玻璃鋼在煙氣脫硫裝置中的應(yīng)用研究

宋海峰，呂 鐵，夏春波，王雪雪

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1 引言

煤炭資源是我國(guó)主要的工業(yè)及生活能源，而因煤炭燃燒不完全釋放出的二氧化硫、一氧化碳等氣體也是導(dǎo)致我國(guó)大氣污染的重要因素。特別是在電力、鋼鐵、冶金、化工、玻璃等加工制造型企業(yè)，煤炭資源消耗量很大，煤炭燃燒以及其他礦物原料和硫成分較高的重油中，釋放出的有毒氣體，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，也是導(dǎo)致酸雨形成的主要因素。由于環(huán)境污染對(duì)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的制約影響日益明顯，因此如何控制與降低有毒有害氣體的產(chǎn)生、排放，最大限度的保護(hù)大氣環(huán)境已迫在眉睫。

為了進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，控制酸雨形成，國(guó)務(wù)院于1998年1月21日通過(guò)了《酸雨控制工和二氧化硫污染控制區(qū)劃分方案》。該方案中將兩項(xiàng)重點(diǎn)控制區(qū)域面積核定為109萬(wàn)KM2，占到了我國(guó)總國(guó)土面積的11.4%。具體的控制措施相繼出臺(tái)，實(shí)行兩控區(qū)內(nèi)所有工業(yè)企業(yè)的污染排放要采取分階段控制辦法。例如控制區(qū)內(nèi)的電力企業(yè)，對(duì)于改擴(kuò)建或新建電廠，燃煤含硫量超出1%的，必須增加專業(yè)的脫硫設(shè)施，以降低燃燒后的排硫量。對(duì)于原有的燃煤量超出1%的電廠，必須在2000年之前實(shí)行減排，并于2010年之前分批完成脫硫設(shè)施增設(shè)工程。

目前以煤炭為能源的電廠主要采取煙氣脫硫的方法來(lái)控制廢氣中二氧化硫的含量。截止到現(xiàn)在，全球應(yīng)用最廣，技術(shù)最為成熟的工藝為濕式石灰石洗滌法。在我國(guó)，國(guó)家電力企業(yè)已經(jīng)把濕式石灰石洗滌方法列為煙氣脫硫的主要工藝方法。并將其納入了國(guó)產(chǎn)化計(jì)劃，預(yù)計(jì)今后幾年中，濕式石灰石洗滌法將會(huì)在國(guó)家電力企業(yè)達(dá)到普及，屆時(shí)脫硫設(shè)備的造價(jià)也會(huì)大幅下降。

2 濕法煙氣脫硫工藝的選材

濕式脫硫工藝之所以能夠起到較好的脫硫效果，關(guān)鍵在于其化學(xué)原理。即：煤炭燃燒的廢氣中含有大量的二氧化硫、三氧化硫、HF以及其他有毒氣體，如果在高溫條件下與帶有一定的化學(xué)介質(zhì)的水作用，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鹽、稀硫酸或者其他物質(zhì)。在脫硫系統(tǒng)的洗滌液中會(huì)出現(xiàn)硫酸、鹽酸、HF等，以及大約20%的固形物。倘若沒(méi)有加設(shè)煙氣再加熱設(shè)備，那么在吸收塔的入口處，煙氣所能達(dá)到的溫度大約為160～180℃，并且會(huì)形成一個(gè)干、濕層，在吸收塔的出口位置煙氣可達(dá)到的溫度基本為55℃，為露點(diǎn)之下。所以，采取濕式脫硫工藝，必須對(duì)整個(gè)脫硫系統(tǒng)的材質(zhì)嚴(yán)格要求，要符合耐高溫、耐磨、耐腐蝕等特性。此外，脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)要與電站主機(jī)以及主爐保持同步，這就要求脫硫系統(tǒng)也要具有較高的可靠性。

現(xiàn)在乃至將來(lái)，全球脫硫工作者的工作重點(diǎn)都會(huì)緊緊圍繞如何選擇和增強(qiáng)脫硫設(shè)備材質(zhì)。目前，世界各國(guó)由于對(duì)環(huán)境保護(hù)的具體要求、能源消耗指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)承受能力等各方面都存在差異，因此對(duì)于脫硫設(shè)備材質(zhì)的選擇也不盡相同。在美國(guó)，脫硫設(shè)備多采用鎳基合金或者碳鋼內(nèi)覆高鎳合金板，日本則較多采用碳鋼內(nèi)涂玻璃鱗片乙烯基酯樹(shù)脂，而在德國(guó)脫硫設(shè)備材質(zhì)則更多的是采用碳鋼內(nèi)襯橡膠和玻璃鋼。

各國(guó)的電力、鋼鐵、冶金、化工等工業(yè)設(shè)計(jì)研究中心都在為尋求一種價(jià)格低廉、耐高溫、耐腐蝕的脫硫材料。玻璃鋼(FRP或GRP)作為一種玻璃纖維增強(qiáng)塑料早在上世紀(jì)七十年代就已經(jīng)應(yīng)用于煙氣硫裝置當(dāng)中。

3 玻璃鋼濕法煙氣脫硫裝置的突出特點(diǎn)

3.1 耐腐蝕性

玻璃鋼為復(fù)合型工業(yè)原料，且在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用較早。其性能相比其他材料來(lái)說(shuō)較為明顯。例如相比金屬材料以及其它無(wú)機(jī)非金屬材料而言，玻璃鋼具有重量小、強(qiáng)度大、絕緣性好、能夠在瞬間耐超高溫、隔音效果強(qiáng)、導(dǎo)熱慢、可防水、透電磁波、容易上色等特點(diǎn)。更重要的是玻璃鋼具有耐腐蝕、耐油的特性。特別是在上世紀(jì)60年代，人們通過(guò)研究分離出了乙烯基酯樹(shù)脂，這就使得玻璃鋼的耐腐蝕性能得到了進(jìn)一步的提高，并廣泛應(yīng)用于濕法脫硫裝置當(dāng)中，發(fā)揮了重要作用。

3.2 耐熱性能

濕法脫硫系統(tǒng)在電廠的煤炭燃燒工藝中廣泛應(yīng)用。當(dāng)煤炭資源被加熱到高溫1000℃后，廢氣中會(huì)含有大量的二氧化碳、水蒸氣以及其他過(guò)熱的酸氣。燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馐紫葧?huì)經(jīng)過(guò)熱交換器產(chǎn)生大量蒸氣帶動(dòng)發(fā)電設(shè)備來(lái)進(jìn)行發(fā)電，當(dāng)煙氣的溫度下降到200℃左右時(shí)，會(huì)通過(guò)大型過(guò)濾裝置將氣體中含有的灰塵及其他污物取出，之后進(jìn)入到集液器與吸收塔，隨后溫度會(huì)下降到大約80℃左右，經(jīng)過(guò)煙道到達(dá)煙囪并排放到空氣當(dāng)中。在以上脫硫的系統(tǒng)裝置中，必須要引起重視的是煙氣在進(jìn)口位置的溫度高達(dá)160℃～180℃，所以，脫硫系統(tǒng)中的設(shè)備材料必須能夠承受住高溫，同時(shí)，在出口處的位置又降到了80℃，所以也要承受住高溫急冷。為了滿足以上材質(zhì)要求，同時(shí)也要保證裝置的使用壽命，價(jià)格昂貴的高鎳合金等材料成為了人們選擇的主要材料。而在濕法脫硫系統(tǒng)中，玻璃鋼材質(zhì)的出現(xiàn)替代了昂貴的高鎳合金材料，并且脫硫效果良好，既節(jié)約了成本又起到了防止熱震產(chǎn)生熱破壞和分層的作用，因此應(yīng)用空間更為廣闊。

3.3 玻璃鋼的價(jià)格優(yōu)勢(shì)

相關(guān)資料顯示，玻璃鋼材料的價(jià)格大約為高鎳合金材料的三分之一。采用玻璃鋼材料完成一座直徑為4m的吸收塔總可比采用高鎳合金材料節(jié)約一半的費(fèi)用。此外，玻璃鋼材料的耐化學(xué)腐蝕性能較高鎳合金更為優(yōu)越，且造價(jià)低，因此近年來(lái)，國(guó)外采用玻璃鋼材質(zhì)的濕法脫硫裝置越來(lái)越多。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)資料顯示，玻璃鋼已在濕法脫硫系統(tǒng)的以下方面獲得了成功應(yīng)用：

（1）吸收塔塔體；

（2）石灰溶解槽；

（3）集液器、除霧器；

（4）漿液輸送管路；

（5）煙道；

（6）煙囪。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 玻璃鋼相比較其他的脫硫材質(zhì)而言在價(jià)格上具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。通過(guò)科學(xué)合理的研發(fā)設(shè)計(jì)、加工制造應(yīng)用于濕法脫硫系統(tǒng)中，能夠發(fā)揮很好的功能作用與結(jié)構(gòu)作用，因此具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

4.2 采用玻璃鋼做煙囪及襯里會(huì)延長(zhǎng)使用壽命，具有較高的可靠性及利用率，在國(guó)外玻璃鋼應(yīng)用于濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的成功案例很多。

4.3 采用酚醛環(huán)氧型乙烯基樹(shù)脂制作的玻璃鋼材質(zhì)，抗震性能極高，可保證200℃高溫?zé)嵴鹣拢鸬椒乐篃崞茐呐c分層的作用。

4.4 玻璃鋼為一種異性材料，之所以具有較為優(yōu)良的性能關(guān)鍵在于其科學(xué)、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是在選擇要求以及生產(chǎn)工藝控制方面，要求極為嚴(yán)格。因此將玻璃鋼應(yīng)用于濕法脫硫系統(tǒng)，必須在材料選擇以及工藝設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行專業(yè)性要求，充分發(fā)揮其優(yōu)良特性。

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