燃煤火电厂排烟冷却塔钢筋混凝土结构防腐蚀问题

杨 乐

(山西省电力勘测设计院，山西 太原 030001)

1 概述

燃煤电厂采用冷却塔排放烟气技术时，烟气中含有的腐蚀性介质会对冷却塔混凝土结构产生侵蚀破坏作用，降低冷却塔结构耐久性、安全性。因此，采用此技术时需要选用适当的钢筋混凝土结构材料及防腐蚀方法。

2 排烟冷却塔混凝土腐蚀机理

烟气对钢筋混凝土结构的腐蚀，主要是由于煤中含有S 等有害杂质。以燃煤为主的火电厂烟气中通常含有大量的SO2，CO2，NOx，SOx等物质。经调查，目前国内多数燃煤电厂烟气中SO2的含量为400 mg/m3左右，烟气中的CO2含量在12%～16%之间(重量比)。依据环保要求，发电厂必须设烟气脱硫装置，其实际脱硫效率在80%～95%之间，因此脱硫后烟气中仍有大量的腐蚀性气体物质。烟气中有害成分通过溶解、结露会产生具有严重腐蚀性的溶液，溶液中的酸性物质与混凝土中水泥的水化产物Ca(OH)2反应，会导致混凝土的溶蚀解体，当溶液渗透到钢筋表面时，会导致钢筋锈蚀。另外，烟气中大量的CO2会加速混凝土的碳化而降低其碱度，从而破坏了钢筋表面的钝化膜，碳化还会加剧混凝土的收缩使其表面产生裂缝，影响结构的安全。

3 排烟冷却塔混凝土的防腐

对于排烟冷却塔的腐蚀情况，其腐蚀介质种类较多，腐蚀类型包括溶析作用、碳化作用、结晶作用等。

3.1 降低混凝土中易腐蚀的物质含量

通过添加粉煤灰、矿粉等掺合料来降低Ca(OH)2的含量，但是由于混凝土中水化铝酸盐和Ca(OH)2是必然存在的，所以这只能作为一种提高混凝土抗腐蚀性能的辅助手段。

3.2 提高混凝土的密实度、改善混凝土内部孔隙结构和降低混凝土的孔隙率

混凝土内部的腐蚀主要是外部腐蚀介质通过混凝土内部孔隙造成的或者是内部水化产物通过内部孔隙溶析出去，所以内部孔隙是腐蚀的快速通道。当在混凝土内部添加极细的微小物质或掺入可产生火山灰反应的活性物质如硅灰，可以降低混凝土孔隙率并减少连通孔隙的数量。当在混凝土中掺入引气剂时也可以改变混凝土的孔隙结构，变连通的孔隙为孤立细小的孔隙，这些措施都可以减小混凝土腐蚀的速率。

3.3 采用高性能混凝土

对于常规冷却塔，国内的冷却塔设计规范规定冷却塔通风筒采用的混凝土强度标号不低于C30，抗渗标号是W8，并根据所处区域寒冷情况选用抗冻等级。目前较常用的方法是采用“普通硅酸盐水泥+掺合料+外加剂”来拌合适用于烟塔合一的高性能混凝土。

结合冷却塔的施工特点、工作环境以及和其他工序的配合条件，HPC 混凝土还必须具有可泵送性好、抗压强度高、混凝土体积变形小和耐久性好等品质。为了配制HPC 混凝土，水泥除按规范要求限制铝酸三钙的含量不宜超过8%、不得掺用氯盐，并按水工混凝土的标准进行拌制等要求外，还必须选用合适的骨料、拌和水及养护水。冷却塔的粗骨料一般要求采用新鲜的花岗岩。细骨料一般采用的是新鲜的河砂，其含泥量控制要求以及筛分比例应比常规冷却塔具有更高标准。冷却塔混凝土所用的拌和水以及养护水应该采用淡水。

3.4 采用聚合物改性混凝土

近年来，随着化学工业的发展，将有机材料和无机材料进行复合从而生产出具有优良性能的聚合物新材料，聚合物材料用于混凝土工程中，使得混凝土的性质显著改善，也产生了一种新型的混凝土——聚合物改性混凝土。

聚合物改性混凝土的机理，主要有以下几个方面，如改变水泥石结构形态、改变水泥的水化和凝结硬化性能、改变混凝土内部孔隙结构和孔隙率、改变混凝土拌合物工作性能以及聚合物和水泥或水泥的水化产物发生化学作用等，从而改善了混凝土的物理、力学和变形性能等。而从微观结构角度出发，聚合物会通过成膜作用形成独立于水泥水化产物网架状结构外的独立空间网状结构，因此赋予混凝土更好的胶结状态，这已经被微观测试手段所证实。在防腐蚀性能方面，即使水泥水化产物网架状结构因腐蚀而解体，但是只要聚合物的网状结构存在，混凝土仍然能够保持良好的力学和变形性能。

3.5 塔筒混凝土内壁涂刷防腐涂料

一般的冷却塔内壁，以氯磺化聚乙烯和普通聚氨酯类涂料涂装即能达到有效保护，但烟塔合一冷却塔的使用条件对内壁防腐提出了更高要求。一般选择的涂料中，主要有有机涂层、沥青涂层、渗透涂层、纤维增强涂层。

1)纤维增强涂层。纤维增强涂层:如玻璃鳞片覆层、玻璃钢隔离层，用于强腐蚀环境中能有效保护基层，玻璃鳞片覆层一般刮涂法施工，比较复杂，玻璃钢层用于塔筒内壁不太现实，不予考虑。这些涂层的防腐蚀性能从GB 50046—2008 工业建筑防腐蚀设计规范中对该类材料的选择可见一斑。

2)沥青涂层。沥青涂层常选用再生胶沥青防水涂料、氯丁胶乳防水涂料，该涂料有一定的耐腐蚀效果，但综合性能较差，易开裂，附着力差，对于水性基沥青类涂料着重考虑它的耐水性。

3)渗透涂层。渗透涂层常见的为水玻璃涂层和有机硅涂层。该类材料渗透入混凝土表层并在其表面形成憎水层，涂装后形成类似油膜的效果，外观与涂装氰凝后相似。这种防腐材料在冷却塔塔筒内壁上使用较少。

4)树脂类涂层。树脂类有机物涂料有热塑型和热固型两大类，尤其是热固型材料，因为是交联结构，固化无可逆性，防腐效果显著。GB 50046—2008 工业建筑防腐蚀设计规范中附录B.02表中，环氧类材料能耐≤60%的硫酸，≤31%的盐酸(浓)，≤10%的硝酸，≤5%的氢氟酸。可见，在酸性场合，环氧是能满足要求的。另外，一些涂料生产厂家将玻璃鳞片改性后掺混到环氧涂料中，同时兼容了玻璃鳞片覆层的抗渗透性和环氧树脂的耐腐蚀性。玻璃鳞片的耐酸性也是不容置疑的，而且更为突出的是，该类涂料的耐磨性随之提高。

5)聚氨酯涂料。聚氨酯涂料的耐酸性和其他综合性能也很优秀，如果是在户外阳光照射下，它的耐候性比环氧更胜一筹。特别值得一提的是聚氨酯涂料中的喷涂聚脲，在瞬间可形成厚的涂层，可达1 mm 以上，更厚的可以一道喷涂达5 mm 左右，喷涂聚脲的耐磨性突出，抗渗性优良。但该涂料的缺点是造价较高，喷涂设备笨重，对于设备的要求较高，喷涂管道需要加热，需要有强大的压缩空气作为动力。

聚氨酯层作为面涂配套使用，该类型涂料属双组分交联涂料，发生交联的两个官能团羟基和异氰酸基经化学计算等当量配制，交联密度较高，即使长期在电解质溶液(如海水)中亦不易发生解离和导致松弛，而且有机固化物有立体交联网状结构，化学稳定性极高，即使在40 ℃～50 ℃的温度使用下，仍能保持其恒久的耐蚀性，有效保护混凝土，涂料表面光洁，不易产生粘泥和其他附着性微生物，有自洁的功能。

6)防腐涂料涂刷厚度和范围。考虑到空冷系统塔内正常运行时塔内无水汽，因而工作条件要大大好于湿冷系统，所以间接空冷塔通常选用价格相对低廉又能满足防腐要求的聚氨酯树脂涂料，涂装时为一底三面膜厚大于250 μm。另外当烟塔合一时，由于排烟口的烟气出口流速要大于塔内的空气流速(烟气流速约在10 m/s～15 m/s，空冷塔内空气流速约在2 m/s～6 m/s)，在正常运行时塔中心烟气周围的空气压力要大于烟气的压力，因而在塔中心的烟气不会向周围扩散而是沿着塔中心垂直向上排放形成一个烟柱，只有在外界有大风时烟气才会吹向塔壁。考虑到上述因素塔体的防腐涂层从塔顶往下1/3 高度内进行涂刷。

4 结语

对于燃煤火电厂排烟冷却塔钢筋混凝土结构防腐蚀问题，本文中分析了冷却塔混凝土的腐蚀机理，论述了冷却塔混凝土的防腐方法。在具体的问题处理中，可采用高性能混凝土提高混凝土的密实度，采用聚合物改性混凝土改善混凝土内部孔隙结构来提高冷却塔混凝土自身的防腐性能，在混凝土内壁涂刷防腐涂料来提高其耐酸性及耐水性，从而提高排烟冷却塔钢筋混凝土结构防腐蚀能力。

［1］GB 50660—2011，大中型火力发电厂设计规范［S］.

［2］DL/T 5339—2006，火力发电厂水工设计技术规范［S］.

［3］GB 50046—2008，工业建筑防腐蚀设计规范［S］.