玻璃钢烟囱在电厂脱硫系统中的应用.pdf

2012年第6期玻璃钢／复合材料73玻璃钢烟囱在电厂脱硫系统中的应用南洋，程艾琳，田丰，王永明+(连云港中复连众复合材料集团有限公司，连云港222006)摘要：本文系统介绍了玻璃钢烟囱在电厂脱硫系统中的三种安装方式，并对玻璃钢烟囱的工艺设计、生产施工以及质量控制进行了详细分析。关键词：湿法脱硫；玻璃钢烟囱中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1003—0999(2012)06—0073—05随着环保标准的提高，国内电厂新建或改造项目都要求在烟气排人大气前进行脱硫，同时为降低成本，普遍采用湿法脱硫(FGD)且不加装烟气加热系统(GGH)工艺。排人烟囱的烟气温度在50℃左右，容易在烟囱内壁上凝结成腐蚀性酸液，加速了对烟囱的腐蚀；同时还要考虑事故状态下的近2000C的温度，这就对燃煤电厂湿烟囱的耐腐蚀、耐高温提出了较高的要求。必须寻求一种耐腐、耐温、满足结构要求、同时又经济适用的烟囱型式。相对其它材质而言，玻璃钢材料具有质轻、高强、耐腐蚀、隔热绝缘、耐瞬时高温烧蚀、形状和强度可设计性强、施工周期短、寿命长等优点，在FGD系统中具有较多的应用优势。玻璃纤维增强塑料，俗称玻璃钢(FRP或GRP)，是由玻璃纤维和树脂复合而成的复合材料，由玻璃纤维提供强度和刚性，树脂提供耐化学性和韧性，具备与钛钢板相当酸防腐性能，可以取消保温层，特别适合燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱运行条件。美国是最早在FGD系统中使用玻璃钢烟囱的国家，20世纪80年代安装的许多FRP烟囱内衬至今仍在使用。与之相比，我国玻璃钢在FGD系统的技术应用起步较晚，但是随着人们对玻璃钢材料的认识增加，较多的玻璃钢烟囱烟道应用于FGD烟气排放系统中。1玻璃钢烟囱中在电厂脱硫系统中的应用形式根据烟囱的安装形式，主要分为自立式玻璃钢烟囱、拉索式玻璃钢烟囱、塔架式玻璃钢烟囱、套筒式或多管式玻璃钢烟囱。以下将对这几种形式的烟囱结构形式简要介绍。1．1自立式玻璃钢烟囱自立式玻璃钢烟囱的高度不宜超过30m，且其高径比(H／D)不宜大于10。1．2拉索式玻璃钢烟囱拉索式玻璃钢烟囱的高度不宜超过45m，且其高径比(H／D)不宜大于20。拉索式玻璃钢烟囱拉索设置应满足以下规定：(1)当烟囱高度与直径之比小于15时，可设1层拉索，拉索位置距烟囱顶部小于h／3处。(2)烟囱高度与直径之比大于15时，可设2层拉索：上层拉索系结位置，宜距烟囱顶部小于h／3处；下层拉索宜设在上层拉索位置至烟囱底的1／2高度处。(3)拉索一般为3根，平面夹角为1200，拉索与烟囱轴向夹角不小于250。采用拉索式安装的烟囱需根据《高耸结构设计规范》进行应力及稳定性校核。图1为拉索式安装烟囱示意图。收稿日期：2011-12—15作者简介：南洋(1976，)，男，江苏连云港人，主要从事复合材料面的研究。通讯作者：王永明(1986一)，男，硕士，主要研究向为复合材料结构设计。弋／八||图1拉索式玻璃钢烟囱FRP／CM2012：Noi674玻璃钢烟囱在电厂脱硫系统中的应用2012年11月1．3塔架式玻璃钢烟囱塔架式玻璃钢烟囱一般适用烟囱高度不大于lOOm，烟囱下部与脱硫塔顶法兰联接，烟囱重量由脱硫塔顶支撑或塔架支撑，每隔一定高度，烟囱侧壁上设置导向支撑与塔架相连。塔架承担了烟囱的侧向稳定、风载及地震载荷。图2为连云港中复连众为某电厂制作的钢架支撑烟囱。图2塔架式玻璃钢烟囱1．4套筒式或多管式玻璃钢烟囱对于安装高度超过100m的烟囱，考虑到经济性，一般设计为混凝土烟囱外筒，内部设置玻璃钢内筒。玻璃钢内筒一般设置1～3只，4只的情况很少，主要由烟风工艺来决定套筒玻璃钢烟囱的数量。玻璃钢烟囱分段支撑于混凝土内壁，与塔架式玻璃钢烟囱类似，每隔一定高度，烟囱侧壁上设置导向支撑。图3为连云港中复连众为某纸业公司自备电厂制作的混凝土内筒玻璃钢烟囱。图3混凝土内筒玻璃钢烟囱零舞黧黪鬟溪2012iNo．62玻璃钢烟囱的设计2．1玻璃钢烟囱的材料设计耐腐蚀优异是玻璃钢材质的显著特点，根据工作介质及温度，烟囱整体选用环氧乙烯基树脂制作。环氧乙烯基树脂具有优异的耐温性及耐化学性，对各种酸、碱、溶剂都显现出较好的耐腐蚀性，特别是在高温下仍具有良好的强度及韧性保留率，该类树脂成功应用于国内外高温烟气排放系统中。根据烟气的温度，可选择酚醛改性环氧乙烯基树脂或双酚A改性环氧乙烯基树脂。ECR是耐化学侵蚀无碱玻璃的简称。众所周知，E玻璃纤维是用途最为广泛的玻璃纤维，由E玻纤增强的复合材料应用领域也13趋扩大，但在一些对耐化学侵蚀性要求更高的环境中，或在对复合材料使用寿命要求更长的环境中，ECR比E玻璃纤维更具优势。ECR玻璃纤维的耐酸、耐碱、耐水、耐盐、耐温和耐气候性都比E玻璃纤维强，尤其是耐酸性更是优势无比，而且耐酸性随环境温度的升高优势更明显，一般在10倍以上。正是由于ECR玻纤优良的耐化学侵蚀性，ECR玻纤更适合于作为玻璃钢烟囱的增强材料。2．2玻璃钢烟囱的管壁结构设计合理的层次结构是玻璃钢产品的显著特点。烟囱管罐从内向外依次分为内衬层、结构层、外保护层。(1)内衬层：又分为内表层和防渗层。内表层由内衬树脂加纤维表面毡增强，树脂含量95％以上，气密性好，非常光滑，该层主要提供制品防腐、防渗漏等功能，厚度0．5mm。防渗层由内衬树脂和玻璃纤维缠绕喷射纱组成。树脂含量大于75±5％m。该层的主要作用是保护内表层，提高内衬的抗内压失效能力。防渗层和内表层统称为内衬层，内衬层厚度不小于2．5ram；(2)结构层：由无碱无捻缠绕粗纱浸润结构层树脂螺旋或环向缠绕成型。树脂含量通常在30—35％之间，作用是承受压力和各种外载荷，厚度根据各种受力情况计算决定；(3)外保护层：该层为外富树脂层，厚度为0．5～1mm。外保护层通常采用阻燃树脂或在树脂中添加阻燃剂，对烟囱进行阻燃处理；对暴露在空气中的2012年第6期玻璃钢／复合材料75烟囱，外保护层需加入紫外线吸收剂进行耐候处理。2．3玻璃钢烟囱的刚度设计环刚度是指单位长度的管环在外压作用下，在一定径向变形下所能承受载荷的大小，它表征了管环抵抗外载荷的能力。对于玻璃钢烟囱，其最小刚度值不得小于2500Pa。由于玻璃钢材料具有高强度低模量的特点，根据计算，仅仅是为了强度的需要，较低的壁厚即可满足要求。但是在大直径情况下，较低的壁厚满足不了烟囱环向受压的条件，受材料本身特性的限制，无限提高壁厚则以增加管材成本及重量为代价，通常是不可取的。在烟囱外壁上设置加强筋是一种有效提高烟囱刚度的合理设计，加强筋通常被设计为空心结构，内部聚氨酯泡沫填充，如图4。图4加强筋结构简图2．4玻璃钢烟囱的应力校核及膨胀设计烟囱安装后承受自重及膨胀产生的拉伸、压缩应力，如前所述，玻璃钢具有高强度的特点，在应力校核中较容易通过。烟囱在运行过程中，受环境温度和介质温度的影响，需要根据烟囱的安装及运行温度计算热膨胀量，按膨胀量合理地选取膨胀节。如果无法设置膨胀节，则需校核热应力。2．5玻璃钢烟道的挠度设计通常有一道水平烟道与竖直烟囱相连，水平烟道设计时需考虑烟道在自重、风载、雪载及积灰载荷下产生的挠度。若将烟道按管道来考虑，在设计规范上规定一般钢管的挠度控制为L／250，对于玻璃钢管道，国内设计标准对挠度未提及，英国BS7159标准要求许用挠度控制为L／300，美国AWWAC950要求架设玻璃钢管道的许用挠度为0．5in(约13mm)，有些国外技术规范控制为L／500。对于大∥直径玻璃钢烟道，一些工程案例要求控制为1500，主要是考虑到管道的支撑跨度非常大，这是非常有道理的。2．6有限元的应用对于重要的工业设施的设计，抗震抗风等校核计算都是必须的，为了满足在复杂载荷条件下的应力分析，对于玻璃钢烟囱及附属烟道的设计，通常把有限元分析作为常用的计算工具。3玻璃钢烟囱的施工3．1生产工艺的选择烟囱直管段通常采用缠绕工艺制作。弯头、法兰及烟囱现场的联接采用手糊工艺。根据烟囱直径的大小，可选择现场制作或工厂内制作。玻璃钢成型所需的环境条件为环境温度不低于IOoC，不高于35。C，湿度不大于75％。湿度过大，在玻璃钢固化过程中吸收水分，会影响制品固化。过低的温度会使玻璃钢制品固化不充分，在后期的安装过程中无法达到要求的强度。玻璃钢固化是一个放热过程，过高的温度则又会产生放热炸裂，影响制品质量。所以说，生产过程中对于环境的控制是非常有必要的。目前有立式和卧式两种工艺用于缠绕玻璃钢烟囱。这两种工艺各有优缺点。立式缠绕工艺模具组装快，脱模方便。但是由于在设计玻璃钢烟囱时，通常会有较多的单向布用于增强制品的轴向强度，这一点上卧式工艺较容易实现。3．2烟囱之间的联接玻璃钢烟囱与钢制脱硫塔通常采用法兰联接，见图5(a)，与混凝土脱硫塔之间采用承插对接，见图5(b)。(a)(b)图5烟囱与脱硫塔的连接式F-m\'／CMj≯囊麴露N蘸簧鬻76玻璃钢烟囱在电厂脱硫系统中的应用2012年11月玻璃钢烟囱本体之间可采用法兰联接、手糊对接及锥度承插联接。法兰联接具有安装方便并且减少了高空手糊工作的优点，但增加了在烟囱施工过程中的周转、吊装次数。锥度承插联接的优点是烟囱接口内外部不需再进行手糊工作，施工方便，但对烟囱支撑的固定及导向支撑要求较高，每根烟囱至少有一处固定支撑。相对于其它两种联接型式，手糊对接施工简单，接头强度好，是使用较多的联接方法，但缺点是接口外部糊制虽然简单易行，但是内部较难操作，需要搭设专门的施工平台。在某些工程中，为降低施工难度，施工方不制作接口处的内部积层，但这样增加了烟囱接口的渗漏点，是不可取的。各种接口型式见图6。些兰!壁量塑型塑链堕垦!!!堂图6玻璃钢本体之l司的连接简图3．3烟囱之间的固定支撑与导向支撑玻璃钢烟囱需安装固定支撑及导向支撑。支撑数量及距离由烟囱直径、高度、安装环境确定。固定支撑需支撑住烟囱的重量载荷，并约束烟囱的环向及轴向变形。导向支撑只是限制烟囱的环向位移，但允许烟囱由于温度变化引起的轴向位移。因定支撑及导向支撑通常为碳钢或不锈钢材质，与烟囱外壁衬橡胶垫，消除部分环向热应力。喧醚璺幽图7支撑型式示意图◇耄溪麓黢霉灏麓毫瓣篱獭妻4玻璃钢烟囱的质量控制4．1质量控制要求目前国内尚无专门针对玻璃钢烟囱的国家及行业标准，玻璃钢烟囱的制作及检验可参照其它玻璃钢或储罐的标准。具体工程应有专门的质量控制要求。4．2内衬层质量要求玻璃钢烟囱的内衬质量是决定产品耐腐蚀性能的关键，烟囱内表面应平整光洁、无杂质、无纤维外露，无对使用性能有影响的裂纹、无明显划痕、疵点、白化及分层，不得有直径大于3ram、深或高大于5mm的凸凹，无直径大于lOmm的气泡，1平方分米范围内气泡不得超过7个，否则应划破修补，裂纹深度不得大于2ram。4．3结构层质量要求烟囱结构层提供产品的强度及刚度，要求层间胶接良好，不允许有夹杂物和树脂结节，无泛白，凸出高度或凹陷深度不得大于强度层厚度的20％，裂纹深度不得大于设计厚度的20％，裂纹长度不得大于30ram。4．4质量检验烟囱除进行产品内外表面及切割断面的外观及尺寸检验外，还应按要求进行原材料检测、内外表面硬度检验。必要时，还应进行产品拉伸、弯曲等力学性能的检验。5结束语玻璃钢材质由于具有诸多的优异性能已越来越多地在烟气脱硫中使用。本文针对玻璃钢烟囱作了从设计到制作至检验全面的介绍，对玻璃钢烟囱的性能特点及安装要求都作了详细的描述。随着人们对玻璃钢材料认识的深入和不断的实践，玻璃钢烟囱在烟气脱硫行业中必将发挥重要的作用。参考文献[1]GBJ135．1990，高耸结构设计规范[s]．1991．[2]DL／T5196—2004，火力发电厂烟气脱硫设计技术规程[s]．2005．[3]GB50051-2002，烟囱设计规范[s]．2003．[4]周霄靖．燃煤电厂脱硫烟囱3种设计方案的比较[J]．电力建设，2005，(01)．[5]金新荣．湿法烟气脱硫装置运行中存在问题及解决措施[J]．电力设备，2006，(12)．(下转第36页)+』阁翻嘲蹦睑圈嘲嘲淞渺聊嘲瑚嘲翻脯璺36重心插值配点法计算碳纳米管的振动频率2012年11月CoMPUTATIONoFVmRATIoNALFREQUENCIESFoRCARBoNNANoTUBESUS矾GBARYCENTⅪCINTERPoLATIoNCoLLoCATIoNMETHoDLIShu—pin91．WANGZhao-qin92+(1．PublicSecurityDepartment，ShandongPoliceCollege，Jinan250101，China；2．InstituteofEngineeringMechanics，ShandongJianzhuUniversity，Jinan，Shandong250101，China)Abstract：Thecomputationalmodelofcarbonnanotubevibrationismodeledasfourorderpartialdifferentiale-quationbasedonEuler—Bernoullibeamtheory．Themodeanalysisequationofcarbonnanotubeisobtainedbyas・sumingharmonicvibration．ApproximatingunknownfunctionusingbarycentricLagrangeinterpolation，themodee-quationandboundaryconditionscanbediscretedassystemsofalgebraequation．Applyingboundaryconditionsintomodeequations，thevibrationalfrequenciesofcarbonnanotubesunderdifferentboundarysupportsareobtainedbysolvingproblemsofeigenvalue．Itisshownthatthebaryeentricinterpolationcollocationmethodsimulationresultsareingoodagreementwiththeexperimentaldatafromliteratures．Keywords：carbonnanotube；barycentrieinterpolationcollocationmethod；vibrationalanalysis；naturalfrequency；beammodeling(上接第76页)[6]HG／T20696—1999，玻璃钢化工设备设计规定[s]．北京：全国化工工程建设标准编辑中心，2000．[7]刘在阳，安庆升等．大型玻璃钢烟囱的研制[J]．纤维复合材料，1999，(12)：33～35，63．[8]D5364-93(Reapproved2002)．StandardGuideforDesign，Fabri—cation，andErectionofFiberglassReinforcedPlasticChimneyLinerswithCoal—FiredUnits[S]．[9]StevenGebhart，DennisPennline，andIraBrodsky．PleasantPrairiePowerPlantAirQualityControlUpgradePmject，PleasantPrairie，Wisconsin[J]．Power，2007．[10]Breddermann，M．NOakowski，P．Lenz，J．Wetstackapplication—chimneyoperationwithoutfluegasreheatingafterFGD[J]．VGBPowerTeeh，2004．[11]薛忠民．中国复合材料／玻璃钢工业50年[J]．玻璃钢／复合材料，2009，208(5)：84-88．[12]杨小兵，田树桐，马申等．燃煤电厂玻璃钢内筒套筒烟囱设计[J]．武汉大学学报(工学版)，2007增刊：451454．[13]杨小兵，田树桐．玻璃钢在燃煤电厂湿烟囱中的应用研究[J]．玻璃钢／复合材料，2011，217(2)：3942．[14]玻璃钢与玻璃钢制品新技术、新标准及工程应用技术实用手册[z]．吉林：银声音像出版社，2004．[15]潘利剑，靳交通，彭超义，曾竟成．玻璃钢复合材料拉-拉疲劳性能试验方法及其改进[J]．玻璃钢／复合材料，2009，(05)：46-52．[16]钟秦．燃煤烟气脱硫脱销技术及工程实例[M]．北京：化学工业出版社，2007．5-15．[17]孙学江，颜敏．玻璃钢湿法烟气脱硫装置的优势分析[J]．山东建材，2001，(6)：15．17．THEAPPLICA’I’IoNo’重I’RPCHlMNEYINPoWERPLANTDESULllURIZA’11IoNSYS’l’EMNANYang，CHENGAi・lin，TIANFeng，WANGYong-ming4(LianyungangZhongfulianzhongCompositesGroupCo．，Ltd．，Lianyungang222006，China)Abstract：ThearticlesystematicallydescribesthethreewaysofinstallingFRPchimneyinpowerplantdesulfu—rizationsystemandanalyzestheprocessdesign，production，constructionandqualitycontrolofFRPchimneyinde—tail．Keywords：wetdesulfurization；FRPchimneyji◇髀寨灏鬣霉辩甏鸷i◇