宝钛复合材在电厂烟囱建设中的应用
刘壮武　李晓峰　王 军　闫 力
（宝钛集团金属复合板公司，721014）

摘要：我国的层状金属复合材料产业正在进入快速发展时期，而作为复合材料产业的龙头企业-宝钛集团金属复合板公司，在最近几年已经步入发展的快车道，2004年产量5646t、2005年产量8852t、2006年产量10813t、2007年完成产量13000t。
电厂烟囱应按强腐蚀性烟气等级来考虑烟囱结构的安全性设计。钛/钢复合板（1.2毫米厚钛板）是一种较合适的组合材料，也是国际烟囱设计标准推荐的防腐处理方案。
电力建设烟囱用钛/钢复合板是宝钛集团的最大优势。该规格复合板复层薄（TA2为1.2mm），板幅大，用单一爆炸法根本无法完成，必须借用轧机采用爆炸-轧制工艺方法生产。这样不仅确保了复层钛材与基层钢材的有效结合强度、结合面积，而且利用轧制法能够完全实现施工要求的成品板幅和公差尺寸。宝钛复合材在几十年爆炸复合的基础上成功利用从德国引进的三米三宽板轧机在生产复合板方面的明显优势，自主创新爆炸—轧制工艺，大批量生产，先后为国内外多家电厂提供了20000多吨钛/钢复合板。
目前国内有非常配套完整的系列钛/钢复合板材料生产、制作和安装标准，国内外钛材及钛/钢复合板在石油、化工、真空制盐等行业的应用已经非常广泛，从设计、制造、安装、检验、维护等方面的技术也很成熟，为其在脱硫烟囱中的使用奠定了坚实的基础。
1.前 言
我国的层状金属复合材料产业正在进入快速发展时期，而作为复合材料产业的龙头企业-宝钛集团金属复合板公司，在最近几年已经步入发展的快车道，2004年产量5646t、2005年产量8852t、2006年产量10813t、2007年完成产量13000t。
宝钛复合材在“宝鸡钛”的引领带动下，已经取得了长足的进步和发展，金属复合板公司在借助集团产业整合与规范的基础上不断发展壮大，肩负起了宝钛复合材跨越式发展的重任，从而也将宝钛复合材的研发、生产带入了专业化、规模化、效益化的发展轨道。经过连续多年跨越式的发展,,公司人均产值、利润、销售收入在集团公司各单位中内部名列前茅,一举成为国内规模最大的复合材生产企业，从投入产出比上看更是个奇迹。
在这最近几年的发展过程中，集团内部产业整和，相互拉动，资源共享，强化优势，提升核心竞争力。对外积极与各利益群体加强合作，通过与供应商的合作，增大创效空间，通过与客户的合作，巩固提升市场份额，通过与竞争对手的合作，分享利益，共担风险。通过与政府合作，争取政策，实现企业更快更好地发展。
这个快速发展中，电厂烟囱用钛/钢复合板产量产值占具了相当比例，这种材料的生产量支撑和提升了宝钛金属复合材在全国的主导地位，从而引导宝钛金属复合材走上了规模化、效益化跨越式发展的道路，使复合材料产业在宝钛集团的十大产业系统占有重要的一席。随着集团公司技措技改、装备实力的增强，产业整和的成效将更加明显。
宝钛复合材紧随复合材料科技发展前沿，以市场为导向，以自主研发，自主创新为支撑，集集团公司技术、生产、装备、质量等优势，走上了科研、中试、产业三位一体的复合材料快速发展道路。从而使工艺技术不断优化，生产组织更加合理，产品质量持续改进，产值产量稳定提高，在国内同行业中树立起核心竞争地位。
电力建设烟囱用钛/钢复合板是宝钛集团的最大优势。该规格复合板复层薄（TA2为1.2mm），板幅大，用单一爆炸法根本无法完成，必须借用轧机采用爆炸-轧制工艺方法生产。这样不仅确保了复层钛材与基层钢材的有效结合强度、结合面积，而且利用轧制法能够完全实现施工要求的成品板幅和公差尺寸。宝钛复合材在几十年爆炸复合的基础上成功利用从德国引进的三米三宽板轧机在生产复合板方面的明显优势，自主创新爆炸—轧制工艺，很快使宝钛复合材成为市场一股强大的冲击波，让电力用户得到最大收益，是电厂烟囱用钛/钢复合板生产供应的有力保障，先后为江苏常熟电厂、江苏太仓电厂、江苏镇江高资电厂、河北西柏坡电厂、广东台山电厂、江苏沙洲电厂、河北黄骅电厂、陕西锦界电厂、青岛黄岛电厂、山西武乡电厂、山西王曲电厂、南阳鸭河口电厂、锦界电厂二期工程、黄岛电厂二期工程和鹤壁电厂及苏丹喀士穆北电站三期工程提供了20000多吨钛/钢复合板。
2.钛/钢复合板在烟囱中的应用的根据
随着人类环境保护意识的增强和国家环保标准的逐步提高，特别是《燃煤电厂大气污染物排放标准》（GB13223）的发布执行，对以燃煤为主的高污染企业进行治理，使其燃烧的烟气中含硫量降低到国家允许的排放标准，以使我国在较短时间将污染物排放量达到国际先进水平。新建火电厂工程要求进行烟气脱硫处理。如何进行烟囱的防腐设计，各电力设计院都在进行摸索和探求，以期达到安全可靠、耐久经济，对于钢内筒结构，在烟气湿法脱硫（无GGH装置）的情况下，国际工业烟囱协会（CICIND）在其发布的《钢烟囱标准规程Model Code For Steel Chimneys》（1999年第一版）中建议采用普通碳钢板在其内侧（接触烟气）增加一层非常薄的合金板或钛板的方法进行处理。
世纪初年，电力规划设计总院，组织部分电力设计院的工程技术人员与意大利哈蒙公司烟囱专家、国际工业烟囱学会理事史密斯进行了技术交流和探讨，专家认为湿法脱硫系统取消烟气加热系统采用薄复层钛/钢复合板的防腐措施在国际上早有先例，并写入了国际烟囱设计标准中。
在满足环保要求的条件下，对不设烟气加热系统装置（GGH）的烟囱排烟筒宜选用抗渗密闭性好，整体性强，自重轻的钛钢复合板材料。
国际烟囱工业协会在其发布的《钢烟囱标准规程Model Code For Steel Chimneys》（1999年第一版）中对脱硫后的烟气腐蚀性能（烟气腐蚀性能对其它类型烟囱同样适用）作了如下说明：
1）烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在，会很大提高腐蚀程度，在20℃一个标准大气压下，氟化氢（300mg/m3）、氯元素（1300 mg/m3）和氯化氢（1300 mg/m3）的重量浓度超过0.025％、0.1％、0.1％时腐蚀等级（化学载荷）为高级。
2）处于烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气条件通常被视为高腐蚀等级（化学载荷）。
3）含有硫磺氧化物的腐蚀等级（化学载荷）按SO3 的含量值确定，凝结过程中SO3离子与水蒸气结合成为硫酸，对烟囱进行腐蚀。
4）亚硫酸的露点温度取决于SO3浓度，一般为65℃，稍高于水的露点。燃煤中含有污染物，在同样的温度下，还会有像盐酸、硝酸等其它酸液。
5）在烟气脱硫效应（FGD）过程中，已除去了大部分的氧化硫，但在净化装置下游，随着氧化硫含量的减少，烟气湿度会增大，且温度会降低，当温度低于80℃时，烟气浓缩成硫酸。另外净化后的烟气中还含有氯化物。
6）烟气中的氯离子遇到水蒸汽，便形成氯酸，它的化合温度为60℃，当低于氯酸露点温度时，就会产生严重的腐蚀，即使是氯化物很少，也会造成严重腐蚀。
通常进行湿法脱硫处理后的烟气，水份含量都很高，湿度大，温度低，易于出现烟气结露现象。烟气中的水气结露后形成的具有腐蚀性水液较大，主要依附于烟囱排烟筒内侧壁流下来至专设的排液口排到脱硫系统的废液池中。而脱硫处理后的烟气中还含有氟化氢和氯化物等强腐蚀性物质，形成腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀状况。
按照国际工业烟囱协会（CICIND）的设计标准要求，燃煤电厂排出的烟气虽然在脱硫过程中除去了大部分的氧化硫，但经脱硫后，烟气湿度增大，温度降低，使烟气中单位体积的稀释硫酸相应增加，其烟气通常被视为“高”化学腐蚀等级，因而烟囱应按强腐蚀性烟气等级来考虑烟囱结构的安全性设计。
钛/钢复合板（1.2毫米厚钛板）是一种较合适的组合材料，也是国际烟囱设计标准推荐的防腐处理方案。它真正做到了结构（钢）、防腐（钛）各司其职，发挥各自的优势。并且能够抵御多种工况下烟气的腐蚀作用，烟气流速稳定，烟气扩散效果好，防腐蚀性能耐热性能方面是完全可以满足钢内筒湿烟囱的长期运行要求的，可以确保烟囱结构的使用寿命，而且其造价并不高。钛/钢复合板在电厂烟囱内衬上的使用,使得该产业符合了节约能源和保护生态环境的产业结构,顺应了党的十七大提出的建设生态文明的理念。
3. 电厂烟囱用钛/钢复合板材料生产、施工可行性情况
目前国内有非常配套完整的系列钛/钢复合板材料生产、制作和安装标准，国内外钛材及钛/钢复合板在石油、化工、真空制盐等行业的应用已经非常广泛，从设计、制造、安装、检验、维护等方面的技术也很成熟，为其在脱硫烟囱中的使用奠定了坚实的基础。这些标准主要是：
钛及钛合金牌号和化学成分 GB/T 3620.1
钛及钛合金板材 GB/T 3621
钛及钛合金化学分析方法 GB/T 4698
钛及钛合金加工产品超声波探伤方法 GB/T 5193
钛-钢复合板 GB 8547
钛及钛合金复合钢板焊接技术条件 GB/T 13149
钛及钛合金加工产品的包装、运输和储存 GB/T 8180
钛制焊接容器 JB/T 4745
任何材料的选择和使用首先要考虑其主要功能，由于电厂烟囱采用钢内筒设计，防腐蚀问题非常重要，钛材是国内外专家公认的在烟气条件下耐蚀的首选材料。国内外相应厂家研制的耐硫酸漏点腐蚀钢板，特殊的耐酸缸砖用硅酸钾耐酸胶泥在电厂烟囱中的应用有其一定的特点，但存在耐腐蚀方面的缺陷是无法避免的。钛/钢复合板有着与其它几种材料无法比拟的优越性。
电厂烟囱用钛/钢复合板材料的生产采用爆炸-轧制工艺，这种生产工艺是安全、环保、节能的。首先大板幅复层表面无焊缝，在爆炸复合工序中大大减少爆炸面积（均为成品面积的20%左右），从而减少了炸药的用量和爆炸产物的产生量，降低了因爆炸对周边环境的影响程度,轧制工序符合大工业化生产要求,生产效率大幅度提高,产值产量增长显著,规避了市场、技术和环保风险。
宝钛集团在2004年初成立了电厂烟囱钛/钢复合板生产组织体系。在原有的生产组织体系下，成立了电厂项目经理部，形成了强力的市场运作、生产计划、运输发货的组织。从组织体系方面使电厂烟囱用钛/钢复合板的生产得以保证。
电厂烟囱用钛/钢复合板的价格主要取决于钛板的价位，2006年下半年以来由于国内多家海绵钛生产企业的投产运行，海绵钛供应的紧张局面和高价位状态已被打破，同时最近还在继续走低，随之而来的是钛材及钛钢复合板的价位更加合理，使得广大电厂投资方极大的受益，从而迎来新的使用热潮。
4.宝钛复合材在电厂烟囱的明显优势
宝钛集团是全国以钛材为主的稀有金属加工基地，被誉为“中国钛谷”，先进的生产装备为宝钛复合材生产提供了便利条件，由德国引进3.3M四辊可逆宽幅轧机，为宝钛复合材的跨越式、规模化生产插上了腾飞的翅膀，在原来爆炸复合的基础上，自主创新爆炸—轧制工艺，利用轧机生产的轧制复合板无论从板幅、板形都实现突破性进展，更能完全满足电厂烟囱建设对产品质量的需求。
3.3M宽板轧机不单在复合材轧制生产中起着重要作用，同时也为中厚普碳钢板（Q235B）提供了便利，宝钛复合材拥有集团控股的上市公司宝钛股份为后盾，能够确保提供充足的、高品质的纯钛板，在国内原材料供应紧缺的条件下，钛材、钢材生产供应的便利条件为宝钛复合材在电厂烟囱建设供货上提供了有力保证。
为了加快电力建设工程进度，帮助电厂施工单位解决在钛材焊接、复合板焊接的难题，公司不失时机的组织技术人员编写了《电厂烟囱用钛/钢复合板生产工艺方法及成品复合板检验规范》《电厂烟囱用钛/钢复合板贴条焊接质量检验规范》《电厂烟囱用钛/钢复合板焊接施工指导规范》等相关技术资料。
同时为满足施工进度的要求，公司又先后购进了3米9辊矫直机，12米复合板刨边机等专门设备，确保了产品质量和客户对工期的要求。
2004年至2007年间电厂烟囱料占宝钛复合材比例
宝钛复合材始终以高起点、高品质为准则，为客户提供全面优良及时周到的全天候服务，并为客户创造最佳的施工进度和工程质量。宝钛复合材需要客户的支持,更需要我们的努力，凭借多年的生产经验，在市场经济的大潮中正迈着坚实的脚步不断创新，积极进取,以一流的品牌意识，内抓管理，外拓市场，朝着做大做强宝钛复合材这一目标奋勇前进…… 
 

图1 爆炸复合现场 图2 3.3M轧机正在轧制复合板
公司现场技术服务的目的是保证所提供钛/钢复合板在烟囱制造中得以顺利施工。公司免费向买方及承制方提供《电厂烟囱用钛/钢复合板焊接施工指导规范》及施工指导。公司免费提供复合板焊接技术培训，并为来我公司培训人员提供生活工作方便。公司派业务能力强、有资质的高素质焊接专业工程师及焊接人员进驻现场免费进行技术指导，现场指导人员保证遵纪守法，遵守现场的各项规章制度，利用其钛/钢复合板电厂烟囱焊接的经验，正确指导现场焊接工作。
宝钛集团公司对客户来现场监造的技术人员提供生活工作方便。公司虚心并派专人协助监造人员工作，确保工作正常，监造顺利。
复合材料产业是高新技术产业，是具有市场竞争的产业化项目，通过努力产业规模迅速增长，效益大幅度提高，并且对集团公司的其它产业起到了很好的拉动作用。
5.结论
任何事物的界定都绝对不应该是简单“量”的堆积，更应该是体现于“质”的保证，电厂烟囱用钛/钢复合板材料是一种新型、节能、安全、环保材料,这种材料的应用完全符合环保法规的要求，是国际工业烟囱协会《钢烟囱标准规程》中建议采用的方案，同时也符合国家的产业政策生产、加工和制造，在国内外都有非常成功的制造经验，并应用于多家电厂湿法脱硫工艺中的烟囱材料。
随着宝钛复合材在产能和产量上的大踏步发展,集团公司将为复合板公司
配备更加完善的生产场地和设备，随着宝钛工业园的建成将使宝钛复合材料与美国DMC、日本旭化成等国际复合材生产企业共同成为世界一流层状金属复合材料生产基地。

参　考　文　献：
1.钛钢复合板材料在湿法脱硫防腐蚀烟囱中的应用 西北电力设计院 解宝安
2.金属爆炸复合材料的压力加工 .钢铁研究. 1999.3 郑远谋