在酸
性、堿性、中性鹽溶液中有較好的穩(wěn)定性，但鈦板方案存在以下缺點(diǎn)：
（1）鈦板的造價(jià)很高，在所有方案中是最貴的。
（2）鈦板的制造周期也是最長(zhǎng)的，從訂貨到交貨至少要3-4 個(gè)月的時(shí)間，甚至要到半
年以上。
（3）鈦板的焊縫處理是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，本身鈦板的焊接工藝技術(shù)難度很高，不是
普通焊工可以施工，必須經(jīng)過(guò)專門的技術(shù)培訓(xùn)，同時(shí)由于很多施工都是在高空進(jìn)行作業(yè)，焊
接難度很大，因此很多鈦板煙囪的質(zhì)量問(wèn)題主要出現(xiàn)在焊縫附近。
（4）由于鈦合金與鋼板的膨脹系數(shù)不同，易產(chǎn)生裂紋。
5、意見(jiàn)及建議
玻璃鋼煙囪內(nèi)筒與鈦板內(nèi)筒相比具有更加良好的耐腐蝕性，輕質(zhì)高強(qiáng)、易于安裝，使用
壽命長(zhǎng)，便于維修等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
隨著相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，如GB50051《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》《GB30811-2014>> 燃煤電廠玻璃纖維增強(qiáng)塑料煙囪內(nèi)筒標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)玻璃鋼煙囪的設(shè)計(jì)、制造
等有了明確的規(guī)定，這也必將推動(dòng)玻璃鋼煙囪更為廣泛的應(yīng)用于電力行業(yè)。
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