脫硫塔無底板工藝技術分析

賀敏鵬 岳立銀

（西安西礦環保科技有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

以煤、焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣為燃料的鍋爐進行發電或者供熱的過程中，燃料直接燃燒會產生大量的二氧化硫，造成環境污染，并且燃料的品質不同，會產生不同濃度的二氧化硫。隨著鍋爐數量的增加，污染物的排放總量會持續遞增。二氧化硫的控制方法主要分為燃燒前的控制、燃燒中的控制、燃燒后的控制，目前燃燒后的脫硫控制技術被公認為最成熟、應用占比最大的技術。在鋼鐵領域，鐵礦粉燒結過程中需要混入適量的燃料、溶劑和水，也會產生大量的二氧化硫，其濃度通常在1 000～2 000 mg/m3，由于燒結機煙氣量通常比較大，加上我國屬于鋼鐵大國，故燒結行業也是產生二氧化硫的主要源頭之一。

大氣中的二氧化硫不僅會引發公眾的各種呼吸道疾病，影響身體健康，還會對動植物的生長造成影響。二氧化硫濃度較高時會形成硫酸霧或酸雨，腐蝕紙質、皮革和金屬等物體的表面，同時對生態環境造成極大的破壞，因此減少二氧化硫的排放十分重要[1]。隨著國家對大氣污染防治的管理更加嚴格，工業爐窯工藝裝備、污染治理技術和環境管理水平需要滿足更高的要求。在國家標準制定方面，截至目前，已制定發布的涉及工業爐窯的行業標準共有28個（包括鋼鐵、水泥、焦化、玻璃、有色、陶瓷、磚瓦、氯堿、石油煉制、再生有色金屬等行業）。

近年來，上海、河北、天津、重慶、山東、江蘇和浙江等地都相繼制定發布了新的地方標準[2]，都對二氧化硫的排放提出了更高的要求。

1 常規石灰石—石膏法脫硫底板工藝存在的問題

石灰石—石膏法脫硫工藝是世界上應用最廣泛的一種脫硫技術，日本、德國、美國、中國的火力發電廠煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝，燒結機煙氣脫硫裝置約80%采用此工藝[3-6]，另外工業生產工藝玻璃窯爐、化工冶煉等行業也會采用該工藝。該工藝的脫硫塔一般呈圓形或者方形布置，大小不一，頂部設計方式主要包括布置濕式電除塵器、煙道直接連接混凝土煙囪以及布置直排煙囪三種，脫硫塔底部一般均由塊狀鋼板和型鋼龍骨拼接而成，并在鋼板上表面根據防腐工藝布置玻璃樹脂、膠泥、玻璃絲布、碳化硅耐磨層等達到防腐的目的。

化石燃料和鐵礦石等金屬礦物質燃燒產生的二氧化硫和濕法脫硫塔內部的石灰漿液接觸后會溶于石灰漿液中發生反應，進而生成亞硫酸。而吸收了二氧化硫的石灰漿液主要包含石膏晶體、CaCl2、CaSO3·1/2H2O、Cl-、飛灰粉塵等，其pH值為4～6，漿液的酸性會對鋼制脫硫塔底板造成腐蝕，長時間使用后，脫硫塔底部鋼板會不斷腐蝕變薄，加大漿液泄漏風險，縮短脫硫塔的使用壽命。

目前主流的底板工藝是在脫硫塔底部的鋼制底板涂刷玻璃鱗片+玻璃樹脂，鋼制底板在制作安裝過程中由于鋼板的尺寸及脫硫塔的形狀特殊，需要進行大量的鋼板焊接操作。一方面，脫硫塔底部所使用的鋼板一般選擇厚度在10～16 mm，此厚度范圍的鋼板在焊接過程中易產生大量的形變，同時會對已經安裝完成的脫硫塔塔壁施加向外的焊接力；另一方面，鋼板和混凝土之間熱膨脹系數不同，在鋼板受熱后會產生拉應變，應變產生的應力在界面處釋放，會造成界面處存在大量的缺陷，使得二者土建接觸不牢靠。此外，脫硫塔運行溫度一般可達到55℃左右，而有些區域的環境溫度比較低，產生了有溫差的區域，由于玻璃樹脂和鋼板的比熱差較大，底板上涂刷的樹脂與鋼制底板之間便會由于不同形變量產生相對位移，引起鱗片脫落，所以在安裝過程中需特別注意鋼制底板的變形問題。

以上問題均會導致常規脫硫工藝可靠性和脫硫塔使用壽命大幅降低，因此本文提出了一種石灰石—石膏法脫硫無底板工藝，該工藝可有效減少以上問題的出現，提高整個系統的長期穩定性。

2 石灰石—石膏法脫硫無底板工藝

2.1 無底板工藝流程

脫硫塔混凝土基礎通常采用C25鋼筋混凝土進行一次灌漿，根據建設區域的地質情況、50年最大風力情況、50年最大降雨情況以及地震要求等環境因素，一次混凝土澆筑到相對脫硫塔底板下約0.3 m處，接著制作安裝脫硫塔底部的基礎環板，基礎環板采用鋼筋和模板固定，完成后進行脫硫塔壁板的安裝，通過調整墊鐵來調平脫硫塔的安裝面，保證脫硫塔的垂直度。在脫硫塔整體安裝完成并驗收合格后進行二次灌漿，采用無收縮的水泥砂漿灌注到脫硫塔底部上沿0.04 m處，將鋼筋和脫硫塔底板搭接焊接，脫硫塔中間與脫硫塔壁面呈0.003°坡度，以保證漿液能順利從排空口排出。二次灌漿結束后，需要根據現場的環境情況對二次灌漿區域進行養護。待混凝土徹底凝固后進行下一步工序，即采用噴砂機對脫硫塔底部的混凝土進行打毛，使其達到一定的粗糙度，便于涂刷玻璃樹脂，涂刷工作嚴格按照如下工序進行：表面凈化→清理表面粉塵→涂刷底涂第一道→干燥→涂刷底涂找補漏點→乙烯基樹脂和膠泥按比例混合→準備玻纖布多層→用樹脂膠泥玻纖布貼襯→達到要求厚度干燥→清理表面涂裝面漆→加耐磨層→電火花檢查→最終檢查→驗收。

完成后的防腐部分如圖1所示，無底板工藝整體結構如圖2所示。

2.2 無底板工藝應用

近年來，本項目組已經開始推進該工藝在實際項目中的應用。目前該工藝在多個石灰石—石膏法脫硫項目中已經投入使用，其中部分應用工況如表1所示。

表1 無底板工藝實際應用案例

脫硫塔直徑從5～15 m范圍內均有使用，在石灰石—石膏法脫硫工程項目上的使用約30臺（套）。

到目前為止，通過用戶的反饋和本項目組的回訪，所有項目整體運行效果反饋均為良好，說明該工藝經過實際工程的檢驗，能與鋼制底板工藝達到同樣的使用效果，保證脫硫塔的安全運行。后續本項目組會繼續加強與各用戶的溝通交流，根據用戶反饋的問題，進一步優化改進當前方案，以滿足二氧化硫排放更高要求的使用。

2.3 無底板工藝優點

傳統工藝一方面需要考慮鋼板的焊接變形，另一方面需要考慮鋼材、混凝土、玻璃樹脂之間的膨脹系數，不同材料的熱膨脹系數及溫度范圍數據如表2所示。從表中可以發現，鋼材和玻璃樹脂的熱膨脹系數相差很大，兩種材料的界面處存在應力釋放引入的缺陷。鋼材的焊接變形可以通過選擇合適的焊接鋼材厚度、焊接順序和焊接工藝解決，而鋼材和玻璃樹脂之間的熱失配問題目前無法找到合適方法去解決。

表2 不同材料的熱膨脹系數及溫度范圍

本文提出的無底板工藝不使用鋼板，直接在混凝土上涂玻璃樹脂。由表2可知，混凝土的熱膨脹系數在（8～12）×10-6/℃之間變化，和玻璃樹脂的7.6×10-6/℃比較接近，因此混凝土和玻璃樹脂之間的熱失配相對較小，兩種材料的形變就會減小，進而會釋放較小的界面應力，形成的界面缺陷也就會更小。同時，由于混凝土和玻璃樹脂的熱膨脹系數更為接近，因此同等溫差下，產生的變形量更接近，相對位移更小，從而降低了漿液的泄漏率。

不僅如此，由于無底板工藝不使用鋼板，工藝成本大大降低[7]。以直徑12 m的脫硫塔底板為例進行成本計算，傳統工藝與無底板工藝的成本比較如表3所示。

表3 傳統工藝與無底板工藝成本比較（直徑12 m脫硫塔）

綜合以上成本比較，無底板工藝7.7萬元的成本遠低于傳統工藝13.5萬元的成本。

除此之外，在制作安裝過程中，無底板工藝相比傳統工藝在時間上更為節省。傳統工藝焊接工作量大，一般采用先完成脫硫塔上部施工，再完成底板施工的工藝流程，存在交叉施工的情況，且鋼制底板的鋼板焊接一般最少需要5天工期，在進行脫硫塔底板焊接的過程中脫硫塔上部區域無法進行施工。而采用無底板工藝，無收縮澆注料的準備工作和施工過程較快，1～2 h即可完成二次澆筑，澆筑完成后對混凝土進行正常養護，該養護工作與脫硫塔上部施工可以同時進行。因此，脫硫塔無底板工藝相比傳統的鋼制底板工藝，在整個工期的控制上有巨大優勢。

2.4 無底板工藝存在的問題

雖然無底板工藝存在上述諸多優點，但采用混凝土和玻璃樹脂作為底板仍然存在以下問題：

（1）因為混凝土和脫硫塔壁板之間無法采用焊接工藝來進行連接，只能使用玻璃樹脂進行連接，在牢固性方面不及鋼制底板和鋼制壁板焊接，所以在后續使用過程中需要定期對脫硫塔的底板進行檢查，若發現問題，需及時處理。

（2）在施工過程中需要注意脫硫塔底部環板上面的混凝土厚度，如厚度較薄，脫硫塔底部環板和混凝土易產生裂縫，引起表面的玻璃樹脂產生裂紋，因此在進行工藝安裝時，需要準確控制混凝土的厚度，防止玻璃樹脂產生裂紋，避免脫硫效果降低。

（3）在混凝土表面進行玻璃樹脂的防腐作業，是整個工藝中最重要的一個環節，在施工方前期工程經驗不足時，必須嚴格按照防腐工藝流程進行，認真檢查每個防腐工序，落實到具體的工序有專人進行跟蹤和驗收，防止在混凝土和玻璃樹脂之間產生空洞，影響防腐質量，造成脫硫塔漏漿，影響整個系統的安全運行。

3 結語

本文在常規石灰石—石膏法脫硫底板工藝的基礎上優化，提出了無底板工藝。常規脫硫工藝主要存在的問題為混凝土、鋼板和玻璃樹脂之間的熱失配較大，導致材料之間相對位移較大。使用本文提出的無底板工藝，由于混凝土和玻璃樹脂之間熱失配較小，界面處的缺陷和位移大大減少。該工藝已在多個項目中應用，并且經過實踐檢驗，沒有發現任何負面問題。同時，無底板工藝的使用可降低造價，節省資源與成本，間接降低了碳排放，響應了國家當前的“雙碳”政策，進一步提高了企業競爭力。