尹寶聚

(神華國華永州發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南 永州 425099)

1 概況

火力熱電廠行業(yè)為了減少環(huán)境污染，減少對(duì)環(huán)境的損害和提高廢氣、煙氣的排放率，一直在不斷開發(fā)新工藝和技術(shù)。煙塔合一技術(shù)就是一種較成功的技術(shù)。煙塔合一技術(shù)在國外從20世紀(jì)70年代就開始研究，通過不斷的試驗(yàn)、研究、分析和改進(jìn)，技術(shù)已日趨成熟。我國二十一世紀(jì)初開始引進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過多年的吸收總結(jié)，目前完全具備煙塔合一的技術(shù)能力[1]。

隨著工程應(yīng)用的增加，混凝土的腐蝕問題逐漸暴露出來，如何防腐是擺在我們面前的一道難題。針對(duì)火電廠煙塔合一冷卻塔混凝土防護(hù)的問題，研究的新工藝在一些具體項(xiàng)目上得到應(yīng)用，施工簡易可行并在后期數(shù)據(jù)追蹤發(fā)現(xiàn)性能更加優(yōu)越。

2 煙塔合一技術(shù)中冷卻塔的腐蝕與防腐

通過濕法脫硫處理后的凈煙氣中仍然含有一定量的二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、一氧化氮(NO)、氯化物(Cl-)、二氧化碳(CO2)等有害氣體。這些氣體進(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(huì)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)。例如德國某電廠煙氣冷凝水的成分分析結(jié)構(gòu)[1](見表1)。

2.1 冷卻塔混凝土腐蝕特點(diǎn)

冷卻塔混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性失效主要與侵蝕有關(guān)，這種侵蝕不同于其它建筑結(jié)構(gòu)，主要有溶出性侵蝕、微生物弱酸腐蝕和凍融破壞三種形式，其結(jié)果表現(xiàn)為混凝土層疏松、掉皮、甚至露筋，或因沖刷、凍融破壞導(dǎo)致混凝土壁內(nèi)空隙加大等，嚴(yán)重的最終導(dǎo)致冷卻塔的失效報(bào)廢。對(duì)冷卻塔混凝土耐久性的保護(hù)，首先應(yīng)弄清混凝土受到的侵蝕破壞特點(diǎn)，進(jìn)而有針對(duì)性的進(jìn)行防護(hù)是十分重要的[2]。

(1)溶出性侵蝕

溶出性侵蝕是冷卻塔混凝土破壞的最主要形式之一，這是因?yàn)樵谒谢炷了嗨a(chǎn)物中，Ca(OH)2的溶解度是最大的，它的極限石灰濃度為21mmol/L，pH值為12.5，因此當(dāng)混凝土處于水中時(shí)，由于環(huán)境水的不斷滲入，Ca(OH)2為了保持其穩(wěn)定存在，首先被溶解直至混凝土液相鈣濃度達(dá)到極限濃度。但混凝土內(nèi)外液相鈣的濃度差，導(dǎo)致鈣的不斷向外擴(kuò)散，若環(huán)境水是流水(冷卻塔循環(huán)水即如此)，在不斷的溶解和擴(kuò)散中，混凝土內(nèi)部的Ca(OH)2逐漸耗盡，此時(shí)缺少了Ca(OH)2的“保護(hù)”，CSH凝膠開始分解。因此水泥石水化產(chǎn)物的穩(wěn)定都必須在一定濃度的石灰溶液中才能夠保證，如果液相中的石灰濃度小于該水化產(chǎn)物的極限濃度，則該水化產(chǎn)物將被溶解或分解，有資料表明：當(dāng)混凝土中鈣溶出量達(dá)到自身的25%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度下降36%，抗拉強(qiáng)度下降66%，當(dāng)溶出量達(dá)到33%時(shí)，混凝土變得酥松而失去強(qiáng)度[2]。

(2)微生物弱酸腐蝕

在敞開循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，微生物的危害往往與水垢和侵蝕的危害并列為三大危害，微生物是指各類非常微小的單細(xì)胞生物。在循環(huán)冷卻水中的微生物分為藻類、細(xì)菌及真菌。冷卻塔光照充足，通氣良好，是藻類生長的理想場所，特別是敞口的冷卻塔，藻類的繁殖更加嚴(yán)重，藻類分為藍(lán)藻、綠藻、硅藻等，藻類在冷卻塔壁或淋水構(gòu)件上生長，會(huì)引起許多其他微生物的共同生長繁殖，組成復(fù)雜的生物群落。這種生物群落在其新陳代謝的過程中要產(chǎn)生各種酸類，對(duì)混凝土起腐蝕作用。細(xì)菌可分為鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌、硫細(xì)菌及氮化細(xì)菌等，其中硫酸鹽還原菌對(duì)金屬的腐蝕主要是通過陰極去極化作用加速腐蝕過程；而有鐵細(xì)菌活動(dòng)的部位，氫氧化鐵沉積物的產(chǎn)生不僅速度快而且量大，當(dāng)氧濃差電池形成以后，陽極區(qū)溶解的鐵離子因鐵細(xì)菌的作用迅速被氧化，因而加速了鐵的進(jìn)一步腐蝕；硫細(xì)菌為好氧性細(xì)菌，一般在氧與硫化物同時(shí)存在的微氧環(huán)境下繁殖，能夠把硫化物、硫或硫代硫酸鹽氧化成硫酸，生成的硫酸使水的pH值降低，在局部區(qū)域內(nèi)甚至可能生成相當(dāng)于10%濃度的硫酸，使pH值降低到1.0～1.1。低pH值會(huì)使金屬和混凝土局部腐蝕破壞；氮化菌為好氧性菌，能使水中有機(jī)態(tài)氮化物轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)氮，硝酸菌、亞硝酸菌和反硝化菌適宜于中性或堿性環(huán)境，這種菌群對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的危害很大，硝化細(xì)菌群中的三類細(xì)菌可以互相促進(jìn)繁殖。亞硝酸菌和硝酸菌化轉(zhuǎn)化出大量的亞硝酸和硝酸，使系統(tǒng)pH值降低，造成金屬和混凝土的腐蝕。

(3)凍融破壞

冷卻水在冷卻塔中會(huì)出現(xiàn)凍融破壞問題。這是由于在混凝土內(nèi)部存在微細(xì)孔隙，冷卻水進(jìn)入空隙后不僅造成腐蝕，在冬天還會(huì)使水凍結(jié)。因水凍結(jié)時(shí)體積膨脹9%，從而產(chǎn)生相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力，使鋼筋混凝土塔壁產(chǎn)生裂紋而破壞，這在我國北方地區(qū)表現(xiàn)的較為明顯。

就混凝土材料自身而言，冷卻塔混凝土耐久性的失效原因主要是由以上三種侵蝕方式造成，但這三種方式并非孤立的各自作用，而是相互促進(jìn)：溶出性侵蝕使混凝土表面變得酥松，增加了混凝土的孔隙率，為微生物進(jìn)一步深入侵蝕混凝土中的鋼筋創(chuàng)造了條件；而混凝土孔隙率的增加，同時(shí)也增加了混凝土的表面吸水率，在負(fù)溫情況下，加劇了混凝土的凍融破壞；凍融破壞更加劇了表層混凝土的破壞，使內(nèi)部新的混凝土裸露出來，又為溶出性侵蝕創(chuàng)造了條件，因此這三種侵蝕方式互為影響，如同一惡性循環(huán)環(huán)境，其破壞力遠(yuǎn)比單一一種侵蝕方式更為嚴(yán)重。

3 冷卻塔混凝土防腐

為了保證冷卻塔的安全、長周期運(yùn)行，須對(duì)冷卻塔內(nèi)混凝土各部件進(jìn)行防腐蝕保護(hù)處理。過去管用做法是選用油性防腐涂料，以雙組份環(huán)氧樹脂型、聚氨酯樹脂型等涂料為主。然而，這些涂料并未能有效符合冷卻塔實(shí)際使用時(shí)，遇到的問題，比如不均勻熱荷載。另外一個(gè)問題，由于混凝土堿性材質(zhì)的特征，易與涂刷其表面的高分子涂料發(fā)生皂化反應(yīng)，使涂膜老化，降低涂層壽命，結(jié)合實(shí)際勘查發(fā)現(xiàn)，大部分冷卻塔防腐涂料，三至五年時(shí)間內(nèi)易出現(xiàn)掉皮、開裂和與混凝土分離的現(xiàn)象，因此防腐涂料不能從根本上解決冷卻塔混凝土耐久性的保護(hù)問題[3]。目前市場應(yīng)用上，已經(jīng)出現(xiàn)一種新的水性聚合物改性砂漿涂料，替換傳統(tǒng)的油性防腐涂料，由于水性聚合物砂漿的體系，能與混凝土本身結(jié)合更好，因而具備更好的防腐性能和施工性能的優(yōu)勢，并減少VOC排放，更加環(huán)保。

3.1 目前國內(nèi)煙塔合一冷卻塔常用防腐配套(見表2)

表2 煙塔合一常規(guī)防腐修復(fù)步驟及采用材料

冷卻塔需要采用高性能材料進(jìn)行防腐保護(hù)，但是系統(tǒng)極性及細(xì)節(jié)填充效果不足更容易導(dǎo)致整個(gè)工程的失敗，從而導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失。此方案在實(shí)際工程項(xiàng)目中的嚴(yán)重不足：兼容性問題：混凝土本身為水性且疏松多孔，隨著溫度和濕度的變化進(jìn)行“呼吸作用”，而封閉底漆為溶劑型，經(jīng)常碰到從封閉底漆層大面積脫開。

缺損和孔洞填充問題：在經(jīng)過噴砂表面處理后，混凝土的缺損和坑孔充分暴露，環(huán)氧膩?zhàn)油ǔ槿軇┬?，由于極性不同，且填充能力相當(dāng)有限，導(dǎo)致不能有效填充和封閉氣孔，后期極易由點(diǎn)及面，造成防腐工程的失敗。

3.2 針對(duì)以上兩個(gè)問題，我們針對(duì)性篩選了新產(chǎn)品和工藝，工程實(shí)例驗(yàn)證了以下體系具備更為合理、優(yōu)越的防腐保護(hù)能力(詳見表3)。

表3 煙塔合一改進(jìn)防腐修復(fù)工藝及采用材料

3.2.1 鋼筋修復(fù)區(qū)域及其他大缺損區(qū)域，手工涂覆高強(qiáng)度水性聚合物砂漿。

3.2.2 蜂窩狀表面區(qū)域等小缺損的修復(fù)，手工涂覆超高強(qiáng)度水性聚合物砂漿，產(chǎn)品用于修復(fù)0-1mm的缺損及蜂窩狀表面。

3.2.3 大面施工混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)涂層噴涂，滾涂施工浸泡級(jí)高交聯(lián)密度環(huán)氧油漆。

3.2.4 大面耐老化涂層噴涂，滾涂施工脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆。

上述工藝在甘肅寧東某電廠、安徽廬江某電廠等項(xiàng)目上得到實(shí)際應(yīng)用。該工藝施工更加簡易可行，在項(xiàng)目后期數(shù)據(jù)追蹤發(fā)現(xiàn)性能優(yōu)越，防腐效果良好。

4 結(jié)論

本文總結(jié)了目前國內(nèi)煙塔合一冷卻塔防護(hù)的基本知識(shí)及防護(hù)系統(tǒng)，根據(jù)分析總結(jié)，對(duì)普通工藝及材料進(jìn)行替代改良，選用超高強(qiáng)度水性聚合物砂漿來修復(fù)和填充噴砂表面處理混凝土表面暴露出來蜂窩狀表面、大小坑孔等缺陷。經(jīng)過項(xiàng)目實(shí)踐，驗(yàn)證了該工藝方案更加優(yōu)異的施工和防護(hù)能力。