摘要: 通過冷卻塔排放濕法脫硫凈煙氣, 會使煙氣中殘留的腐蝕性介質(zhì)隨煙氣進(jìn)入冷卻塔, 由此造成對冷卻塔混凝土的腐蝕。本文通過對排煙冷卻塔內(nèi)腐蝕介質(zhì)分析及其對混凝土的腐蝕機(jī)理的探討, 按照混凝土防腐的一般原則, 提出煙塔合一冷卻塔防腐蝕初步構(gòu)想。

關(guān)鍵詞: 煙塔合一, 腐蝕介質(zhì), 防腐蝕

1　煙塔合一技術(shù)簡介

長期以來, 煙囪是火力發(fā)電廠必不可少的重要設(shè)施。隨著濕法脫硫脫硝技術(shù)的運(yùn)用, 使處理后的煙氣溫度和煙氣成分與過去相比發(fā)生了變化, 溫度降低而濕度卻大大增加, 若繼續(xù)采用常規(guī)煙囪排放, 一般需設(shè)GGH對煙氣進(jìn)行加熱。能否利用冷卻塔內(nèi)巨大的熱空氣流通過冷卻塔排放低溫高濕的脫硫凈煙氣呢? 德國技術(shù)人員在20世紀(jì)70 年代開始了這一問題的研究, 通過對塔內(nèi)氣體流動工況及煙氣在大氣中的擴(kuò)散模式的研究, 認(rèn)為利用冷卻塔巨大的熱空氣抬升脫硫后的煙氣是可行的。圖1為煙氣通過冷卻塔排放的技術(shù)方案。

如圖1所示: 由脫硫塔頂部出口處出來的凈煙氣通過大直徑玻璃鋼煙道直接送入自然通風(fēng)冷卻塔內(nèi), 在配水裝置除水器上方與塔內(nèi)飽和熱空氣混合后向上排入大氣。

2　煙塔合一冷卻塔中的腐蝕介質(zhì)及腐蝕機(jī)理

2.1　腐蝕介質(zhì)

煙氣中含有大量的二氧化碳、二氧化硫等有害成分, 即使?jié)穹摿蚝蟮膬魺煔馊院幸欢康亩趸? SO2 ) 、三氧化硫 ( SO3 ) 、一氧化氮(NO ) 、氯化物、二氧化碳(CO2 ) 等有害氣體(煙氣成分見表1 ) , 濕法脫硫后的凈煙氣進(jìn)入冷卻塔后在塔內(nèi)上升過程中與飽和熱濕空氣接觸, 部分水蒸氣遇冷凝結(jié)成霧滴, 其中一些霧滴會在冷卻塔塔壁上聚集成較大的液滴, 這些液滴因含有煙氣所帶的酸性氣體而呈現(xiàn)出較強(qiáng)的酸性 ( PH值最高可達(dá)1 ) , 表2 所列是德國某電廠煙氣冷凝水的成分分析結(jié)果, 而煙塔合一的冷卻塔基本為混凝土結(jié)構(gòu), 這些液滴沿筒壁流動會對塔筒筒壁局部造成嚴(yán)重的腐蝕。因此, 脫硫煙氣的進(jìn)入冷卻塔后, 如不采用針對性的防護(hù)措施, 塔筒混凝土的碳化和腐蝕將會非常嚴(yán)重。

2.2　腐蝕機(jī)理

2.2.1　碳化

日常使用過程中, 煙氣中的二氧化碳會逐漸向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散, 并與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生作用, 生成碳酸鹽或其他物質(zhì), 從而使水泥的堿度降低, 使混凝土碳化, 其碳化的主要化學(xué)反應(yīng)為:

CO2 +H2O→H2 CO3 Ca (OH) 2 +H2 CO3 → + 2H2O

碳化降低了混凝土的堿度, 從而破壞了鋼筋表面的鈍化膜, 使混凝土失去了對鋼筋的保護(hù)作用, 給混凝土中的鋼筋銹蝕帶來不利的影響。同時(shí), 碳化還會加劇混凝土的收縮, 這些都可導(dǎo)致混凝土的裂縫, 加速混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。

2.2.2　硫酸根離子腐蝕

進(jìn)入冷卻塔的濕煙氣中存在的SO4 2 - 接觸混凝土表層與混凝土的某些成分反應(yīng), 生成物吸水膨脹產(chǎn)生膨脹應(yīng)力, 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)混凝土就產(chǎn)生裂縫, 這種腐蝕作用在不同條件下又有兩種表現(xiàn)形式, 即E鹽破壞和G鹽破壞。 E鹽破壞即鈣礬石膨脹破壞, 其生成物的體積比反應(yīng)物大115倍多, 呈針狀結(jié)晶, 引起很大的內(nèi)應(yīng)力, 其破壞特征為混凝土表面出現(xiàn)幾條較粗大的裂縫。G鹽破壞即石膏膨脹破壞, 當(dāng)外界中SO4 2 - 濃度達(dá)到1000mg/L, SO4 2 - 可與Ca (OH) 2 反應(yīng)生成石膏晶體, 生成的CaSO4 ·2H2O體積增大1.24倍, 導(dǎo)致混凝土因內(nèi)應(yīng)力而破壞, 其破壞特征為混凝土表面雖無粗大裂縫但是遍體潰散。

2.2.3　氯離子腐蝕

一般情況下, 由于混凝土為堿性物質(zhì), 其液相PH值為12.5 ～13.5, 鋼筋在這種環(huán)境中能形成鈍化膜, 它不僅可以隔絕氧接觸鋼筋, 而且阻止鋼筋內(nèi)部形成腐蝕電流, 因此對鋼筋起到保護(hù)作用。然而, 進(jìn)入冷卻塔的煙氣中存在氯化物(HCl) , 當(dāng)氯離子滲透到鋼筋表面并達(dá)到一定濃度時(shí)會使得局部保護(hù)膜破壞, 成了活化態(tài)�；罨匿摻畋砻嫘纬梢粋�(gè)小陽極, 未活化的鋼筋表面成為陰極, 在氧和水充足的條件下鋼筋開始銹蝕。鋼筋的銹脹體積一般增大 2.5～5倍, 在塔內(nèi)部水份這樣充足的條件下體積膨脹甚至可達(dá)7倍, 從而導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂(即順筋裂縫) 、鋼筋銹蝕, 降低或破壞了鋼筋與混凝土的握裹力, 鋼筋截面減小、承載能力降低, 從而降低了結(jié)構(gòu)的耐久性。同時(shí)氯鹽還可以和混凝土中的Ca離子反應(yīng)生成易溶的 CaCl2并帶有大量結(jié)晶水, 形成比反應(yīng)物體積大幾倍的固相化合物, 造成混凝土的膨脹破壞。如果水泥中鋁酸三鈣含量高于8% , 其制成的混凝土很容易受到Cl- 腐蝕。

2.2.4　煙氣作用對冷卻塔混凝土的影響

煙氣中含有大量的二氧化碳及二氧化硫, 同時(shí)含有硫酸根離子(SO4 2 - ) 、硝酸根和氯化物等有害物質(zhì), 煙氣中的這些離子會與混凝土發(fā)生反應(yīng)侵蝕混凝土, 并使鋼筋銹蝕。煙氣中的二氧化碳加速了混凝土碳化, 致使混凝土的堿度降低加快, ( PH值由1215降到 9以下) 更快的趨于“中性化”, 破壞了鋼筋表面的鈍化膜, 在塔中氯化物及水分的作用下使鋼筋銹蝕更快, 繼而將引起鋼筋銹脹, 產(chǎn)生順筋裂縫破壞保護(hù)層、降低粘結(jié)力、減少鋼筋截面面積, 而影響混凝土結(jié)構(gòu)的承載力。煙氣中的硫酸根離子等有害物質(zhì)又會對混凝土造成侵蝕, 引起混凝土膨脹破壞。

由此可見, 采用煙塔合一技術(shù)的冷卻塔, 面臨著如何保證在上述有害物質(zhì)的作用下, 冷卻塔混凝土不被腐蝕, 鋼筋不被銹蝕的問題。

3　混凝土的防腐

為達(dá)到混凝土的耐久性要求, 提高混凝土的防腐能力, 通用常采取基本和附加兩種措施�；痉栏胧┚褪亲畲笙薅鹊靥岣呋炷磷陨淼姆雷o(hù)能力, 附加防腐措施是加強(qiáng)對混凝土和鋼筋的保護(hù), 彌補(bǔ)混凝土保護(hù)能力的不足。

3.1　基本防腐措施

最大限度地提高混凝土自身的防護(hù)能力在于最大限度地提高混凝土的密實(shí)性�；炷撩芏鹊奶岣�, 必將降低混凝土的滲透性, 減緩有害物質(zhì)(如氯離子、二氧化碳) 的擴(kuò)散速度, 就能提高混凝土的耐久性。

提高混凝土的密度和性能, 一般應(yīng)從原材料的控制、摻合料的選擇、水灰比的降低、外加劑的選用及質(zhì)量的控制入手。

原材料的選擇包括膠凝材料及骨料的選擇: 膠凝材料一般可采用C3A含量不超過8%的普通硅酸鹽水泥摻入一定量的摻合料或抗硫酸鹽水泥作為膠凝材料。

國內(nèi)外對水泥中摻入摻合料的膠凝材料做了大量的研究, 研究表明, 摻入粉煤灰、硅灰及礦渣等摻合料的混凝土抗腐蝕能力將有很大的提高。以摻硅灰為例: 摻入8%硅粉的混凝土達(dá)到氯離子臨界腐蝕濃度的時(shí)間比普通混凝土延長8倍。粗料宜采用吸水率低且級配良好的石灰石、花崗巖等硬質(zhì)巖石粗骨料, 細(xì)骨料要求一定的細(xì)度模數(shù)。

水灰比控制: 水灰比對混凝土的滲透性有決定性的影響, 歐洲《CEB 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》給出的水灰比與滲透性的關(guān)系, 表明水灰比越低混凝土抗?jié)B透性越好, 也表明混凝土的透氣性和離子穿透性越差, 抗腐蝕性能越好。

外加劑的選用及混凝土質(zhì)量控制: 在于提高與混凝土的含氣量, 避免出現(xiàn)干縮、溫度裂縫等施工缺陷, 從而提高混凝土質(zhì)量。

3.2　附加防腐措施

附加措施, 在于強(qiáng)化對鋼筋的保護(hù), 彌補(bǔ)混凝土保護(hù)能力的不足。一般的附加技術(shù)措施見表3。

最常用的附加措施是采用環(huán)氧涂層鋼筋、鋼筋阻銹劑及混凝土表面涂層。

4　塔煙合一冷卻塔防腐方案的初步構(gòu)想

根據(jù)上述對煙塔合一冷卻塔所處環(huán)境、腐蝕介質(zhì)、腐蝕機(jī)理及防護(hù)措施的分析, 對煙塔合一冷卻塔擬采用如下防腐方案:

砼: 采用高性能砼, 強(qiáng)度不低于C40。

抗?jié)B: 塔筒及人字柱不低于W10, 其他部位不低于W8。

抗凍: 按工程所處環(huán)境確定。

水泥: 采用普通硅酸鹽水泥(C3A) 5～8%。

摻合料: 采用雙摻, 摻入8～10%的硅灰或 30%左右的粉煤灰。

最小膠凝材料量用400～430kg/m3 , 最大水膠比不大于0.4。

骨料: 粗骨料采用低吸水率的花崗巖, 顆粒級配良好, 粒徑5～20mm。

添加劑: 摻入高效減水劑和引水劑, 砼含氣量平均值6% , 氣泡間距不大于200μm。

混凝土的電通量(56天齡期) ≤1000C。

鋼筋保護(hù)層厚度: 塔內(nèi)壁40mm, 除水器以下用50mm, 塔外壁用35mm; 人字柱、淋水構(gòu)架及基礎(chǔ)用50mm。

設(shè)計(jì)控制: 裂縫開展寬度不大于0.1mm, 梁兩側(cè)設(shè)間距不大于200mm的腰筋。

施工控制: 硬化后的混凝土氯離子含量不應(yīng)超過膠凝較重的011% , 其次加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)和施工縫處理。

混凝土表面防腐: 采用涂層防腐。內(nèi)表面采用一底三面成膜厚不小于200μm 防腐涂層, 涂層可采用環(huán)氧基涂料或聚胺脂樹脂涂料及其它適宜的涂料; 塔筒外表面采用一底一面成膜厚度80um涂層, 涂料采用丙烯酸樹脂涂料或丙烯酸樹脂與氯磺化樹脂合成涂料。

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