一种烟囱与钢基体烟道交接缝防腐层结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种烟囱与钢基体烟道交接缝防腐层结构及其制备方法，属于火电厂脱硫防腐处理技术领域。
背景技术
火电厂排放的大量烟气中包含有大量的SO2，其中SO2与空气中的水分结合形成酸液，日积月累以酸雨的形式污染环境，影响人们的身体健康。随着人们对环境污染(特别是大气污染)的重视，火电厂排放的大量烟气对大气的污染越来越受到人们的重视，因此要求火电厂排放之前需经过脱硫处理，脱硫后排入大气的是低温湿烟气、含有不同成分的酸液，如：硫酸、硝酸等，腐蚀性较强，这些酸液不同程度对脱硫设备、烟气烟道等带来较大的腐蚀，因此如何对烟囱(烟道)进行防腐措施，成为额待解决的问题。
目前，某些使用脱硫装置的火电厂，将部分混凝土烟道换成碳钢基体烟道，更换后的这段混合烟道起着重要的作用，一方面起着输送高温干烟气的作用，另一方面又是输送脱硫后的湿烟气的重要装置，因此在该段混合烟道(特别是钢基体烟道与道混凝土基体烟道交接缝)选择合理的防腐层结构极为重要。在脱硫运行时，经过脱硫后的低温湿烟气从这段烟道经过，再进入烟囱，此时烟道内呈弱酸性湿环境，存在酸液积集。而当在电厂锅炉点火或脱硫设备因故停运等期间，高温干烟气会直接经过这段烟道进入烟囱，此时烟道内为高温多粉尘环境。此时的烟道内是干湿高低温交替环境，基体热胀冷缩较大，条件恶劣，对防腐层的结构、性能要求高。如果防腐层结构选择不合理，防腐保护层未起到保护隔离作用，酸液会穿过防腐层渗透到基体，腐蚀基体，并有大量酸液从钢基体烟道与混凝土基体烟道的交接缝泄漏出污染环境，甚至造成该段烟道不能使用，使整个电厂停机不能发电的严重后果。
目前，在钢基体烟道与道混凝土基体烟道交接缝处理方法，都是用石棉绳进行填充，然后再在其上面做玻璃钢防腐层。该方案施工方便、成本较低，但使用效果不好，由于环境恶劣，且热胀冷缩易造成防腐层破坏、脱落，也就造成了需要经常维修的缺点，每次检修都必须更换该防腐层，使得维修成本极高。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术存在的缺陷，提供一种烟囱与钢基体烟道交接缝防腐层结构及其制备方法，具有结构简单，使用方便快捷，且防腐效果良好，能克服基体变形等优点。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：
一种烟囱与钢基体烟道交接缝防腐层结构，所述防腐层结构设于钢烟道基体和混凝土烟囱基体之间及其内侧侧壁上，所述防腐层结构包括设于钢烟道基体和混凝土烟囱基体之间交接缝中的硅胶填充层，所述硅胶填充层的上方依次贴附有柔性填充层和氟橡胶蒙皮，所述柔性填充层贴合于硅胶填充层，所述柔性填充层和氟橡胶蒙皮的一端均贴附于钢烟道基体，另一端均贴附于混凝土烟囱基体，以使钢烟道基体和混凝土烟囱基体之间的间隙密封。
在交接缝内填充弹性硅胶形成硅胶填充层，作为烟道基体的防腐层结构，能够抵抗烟道内各种酸液的腐蚀，耐久性能好，具有很好的延伸性能，能有效抵抗烟道变形带来的破坏，避免酸液泄漏出烟道造成污染，柔性填充层和氟橡胶蒙皮设于硅胶填充层的上方，其两端分别固定于钢烟道基体和混凝土烟囱基体上，所以给予第一硅胶层填充层一定的伸缩度，避免硅胶填充层破裂，导致整个防腐层结构崩裂，对烟道造成较大损坏。该设计能够充分地抵抗热胀冷缩和振动，整体性能好，硅胶填充层、柔性填充层和氟橡胶蒙皮相结合，作为烟道基体的防腐层结构，能够抵抗烟道内各种酸液的腐蚀，耐久性能好，具有很好的延伸性能，能有效抵抗烟道变形带来的破坏。三层设计有机地结合起来，且与钢烟道基体以及混凝土烟道基体的防腐材料层稳靠地连接，具有很好的防护性能，保证防腐层结构的稳定可靠，且使用寿命长，维修成本低。
进一步的，靠近钢烟道基体和混凝土烟囱基体处的氟橡胶蒙皮下方均设有硅胶填充层，靠近钢烟道基体处的硅胶填充层上设有固定螺栓和螺母，靠近混凝土烟囱基体处的硅胶填充层上设有稳固螺钉。硅胶填充层的设计提高柔性填充层和氟橡胶蒙皮的固定稳定性，且使得氟橡胶蒙皮的侧面与防腐材料层的侧面在同一水平线上，便于后续安装螺钉材料层，避免留有间隙，防止酸液入侵腐蚀。
进一步的，所述钢烟道基体和混凝土烟囱基体的内侧壁还设有防腐材料层。
进一步的，所述固定螺栓和稳固螺钉的上方均设有螺钉密封层，所述螺钉密封层一端贴附于防腐材料层上，另一端贴附于氟橡胶蒙皮上。在固定螺栓和稳固螺钉的表面设置螺钉密封层，避免烟道内的酸性液体对固定螺栓和稳固螺钉造成腐蚀，保证其寿命更久。
进一步的，靠近固定螺栓和稳固螺钉处设有FRP压条。所述固定螺栓和稳固螺钉穿过FRP压条连接到钢烟道基体和混凝土烟道基体上，且所述FRP压条与柔性填充层的上表面贴合。采用上述结构，在固定螺栓和稳固螺钉下垫有FRP压条，使得稳固螺钉能够就将柔性填充层压得更加的紧实，且不会对柔性填充层造成损坏，使其防护层结构更加的稳靠，防腐性能更好。
进一步的，所述螺钉密封层和氟橡胶蒙皮的外侧设有玻化陶瓷砖。所述玻化陶瓷砖和氟橡胶蒙皮之间通过柔性填充层填充密封。
进一步的，烟囱与钢基体烟道交接缝防腐层结构的制备方法，包括以下步骤：
1)在钢烟道基体和混凝土烟囱基体的侧壁涂覆有防腐材料层；
2)将硅胶填充层填充满钢烟道基体和混凝土烟囱基体之间的间隙；
3)将柔性填充层和氟橡胶蒙皮依次置于硅胶填充层的上方，靠近钢烟道基体和混凝土烟囱基体处的氟橡胶蒙皮下方均设有硅胶填充层，以使氟橡胶蒙皮两端的上表面与防腐材料层持平；
4)在固定螺栓和稳固螺钉下分别垫有FRP压条，以使固定螺栓将柔性填充层和氟橡胶蒙皮的一端固定于钢烟道基体上方，稳固螺钉将柔性填充层和氟橡胶蒙皮的另一端固定于混凝土烟囱基体上方；
5)在固定螺栓和稳固螺钉的外侧贴敷有螺钉密封层。
进一步的，所述防腐材料层的制备方法，包括以下步骤：
1)在钢烟道基体的外壁涂覆有碳化硅涂料层，所述碳化硅涂料层的原料包括绿碳化硅和有机硅树脂；
优选的，所述碳化硅涂料层的原料按重量份计包括绿碳化硅15-20份和有机硅树脂20-22份；
2)在碳化硅涂料层的外壁涂覆有混合涂料层，所述混合涂料层的原料包括碳化硅、石墨烯、氧化锆和有机硅树脂；
优选的，所述混合涂料层的原料按重量份计包括碳化硅4-6份、石墨烯2-6份、氧化锆12-18份和有机硅树脂30-32份；
优选的，所述碳化硅为绿碳化硅，所述氧化锆为四方相氧化锆。
绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成，经冶炼成的结晶体纯度高，硬度大，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉。绿碳化硅含SiC约97％以上，自锐性好。绿碳化硅与钢烟道基体的材质性质相似，提高碳化硅涂料层与钢烟道基体的贴合度和稳定性，降低其断裂的可能性。
由细晶粒的四方相组成的致密氧化锆具有高强度韧性，抗弯强度>2GPa，断裂韧性(KIC)>20MPa·m1/2。耐磨性好。硬度高、导热系数低。四方晶型氧化锆性质稳定，抗断裂性能更好，且四方晶型氧化锆与绿碳化硅以及石墨烯的组合无需添加额外的制剂，既可使其具有防腐耐高温，稳定性极佳的效果；该设计通过更少的组分，改变其配比，使其具有相较于现有技术更好的技术效果。
进一步的，所述螺钉密封层的制备方法，包括以下步骤：
1)在ZrO(C3H7)4中加入醇和水，再加入酸作催化剂进行混合，开始进行加水分解反应，最后形成溶胶，然后进行聚合反应成为凝胶；
2)将部分凝胶进行干燥纺丝，然后在700-800℃高温下加热，进行无机化处理，制得氧化锆纤维；
3)将剩余凝胶混合黑碳化硅，然后涂覆在氧化锆纤维的表面，贴合于固定螺栓和稳固螺钉的上方，氧化锆纤维的两侧分别贴合于防腐材料层和氟橡胶蒙皮的外侧。
上述制备方法中的部分凝胶和剩余凝胶的具体含量可以依据实际情况做适应性调整，制备方法中的添加的组分和参数设定可以依据现有技术和实际需要在上述范围内做适应性调整。黑碳化硅含SiC约98.5％，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，本方案将其应用制备螺钉密封层，提高螺钉密封层的稳固性；氧化锆纤维是能满足1600℃以上超高温氧化气氛下长期使用的多晶质耐火纤维材料。由于ZrO2高熔点2715℃、不氧化和其它高温优良特性，使得ZrO2纤维具有比国内市场上现有的耐火纤维品种更高的使用温度和更好的隔热性能，并且高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、不挥发、无污染。
本发明的有益效果：
1.本发明的钢基体烟道与混凝土烟道交接缝的防腐层结构，结构简单，使用方便快捷，且防腐效果良好，能克服基体变形的缺陷；
2.本发明的钢基体烟道与混凝土烟道交接缝的防腐层结构，能防止酸液腐蚀和烟气冲刷，防腐性能好，不易损害，使用寿命长，成本低廉；
3.本发明的钢基体烟道与混凝土烟道交接缝的防腐层结构，耐磨性能好，且能有效地防止热胀冷缩、酸液腐蚀和烟气冲刷影响，可以减少维修次数，降低使用维护成本，利于推广；
4.本发明的防腐材料层的设计，四方晶型氧化锆性质稳定，抗断裂性能更好，且四方晶型氧化锆与绿碳化硅以及石墨烯的组合无需添加额外的制剂，既可使其具有防腐耐高温，稳定性极佳的效果；该设计通过更少的组分，改变其配比，使其具有相较于现有技术更好的技术效果；
5.本发明的螺钉密封层的设计，黑碳化硅和氧化锆纤维的组合，使得螺钉密封层具有高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、不挥发、无污染的优点。
附图说明
图1为烟囱与钢基体烟道接缝处防腐结构示意图(底部以外部分)；
图2为烟囱与钢基体烟道接缝处防腐结构示意图(底部)；
图中：1-钢烟道基体，2-混凝土烟囱基体，3-硅胶填充层，4-柔性填充层，6-氟橡胶蒙皮，7-固定螺栓，8-螺母，9-稳固螺钉，10-防腐材料层，11-螺钉密封层，12-FRP压条，13-玻化陶瓷砖，14-交接缝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种烟囱与钢基体烟道交接缝防腐层结构，如图1-2所示，所述防腐层结构设于钢烟道基体1和混凝土烟囱基体2之间及其内侧侧壁上，所述防腐层结构包括设于钢烟道基体1和混凝土烟囱基体2之间交接缝14中的硅胶填充层3，所述硅胶填充层3的上方依次贴附有柔性填充层4和氟橡胶蒙皮6，所述柔性填充层4贴合于硅胶填充层3，所述柔性填充层4和氟橡胶蒙皮6的一端均贴附于钢烟道基体1，另一端均贴附于混凝土烟囱基体2，以使钢烟道基体1和混凝土烟囱基体2之间的间隙密封。
在交接缝14内填充弹性硅胶形成硅胶填充层3，作为烟道基体的防腐层结构，能够抵抗烟道内各种酸液的腐蚀，耐久性能好，具有很好的延伸性能，能有效抵抗烟道变形带来的破坏，避免酸液泄漏出烟道造成污染，柔性填充层4和氟橡胶蒙皮6设于硅胶填充层3的上方，其两端分别固定于钢烟道基体1和混凝土烟囱基体2上，所以给予第一硅胶层填充层一定的伸缩度，避免硅胶填充层3破裂，导致整个防腐层结构崩裂，对烟道造成较大损坏。该设计能够充分地抵抗热胀冷缩和振动，整体性能好，硅胶填充层3、柔性填充层4和氟橡胶蒙皮6相结合，作为烟道基体的防腐层结构，能够抵抗烟道内各种酸液的腐蚀，耐久性能好，具有很好的延伸性能，能有效抵抗烟道变形带来的破坏。三层设计有机地结合起来，且与钢烟道基体1以及混凝土烟道基体的防腐材料层10稳靠地连接，具有很好的防护性能，保证防腐层结构的稳定可靠，且使用寿命长，维修成本低。
实施例2
基于实施例1，靠近钢烟道基体1和混凝土烟囱基体2处的柔性填充层4和氟橡胶蒙皮6之间均设有硅胶填充层7，靠近钢烟道基体1处的硅胶填充层7上设有固定螺栓8和螺母9，靠近混凝土烟囱基体2处的硅胶填充层7上设有稳固螺钉10。硅胶填充层7的设计提高柔性填充层4和氟橡胶蒙皮6的固定稳定性，且使得氟橡胶蒙皮6的侧面与防腐材料层11的侧面在同一水平线上，便于后续安装螺钉材料层，避免留有间隙，防止酸液入侵腐蚀。
实施例3
基于实施例2，所述钢烟道基体1和混凝土烟囱基体2的内侧壁还设有防腐材料层10。
所述固定螺栓7和稳固螺钉9的上方均设有螺钉密封层11，所述螺钉密封层11一端贴附于防腐材料层10上，另一端贴附于氟橡胶蒙皮6上。在固定螺栓7和稳固螺钉9的表面设置螺钉密封层11，避免烟道内的酸性液体对固定螺栓7和稳固螺钉9造成腐蚀，保证其寿命更久。
靠近固定螺栓7和稳固螺钉9处设有FRP压条12。所述固定螺栓7和稳固螺钉9穿过FRP压条12连接到钢烟道基体1和混凝土烟道基体上，且所述FRP压条12与柔性填充层4的上表面贴合。采用上述结构，在固定螺栓7和稳固螺钉9下垫有FRP压条12，使得稳固螺钉9能够就将柔性填充层4压得更加的紧实，且不会对柔性填充层4造成损坏，使其防护层结构更加的稳靠，防腐性能更好。
所述螺钉密封层11和氟橡胶蒙皮6的外侧设有玻化陶瓷砖13。所述玻化陶瓷砖13和氟橡胶蒙皮6之间通过柔性填充层4填充密封。
实施例4
基于实施例3，烟囱与钢基体烟道交接缝防腐层结构的制备方法，包括以下步骤：
1)制备防腐材料层10，包括以下步骤：
A在钢烟道基体1的外壁涂覆有碳化硅涂料层，所述碳化硅涂料层的原料包括绿碳化硅和有机硅树脂；碳化硅涂料层的原料按重量份计包括绿碳化硅16份和有机硅树脂20份；
B在碳化硅涂料层的外壁涂覆有混合涂料层，所述混合涂料层的原料包括碳化硅、石墨烯、氧化锆和有机硅树脂；混合涂料层的原料按重量份计包括绿碳化硅5份、石墨烯3份、四方相氧化锆16份和有机硅树脂30份；
2)在钢烟道基体1和混凝土烟囱基体2的侧壁涂覆有防腐材料层10；
3)将硅胶填充层3填充满钢烟道基体1和混凝土烟囱基体2之间的间隙；
4)将柔性填充层4和氟橡胶蒙皮6依次置于硅胶填充层3的上方，靠近钢烟道基体1和混凝土烟囱基体2处的氟橡胶蒙皮6下方均设有硅胶填充层3，以使氟橡胶蒙皮6两端的上表面与防腐材料层10持平；
5)在固定螺栓7和稳固螺钉9下分别垫有FRP压条12，以使固定螺栓7将柔性填充层4和氟橡胶蒙皮6的一端固定于钢烟道基体1上方，稳固螺钉9将柔性填充层4和氟橡胶蒙皮6的另一端固定于混凝土烟囱基体2上方；
6)制备螺钉密封层11，包括以下步骤：
A：在ZrO(C3H7)4中加入醇和水，再加入酸作催化剂进行混合，开始进行加水分解反应，最后形成溶胶，然后进行聚合反应成为凝胶；
B：将部分凝胶进行干燥纺丝，然后在750℃高温下加热，进行无机化处理，制得氧化锆纤维；
C：将剩余凝胶混合黑碳化硅，然后涂覆在氧化锆纤维的表面，贴合于固定螺栓7和稳固螺钉9的上方，氧化锆纤维的两侧分别贴合于防腐材料层10和氟橡胶蒙皮6的外侧。
实施例5
本实施例中，碳化硅涂料层的原料按重量份计包括绿碳化硅15份和有机硅树脂20份；混合涂料层的原料按重量份计包括绿碳化硅4份、石墨烯2份、四方相氧化锆12份和有机硅树脂30份；其余步骤及参数均与实施例4一致。
实施例6
本实施例中，碳化硅涂料层的原料按重量份计包括绿碳化硅20份和有机硅树脂22份；混合涂料层的原料按重量份计包括绿碳化硅6份、石墨烯6份、四方相氧化锆18份和有机硅树脂32份；其余步骤及参数均与实施例4一致。
对照例1
本对照例中，碳化硅涂料层的原料按重量份计包括绿碳化硅10份和有机硅树脂30份；混合涂料层的原料按重量份计包括绿碳化硅2份、石墨烯4份、四方相氧化锆4份和有机硅树脂10份；其余步骤及参数均与实施例4一致。
对照例2
本对照例中，碳化硅涂料层的原料为黑碳化硅和有机硅树脂；混合涂料层的原料为黑碳化硅、石墨烯、单斜氧化锆和有机硅树脂；其余步骤及参数均与实施例4一致。
对照例3
本对照例中，螺钉密封层的凝胶中未添加黑碳化硅；其余步骤及参数均与实施例4一致。
对照例4
本对照例中，在钢烟道基体的外壁没有涂覆碳化硅涂料层；其余步骤及参数均与实施例4一致。
将上述实施例4-6制得的本发明的涂料及对比例1-4的涂料用于烟囱，对下类各项性能进行测定，结果表1所示：
表1
从上表中可知，本发明实施例制得的防腐材料涂层及其结构在各原料的相互作用及具体结构设计的影响下，具有结构简单，使用方便快捷，且防腐效果良好，能克服基体变形的缺陷，能防止酸液腐蚀和烟气冲刷，防腐性能好，不易损害，使用寿命长，成本低廉，耐磨性能好，且能有效地防止热胀冷缩、酸液腐蚀和烟气冲刷影响等优点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
