VEGF鳞片复合材料在脱硫烟囱中的应用可行性研究

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VEGF鳞片复合材料在脱硫烟囱中的应用可行性研究
王天堂  黄志强*  籍文豪* 陆士平
(上海富晨化工有限公司 上海 200233, *上海发电设备成套设计研究所，200240)

摘 要：本文介绍了鳞片复合树脂胶泥的特点，以及目前国内电厂烟囱的实际运行情况，讨论了VEGF材料在脱硫烟囱中应用的技术可行性，并就VGEF在烟囱防腐蚀应用中可能采用的技术措施进行了试验表征和分析。
关键词： VEGF 鳞片 脱硫烟囱 应用可行性

1、 前言
   我国是一个能源结构以燃煤为主的国家，大气污染属煤烟型污染，粉尘、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）是我国大气的主要污染物。如2000年我国燃煤电厂的NOx的排放量达到290万吨。由于我国能源结构的特点，导致了酸雨的环境污染和较多的腐蚀情况，因此对于燃煤发电厂中产生大量的二氧化硫或氮氧化物的防治是势在必行。目前国内外较为有效的手段是烟气脱硫（Flue Gas Desulfurization 简称“FGD”）。而采用湿法石灰石洗涤法是当今世界各国烟气脱硫技术中应用最多也是最成熟的工艺。2003年我们国家的湿法脱硫设备国产化率已在96%以上，预计到2010年，国产化率可达100%。 虽然脱硫后烟气中含有的腐蚀性介质含量较少，但由于脱硫后烟气的温度一般都在硫酸的露点以下，因此对于不同结构形式的烟囱内壁，均有不同程度的腐蚀发生。而我们国内针对脱硫烟囱的防腐蚀措施，无论在烟囱的设计、施工等标准规范方面，还是在工程实际应用上面，都存在着空白或没有足够的经验积累。目前国内新烟囱选择了钛材，但钛材不仅成本高，而且目前市场供需矛盾明显，是否能满足防腐蚀要求还需要观察和跟踪。由于VEGF玻璃鳞片复合材料已成功应用于烟气脱硫装置，积累了比较丰富的经验，因此我们来探讨VEGF玻璃鳞片复合材料在烟囱中的防腐蚀应用可行性，这不仅为新建脱硫烟囱采用的防腐蚀措施提供了一个新的选择，同时也为国内电厂旧烟囱的改造带来实际的参考价值。

2、 湿法烟气脱硫工艺的烟囱运行工况条件
湿法石灰石洗涤法是国外应用最多和最成熟的工艺，也是国内火电厂脱硫的主导工艺。湿法脱硫工艺主要流程是，锅炉的烟气从引风机出口侧的烟道接口进入烟气脱硫(FGD)系统。在烟气进入脱硫吸收塔之前经增压风机升压，然后通过烟气—烟气加热器(GGH)，将烟气的热量传输给吸收塔出口的烟气，使吸收塔入口烟气温度降低，有利于吸收塔安全运行，同时吸收塔出口的清洁烟气则由GGH加热升温，烟气温度升高，有利于烟气扩散排放。经过GGH加热器加热后烟气温度一般在80℃左右，可使烟囱出口处达到更好的扩散条件和避免烟气形成白雾。GGH之前设的增压风机，用以克服脱硫系统的阻力，加热后的清洁烟气靠增压风机的压送排入烟囱。当不设GGH加热器加热系统时，烟气温度一般在40～50℃。
烟气经过脱硫后，烟气中的二氧化硫的含量大大减少，而洗涤的方法对除去烟气中少量的三氧化硫效果并不好，因此仍然残留近10%的二氧化硫和三氧化硫。由于经湿法脱硫，烟气湿度增加、温度降低，烟气极易在烟囱的内壁结露，烟气中残余的三氧化硫溶解后，形成腐蚀性很强的稀硫酸液。脱硫烟囱内的烟气有以下特点：
1)    烟气中水份含量高，烟气湿度很大；
2)    烟气温度低，脱硫后的烟气温度一般在40～50℃之间，经GGH加温器升温后一般
在80℃左右；
3) 烟气中含有酸性氧化物，使烟气的酸露点温度降低；
4) 烟气中的酸液的浓度低，渗透性较强。
5) 烟气中的氯离子遇水蒸气形成氯酸，它的化合温度约为60℃，低于氯酸露点温度时，就会产生严重的腐蚀，即使是化合中很少量的氯化物也会造成严重腐蚀。
由于脱硫烟囱内烟气的上述特点，对烟囱设计有如下影响：
1) 烟气湿度大，含有的腐蚀性介质在烟气压力和湿度的双重作用下，结露形成的冷凝物具有很强的腐蚀性，对烟囱内侧结构致密度差的材料产生腐蚀，影响结构耐久性。
2) 低浓度稀硫酸液比高浓度的酸液腐蚀性更强。
3) 酸液的温度在40-80℃时，对结构材料的腐蚀性特别强。以钢材为例，40-80℃时的腐蚀速度比在其它温度时高出约3-8倍。
由此可知，排放脱硫烟气的烟囱比排放普通未脱硫烟气的烟囱对防腐蚀设计要求要高得多，这也许与我们的传统观念有所不同。目前，电厂烟囱主要在以下三种工况下运行：
1）    排放未经脱硫的烟气，进入烟囱的烟气温度在1300C左右。在此条件下，烟囱内
壁处于干燥状态，烟气对烟囱内壁材料属气态均匀腐蚀，腐蚀情况相当轻微。
2）    排放经湿法脱硫后的烟气，并且烟气经GGH系统加热，进入烟囱的烟气温度在800C
左右，烟囱内壁有轻微结露，导致排烟内筒内侧积灰。根据排放烟气成分及运行等条件的不同，结露腐蚀状况将有所变化。
3）    排放经湿法脱硫后的烟气，进入烟囱的烟气温度在40～500C，烟囱内壁有严重结
露，沿筒壁有结露的酸液流淌。
在设有脱硫系统的电厂，由于在运行时，烟气有可能不进入脱硫装置，而通过旁路烟道进入烟囱。此时，烟气温度较高，一般在130℃左右，故设计烟囱时，还必须考虑在此温度工况下运行对烟囱的影响。
同时在烟囱的防腐蚀设计中还应该考虑到以下几个综合因素：残留的灰粉平均粒度（大约10um）、灰粉的硬度（约莫式硬度7.0）、灰粉的冲击能量(2.05*10-12J)、灰粉的浓度（600mg/m3）、烟囱的最大曲率变化（实际不大于1%）。
欧美等发达国家电厂烟气脱硫开始的时间比较早，根据国内外的经验，目前湿法脱硫后的烟囱钢内筒内衬防腐主要有四类形式：
    耐酸腐蚀的金属合金薄板材作内衬，材料包括镍基合金板（C-276、C22）、钛板（TiCr2）等；
    耐腐蚀的轻质隔热的制品粘贴，隔绝烟气和钢内筒接触，如发泡耐酸玻璃砖内衬；
    采用耐酸、耐热、保温浇筑材料，使用浇注或压力喷浆技术安装内衬；
    玻璃鳞片涂层等防酸腐蚀涂料，

3、VEGF材料的特点
VEGF鳞片胶泥（涂料）是以乙烯基酯树脂材料为主材加入10%-40%片径不等玻璃鳞片等材料配制而成的，其中VEGF是vinyl ester glass flake的缩写。鳞片胶泥含有的玻璃鳞片，在胶泥施工完毕后，扁平型的玻璃鳞片在树脂连续相中呈平行重叠排列，从而形成致密的防渗层结构。腐蚀介质在固化后的胶泥中的渗透必须经过无数条曲折的途径，因此在一定厚度的耐腐蚀层中，腐蚀渗透的距离大大的延长，相当于有效地增加了防腐蚀层的厚度。所以VEGF材料具有以下特点：
1》    耐腐蚀性能好。由于鳞片涂层采用的基体树脂是高性能的乙烯基酯树脂，该类型树脂具有较环氧树脂更好的耐腐蚀性能。
2》    较低的渗透率。鳞片涂层的抗水蒸汽渗透率比普通环氧树脂涂料高6-15倍，比普通环氧FRP高4倍。
3》    鳞片涂层具有较强的粘结强度，不仅指树脂基体与其中的玻璃鳞片之间的粘结强度较高，而且鳞片涂层与基材之间的粘结强度高，同时鳞片涂层不易产生龟裂、分层或剥离，附着力和冲击强度较好，从而保证较好的耐蚀性。
4》    耐温差（热冲击）性能较好。涂层中由于含有许多玻璃鳞片，因此消除了涂层与钢铁之间的线膨胀系数的差别，鳞片涂层的线膨胀约为11.5×10-6m/m℃,钢铁的线膨胀系数为12.0×10-6 m/m℃，两者之间比较相近，使鳞片涂层适合于温度交变的重腐蚀环境。
5》    耐磨性好。鳞片涂层在固化后的硬度较高，且有韧性，在粒子的冲刷耐磨性较好，鳞片涂层的破坏是局部的，其扩散趋势小，易于修复。
6》    具有适中的造价。与目前FGD装置中的主要选用：钛复合板、不锈钢、整体镍基合金、整体玻璃钢等相比，玻璃鳞片涂层具有最好的性价比。
7》    工艺性较好。由于鳞片涂层的固体成份和添加剂根据需要可以调节配比，使涂料能适应多种气候，多种工艺要求的配置方法。能解决低温气候的固化问题，和每道工艺之间的施工间隙时间的长短。

4、VEGF材料的应用性研究
根据VEGF材料在电厂烟囱中的实际应用中可能出现的一些技术问题，我们分别对材料的各方面的性能进行了测试和表征。

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王经理，好久不见，还好吗？还在深耕细作阿？ [s:2]

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