不设GGH时的烟囱排烟筒设计
针对脱硫系统不设GGH时烟气对排烟筒的温度、压力、腐蚀作用，设计体积密度低、强度高、隔热性能好、耐腐蚀、抗渗能力强的耐酸砖砌体排烟筒。
1 概述
从本世纪开始新建的火力发电项目都要求进行烟气脱硫处理，烟囱由单筒式转变为套筒式或多管式。烟气脱硫方法基本上是以石灰石/石膏湿法为主，湿法脱硫以后虽然烟气中的SO2被大量吸收，但SO3却不能脱掉，而且烟气温度降低，湿度增大，在不设GGH（烟气加热装置）的情况下，进入烟囱的烟气温度不超过50℃，低于酸露点，含水量约为100mg/m3,正压状态下烟囱筒壁会结露形成酸液，给烟囱的安全运行带来腐蚀危害，此时一般设置GGH将烟气温度加热至80℃左右排出，用以减少烟气对排烟筒的低温腐蚀，延长烟囱的使用寿命。套筒式烟囱的出现将烟囱由一个免维护砼构筑物提升成为一个具备维护条件的排烟设备，即外筒为现浇钢筋砼结构，承担外部作用和内筒重力；内筒为钢结构或耐酸砖砌体排烟筒，两者之间有不小于750mm的维护通道。
针对排烟筒的防腐问题各设计院都非常重视，其结构有采用钢的，也有采用耐酸砖砌体的；有单筒的（两炉一筒）也有多筒的（一炉一筒）；造价由2100万元到6000万元（限额设计）不等。钢结构排烟筒耐腐蚀性能好，运行维护工作量少，但造价较高；耐酸砖砌体结构排烟筒经济性最好，但耐腐蚀性相对较差，存在运行维护相对较多的问题。脱硫系统不设置GGH能为业主节省约3000万元的设备购置费（按两台炉计），此费用对任何一个发电公司都有相当大的吸引力，一些电厂在初步设计阶段明确是要设置GGH的，但一到订货时就将其取消，显然是高额的设备购置费迫使业主选择取消，由此带来的不利因素全部转移到了电厂的最未端设备——烟囱排烟筒上，那么排烟筒能否担当此重任呢？是设计成钢结构的还是耐酸砖砌体的呢？将是本文所要讨论的问题。
2 烟气对排烟筒的作用
2.1 烟气温度作用
排烟筒直接承受烟气的温度作用，火力发电厂进入烟囱的烟气温度是随其运行工况的变化而变化的。目前脱硫系统大都设置在烟囱后侧，而脱硫系统有设置和不设置GGH之分，此时进入烟囱的烟气就有如下不同的运行方式和不同的温度：当事故时不经过脱硫系统而直接进入烟囱的烟气温度最高可达160℃，非常时可达200℃；当烟气经过设置GGH的脱硫系统时其温度约为80℃；当烟气经过不设置GGH或GGH事故的脱硫系统时其温度约为50℃.烟囱在其寿命期内要承受上述不同温度的反复作用，同时也要求设计者在选择材料隔热性上应满足上述温度变化要求。
2.2 烟气压力作用
根据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T5121-2000）规定，脱硫烟囱排放的烟气最高可确定为中等腐蚀性等级，允许烟囱内局部正压运行，但最大烟气压力不宜超过49Pa。
套筒型烟囱的排烟筒一般是直筒的，其烟气压力因烟囱出口流速、筒内表面粗糙度及烟气温度等因素有关，金竹山电厂烟囱排烟筒出口直径8.5m，每隔20m左右设置一环形支承平台，排烟筒为凸肩式支承，烟气摩擦阻力系数λ=0.05，但其内表面采用防水抗渗型耐酸胶泥粉刷，摩擦阻力较无粉刷的要小，取0.04(无凸肩取0.003)：当烟气温度为80℃时，其出口流速约31m/s，由式2.1-1计算排烟筒内静压33Pa；当烟气温度为50℃时，其出口流速约28m/s，其静压49.3Pa，此压力发生在烟囱底部，出口处压力为零，其分布曲线为一条斜直线。由此可知，系统设置GGH时，由于烟气温度较高，其重力密度低于空气重力密度，很容易实现筒内负压；当系统不设置GGH或GGH事故时其烟气重力密度大于空气重力密度，排烟筒内是正压运行，但压力与容许值相当，满足规程要求（其出口流速和排烟量也基本满足直型排烟筒负压运行要求）。正压运行时要求排烟筒不开裂、不漏烟。
2.3 烟气腐蚀作用
脱硫系统不设置GGH时，烟气水分含量高，含水量约为100mg/m3（两台锅炉每天约11000kg），湿度大，温度低,重力密度大，烟囱自拔高度低，出口流速下降。进入烟囱的烟气温度不超过50℃，低于酸露点,正压状态下烟囱筒壁会结露形成酸液，给烟囱的安全运行带来腐蚀危害。由于国内脱硫烟囱运行时间较短，积累的资料较少，仅2006年某单位对唐山发电厂采用湿法脱硫后的烟囱内壁酸液进行了化验，其PH值分别为2.48和2.45，依据现行防腐规范其值对砼结构和砖砌体属于强腐蚀范围。此外脱硫处理后的烟气一般还含有氟化氢和氯化物，是一种腐蚀性高、渗透能力强的物质。上述腐蚀性液体、气体直接作用在排烟筒上，要求排烟筒具备抗腐蚀的能力。
3 排烟筒设计
根据烟气对排烟筒的温度作用、压力作用、腐蚀作用及外部荷载的作用，对排烟筒进行结构设计和材料选择。套筒型烟囱的排烟筒有采用钢的，也有采用耐酸砖砌体的。钢结构排烟筒(包括内外防腐保温层)因其材料匀质、整体性能好、抗渗透能力强、耐腐蚀性能好、运行维护少等优点，无论是用于设置GGH还是不设置GGH的脱硫系统都能满足设计要求，但造价较高，相同条件下较耐酸砖砌体排烟筒造价高出1000万元以上，此费用约为取消GGH节省部分的35%。不同条件下的双钢内筒烟囱造价高达6000万元，较耐酸砖砌体排烟筒造价高出约4000万元，在经济欠发达的内地很难接受，投资方期望以低投入换取高效益。
不设置GGH时采用耐酸砖砌体排烟筒能否满足要求呢，行业标准《火力发电厂烟囱（烟道）内衬防腐材料》（DL/T901-2004）（简称标准，下同）为适应当前湿法脱硫的要求，对近年来开发应用的密实型耐酸胶结料、防水抗渗型耐酸砖的技术性能及要求做了规定，标准根据火力发电厂烟囱使用的特殊要求，对制品的耐酸性能除检测浸酸安定性外，还对浸酸后的强度及其变化进行了检测；对制品的耐热性能、强度和变化进行了检测；考虑到脱硫系统湿式运行对制品进行了耐水性检测，故此该标准第4.2条明确规定体积吸水率不大于5%的（泡沫）超轻质、轻质（Ⅰ型）耐酸砖（砌块），宜用于砌筑以湿式脱硫方式运行的****、多管或套筒型钢筋砼烟囱（烟道）的内衬(排烟筒)。前已述及不设置GGH的脱硫烟气要求排烟筒在温度作用下维护通道内的温度不超过38℃，保证通道内有良好的维护环境；在压力作用下排烟筒不漏烟、不污染环境；在低温腐蚀下能耐酸、耐碱，保证排烟筒在寿命期内能运行正常。
3.1 排烟筒隔热设计
经与标准主要起草人共同研究金竹山电厂排烟筒典型截面如图3.1-1所示，排烟筒主体采用宜兴生产的FDB-Ⅰ型超轻抗渗耐酸砖、KS-Ⅰ型防水抗渗耐酸胶结料砌筑。其内表面粉刷防水抗渗型耐酸胶泥，外表面设置粉刷层和保温层。 其主要技术指标见表3.1-1.
表3.1-1 FDB-Ⅰ、KS-Ⅰ主要技术指标