Si3N4-SiC脫硫噴嘴在脫硫行業的應用*

梁振海 侯撐選 楊中英

(咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000)

前言

隨著我國經濟的快速發展，整個社會對能源的需求量越來越大。在諸多的能源種類中，盡管近年來新能源(太陽能、風能)及技術發展進入了快速通道，但新能源的利用還不能滿足快速發展的工業需求，不能滿足隨著人們生活水平提高所帶來的能源消耗需求。所以煤炭和石油仍然是現今及以后很長一段時間內的主要能源來源。我國是煤炭消費大國，煤炭占到一次性能源消費總量的65%左右。由于煤炭的直接燃燒，排放了大量的二氧化硫、氮氧化物和煙塵。而這些氣體及煙塵對人們的身體健康及生態環境造成了極其嚴重的危害，也對我國的經濟、社會能否可持續發展提出了嚴峻的挑戰。因此，政府為了進一步加強了對環境污染治理的政策指導，提高了排放標準和要求，使得脫硫行業得到了較快的發展。

目前市場已較成熟的煙氣脫硫技術有：石灰石-石膏法、鈉堿法、氨吸收法、磷銨復合肥法、氯化銨法、海水脫硫。在這些技術中濕法脫硫技術占 58% , 濕法脫硫中石灰一石膏法占63.7%以上 。石灰石-石膏法濕法脫硫，采用石灰石、石灰等作為脫硫吸收劑，在吸收塔內吸收劑漿液與煙氣充分接觸混合，煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣(或氫氧化鈣)以及鼓入的氧化空氣進行化學反應從而被脫除，最終脫硫副產物為石膏。該技術的脫硫效率一般大于95%，可達98%以上。SO2排放濃度一般小于100 mg/m3，可達50 mg/m3以下。這種技術在美國的采用率為80%，在德國的采用率為90%，在日本的采用率為75%。

1 脫硫噴嘴的使用要求

脫硫噴嘴是濕法脫硫系統中的關鍵部件，在煙氣濕法脫硫系統中，噴霧噴嘴的主要功能是把大量的石灰石(CaCO3)乳化液在一定的工作條件下霧化為液滴，使液滴與煙氣中的SO2接觸而發生化學反應最終生成石膏(CaSO3)，從而達到煙氣脫硫的目的。在實際的化學反應過程中，噴嘴的霧化效果越好，乳化液滴的比表面積越大，SO2氣體接觸越充分，使得體系中的化學反應越完全，從而提高脫硫效率，達到最佳的脫硫效果。

脫硫噴嘴除了供給液體流動的壓力、流速外還決定了液體通過噴嘴時的流動狀態，而流動狀態決定了霧滴的大小，噴嘴的結構和材質決定了以上因素，故此優化脫硫噴嘴的結構和材質就成了提高脫硫效率的關鍵要素。

在脫硫吸收塔中，由于工況條件的惡劣，對脫硫噴嘴的材質提出了苛刻的要求。在脫硫塔中，除了煙氣有一定的溫度，而通過噴嘴的石灰石乳化液作為吸收劑有較強的腐蝕性，煙氣中的SO2也有著腐蝕性(盡管和噴嘴接觸面積小)，這樣就對脫硫噴嘴材料的選擇提出了較高要求。首先要求噴嘴材料具有防腐、耐磨、耐高溫的良好功能，材料還必須有良好的可加工性，能制作出各種復雜形狀的構件，且滿足材料要求，以滿足對噴嘴的結構設計要求。

2 脫硫噴嘴的發展

脫硫噴嘴的材質早期為鑄鐵質，雖然該材質成形時可以保證較標準的尺寸，但由于該材質不耐磨、不耐腐蝕，使用壽命很短(大約1個禮拜左右)，使得脫硫系統頻繁更換噴嘴而會影響脫硫塔的正常運轉，因此該材質不適宜做脫硫噴嘴。

近年來出現了氮化硅結合碳化硅和碳化硅材質的脫硫噴嘴，雖然碳化硅材質有良好的材料性能，可以滿足工況下的惡劣條件，但由于碳化硅材質的脫硫噴嘴制造成本較高，同時噴嘴內部尺寸的偏差較大，也限制了發展。

而氮化硅的高溫性能優良，可以用作碳化硅制品的結合劑。氮化硅結合碳化硅制品是近20年來發展起來的一種高科技碳化硅材料。其制作工藝是：在碳化硅顆粒混合物中，加入15%～25%的細硅粉，在高溫爐中通入高純氮氣，以一定的溫度和壓力曲線控制氮化反應燒結，硅和氮把堅硬的碳化硅結合起來，形成致密的網絡結構。因此，氮化硅結合碳化硅的制品具有良好的物化性能和高溫性能。氮化硅結合碳化硅材料具有多種優良的材料性能，其材料堅硬，莫氏硬度大于8，在非金屬材料中屬于硬度材料，常溫強度高，在1 200～1 400 ℃高溫下，幾乎保持與常溫相當的強度和硬度，熱膨脹系數小，具有良好的熱震穩定性、抗高溫蠕變能力、抗氧化、耐腐蝕。因此該材料在特殊的制作工藝條件下，可以制得比其它陶瓷材料相對尺寸精度較高的產品。氮化硅結合碳化硅材質的脫硫噴嘴耐磨性好、性能可靠、使用壽命長。脫硫噴嘴材質的發展趨勢是氮化硅結合碳化硅材質代替目前普遍使用的合金材質。經驗表明，合金噴嘴使用壽命達300 h，會損壞嚴重，而氮化硅結合碳化硅材質得噴嘴壽命可應用到10年左右。因此近年來脫硫行業使用的脫硫噴嘴幾乎全是氮化硅結合碳化硅材質的噴嘴。

氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴能夠廣泛用于火力發電廠、水泥廠、食品廠、耐火材料加工廠以及燃煤鍋爐等，只要是在生產過程中產生的煙塵和廢氣，都可以使用螺旋脫硫除塵噴嘴。在還沒出現氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴的時候，有的工廠已經使用了脫硫設備，但是效果并不是很好。比如會積水、造成二次污染，并且不能夠達到良好的脫硫效率，浪費水資源，不能夠很好地利用水資源脫硫，所以說使用氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴作用非常重要。氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴，具有很好的脫硫除塵效果，投入的環保費用少，安裝維修簡單方便，受到各行業的廣泛應用。氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴的型號、類型多種，在具體脫硫工作時，有多種可匹配的選擇。選擇氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴還能使用在化工、食物、醫藥等出產化肥、農藥和藥品等粉狀物的地方。氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴能夠在各個領域廣泛使用，并且使用效率高于傳統的脫硫設備。

氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴廣泛應用于環保領域，廢氣脫硫、氣體冷卻、蒸發冷卻、洗滌與漂淋過程、除塵、防火滅火、環保化工行業、脫硫塔脫硫、氣體洗滌、陶瓷廠除塵塔、垃圾焚化廠、煉鋼轉爐中煙道除塵降溫、脫硫、除塵、洗滌、冷卻、消防、清潔、去污、氣體冷卻、加、濕噴腐蝕性液體等。