引言

以煤、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣為燃料的鍋爐進(jìn)行發(fā)電或者供熱的過(guò)程中,燃料直接燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫,造成環(huán)境污染,并且燃料的品質(zhì)不同,會(huì)產(chǎn)生不同濃度的二氧化硫。隨著鍋爐數(shù)量的增加,污染物的排放總量會(huì)持續(xù)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(shù)被公認(rèn)為最成熟、應(yīng)用占比最大的技術(shù)。在鋼鐵領(lǐng)域,鐵礦粉燒結(jié)過(guò)程中需要混入適量的燃料、溶劑和水,也會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫,其濃度通常在1000~2000mg/m3,由于燒結(jié)機(jī)煙氣量通常比較大,加上我國(guó)屬于鋼鐵大國(guó),故燒結(jié)行業(yè)也是產(chǎn)生二氧化硫的主要源頭之一。

大氣中的二氧化硫不僅會(huì)引發(fā)公眾的各種呼吸道疾病,影響身體健康,還會(huì)對(duì)動(dòng)植物的生長(zhǎng)造成影響。二氧化硫濃度較高時(shí)會(huì)形成硫酸霧或酸雨,腐蝕紙質(zhì)、皮革和金屬等物體的表面,同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞,因此減少二氧化硫的排放十分重要。隨著國(guó)家對(duì)大氣污染防治的管理更加嚴(yán)格,工業(yè)爐窯工藝裝備、污染治理技術(shù)和環(huán)境管理水平需要滿足更高的要求。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定方面,截至目前,已制定發(fā)布的涉及工業(yè)爐窯的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共有28個(gè)(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(yè))。

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

1常規(guī)石灰石一石膏法脫硫底板工藝存在的問(wèn)題

石灰石一石膏法脫硫工藝是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù),日本、德國(guó)、美國(guó)、中國(guó)的火力發(fā)電廠煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝,燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫裝置約80%采用此工藝[3-6],另外工業(yè)生產(chǎn)工藝玻璃窯爐、化工冶煉等行業(yè)也會(huì)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(shè)計(jì)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(jù)防腐工藝布置玻璃樹(shù)脂、膠泥、玻璃絲布、碳化硅耐磨層等達(dá)到防腐的目的。

化石燃料和鐵礦石等金屬礦物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的二氧化硫和濕法脫硫塔內(nèi)部的石灰漿液接觸后會(huì)溶于石灰漿液中發(fā)生反應(yīng),進(jìn)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、Cas03·1/2H20、Cl-、飛灰粉塵等,其pH值為4~6,漿液的酸性會(huì)對(duì)鋼制脫硫塔底板造成腐蝕,長(zhǎng)時(shí)間使用后,脫硫塔底部鋼板會(huì)不斷腐蝕變薄,加大漿液泄漏風(fēng)險(xiǎn),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(shù)脂,鋼制底板在制作安裝過(guò)程中由于鋼板的尺寸及脫硫塔的形狀特殊,需要進(jìn)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10~16mm,此厚度范圍的鋼板在焊接過(guò)程中易產(chǎn)生大量的形變,同時(shí)會(huì)對(duì)已經(jīng)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(shù)不同,在鋼板受熱后會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)變,應(yīng)變產(chǎn)生的應(yīng)力在界面處釋放,會(huì)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(yùn)行溫度一般可達(dá)到55C左右,而有些區(qū)域的環(huán)境溫度比較低,產(chǎn)生了有溫差的區(qū)域,由于玻璃樹(shù)脂和鋼板的比熱差較大,底板上涂刷的樹(shù)脂與鋼制底板之間便會(huì)由于不同形變量產(chǎn)生相對(duì)位移,引起鱗片脫落,所以在安裝過(guò)程中需特別注意鋼制底板的變形問(wèn)題。

以上問(wèn)題均會(huì)導(dǎo)致常規(guī)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一石膏法脫硫無(wú)底板工藝,該工藝可有效減少以上問(wèn)題的出現(xiàn),提高整個(gè)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

2石灰石—石膏法脫硫無(wú)底板工藝

2.1無(wú)底板工藝流程

脫硫塔混凝土基礎(chǔ)通常采用℃25鋼筋混凝土進(jìn)行一次灌漿,根據(jù)建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)情況、50年最大風(fēng)力情況、50年最大降雨情況以及地震要求等環(huán)境因素,一次混凝土澆筑到相對(duì)脫硫塔底板下約0.3m處,接著制作安裝脫硫塔底部的基礎(chǔ)環(huán)板,基礎(chǔ)環(huán)板采用鋼筋和模板固定,完成后進(jìn)行脫硫塔壁板的安裝,通過(guò)調(diào)整墊鐵來(lái)調(diào)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(yàn)收合格后進(jìn)行二次灌漿,采用無(wú)收縮的水泥砂漿灌注到脫硫塔底部上沿0.04m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0.003o坡度,以保證漿液能順利從排空口排出。二次灌漿結(jié)束后,需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境情況對(duì)二次灌漿區(qū)域進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。待混凝土徹底凝固后進(jìn)行下一步工序,即采用噴砂機(jī)對(duì)脫硫塔底部的混凝土進(jìn)行打毛,使其達(dá)到一定的粗糙度,便于涂刷玻璃樹(shù)脂,涂刷工作嚴(yán)格按照如下工序進(jìn)行:表面凈化二清理表面粉塵二涂刷底涂第一道二干燥二涂刷底涂找補(bǔ)漏點(diǎn)二乙烯基樹(shù)脂和膠泥按比例混合二準(zhǔn)備玻纖布多層二用樹(shù)脂膠泥玻纖布貼襯二達(dá)到要求厚度干燥二清理表面涂裝面漆二加耐磨層二電火花檢查二最終檢查二驗(yàn)收。

完成后的防腐部分如圖1所示,無(wú)底板工藝整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1脫硫塔防腐工藝示意圖

圖2無(wú)底板工藝示意圖

2.2無(wú)底板工藝應(yīng)用

近年來(lái),本項(xiàng)目組已經(jīng)開(kāi)始推進(jìn)該工藝在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用。目前該工藝在多個(gè)石灰石—石膏法脫硫項(xiàng)目中已經(jīng)投入使用,其中部分應(yīng)用工況如表1所示。

脫硫塔直徑從5~15m范圍內(nèi)均有使用,在石灰石一石膏法脫硫工程項(xiàng)目上的使用約30臺(tái)(套)。

到目前為止,通過(guò)用戶(hù)的反饋和本項(xiàng)目組的回訪,所有項(xiàng)目整體運(yùn)行效果反饋均為良好,說(shuō)明該工藝經(jīng)過(guò)實(shí)際工程的檢驗(yàn),能與鋼制底板工藝達(dá)到同樣的使用效果,保證脫硫塔的安全運(yùn)行。后續(xù)本項(xiàng)目組會(huì)繼續(xù)加強(qiáng)與各用戶(hù)的溝通交流,根據(jù)用戶(hù)反饋的問(wèn)題,進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)當(dāng)前方案,以滿足二氧化硫排放更高要求的使用。

2.3無(wú)底板工藝優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)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(shù)脂之間的膨脹系數(shù),不同材料的熱膨脹系數(shù)及溫度范圍數(shù)據(jù)如表2所示。從表中可以發(fā)現(xiàn),鋼材和玻璃樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)相差很大,兩種材料的界面處存在應(yīng)力釋放引入的缺陷。鋼材的焊接變形可以通過(guò)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(shù)脂之間的熱失配問(wèn)題目前無(wú)法找到合適方法去解決。

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

不僅如此,由于無(wú)底板工藝不使用鋼板,工藝成本大大降低。以直徑12m的脫硫塔底板為例進(jìn)行成本計(jì)算,傳統(tǒng)工藝與無(wú)底板工藝的成本比較如表3所示。

綜合以上成本比較,無(wú)底板工藝7.7萬(wàn)元的成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)工藝13.5萬(wàn)元的成本。

除此之外,在制作安裝過(guò)程中,無(wú)底板工藝相比傳統(tǒng)工藝在時(shí)間上更為節(jié)省。傳統(tǒng)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(jìn)行脫硫塔底板焊接的過(guò)程中脫硫塔上部區(qū)域無(wú)法進(jìn)行施工。而采用無(wú)底板工藝,無(wú)收縮澆注料的準(zhǔn)備工作和施工過(guò)程較快,1~2h即可完成二次澆筑,澆筑完成后對(duì)混凝土進(jìn)行正常養(yǎng)護(hù),該養(yǎng)護(hù)工作與脫硫塔上部施工可以同時(shí)進(jìn)行。因此,脫硫塔無(wú)底板工藝相比傳統(tǒng)的鋼制底板工藝,在整個(gè)工期的控制上有巨大優(yōu)勢(shì)。

2.4無(wú)底板工藝存在的問(wèn)題

雖然無(wú)底板工藝存在上述諸多優(yōu)點(diǎn),但采用混凝土和玻璃樹(shù)脂作為底板仍然存在以下問(wèn)題:

(1)因?yàn)榛炷梁兔摿蛩诎逯g無(wú)法采用焊接工藝來(lái)進(jìn)行連接,只能使用玻璃樹(shù)脂進(jìn)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(xù)使用過(guò)程中需要定期對(duì)脫硫塔的底板進(jìn)行檢查,若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,需及時(shí)處理。

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

(3)在混凝土表面進(jìn)行玻璃樹(shù)脂的防腐作業(yè),是整個(gè)工藝中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié),在施工方前期工程經(jīng)驗(yàn)不足時(shí),必須嚴(yán)格按照防腐工藝流程進(jìn)行,認(rèn)真檢查每個(gè)防腐工序,落實(shí)到具體的工序有專(zhuān)人進(jìn)行跟蹤和驗(yàn)收,防止在混凝土和玻璃樹(shù)脂之間產(chǎn)生空洞,影響防腐質(zhì)量,造成脫硫塔漏漿,影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3結(jié)語(yǔ)

本文在常規(guī)石灰石一石膏法脫硫底板工藝的基礎(chǔ)上優(yōu)化,提出了無(wú)底板工藝。常規(guī)脫硫工藝主要存在的問(wèn)題為混凝土、鋼板和玻璃樹(shù)脂之間的熱失配較大,導(dǎo)致材料之間相對(duì)位移較大。使用本文提出的無(wú)底板工藝,由于混凝土和玻璃樹(shù)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(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用,并且經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何負(fù)面問(wèn)題。同時(shí),無(wú)底板工藝的使用可降低造價(jià),節(jié)省資源與成本,間接降低了碳排放,響應(yīng)了國(guó)家當(dāng)前的"雙碳"政策,進(jìn)一步提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。