复合材料在烟气脱硫领域的应用现状及发展前景课件.pptx
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1、复合材料在烟气脱硫领域的应用现状及发展前景目 录 一、国内脱硫烟囱防腐蚀技术研究现状 二、国际上脱硫烟囱防腐蚀研究成果简介 三、国内常用烟囱防腐材料的使用性能简介 四、国际上玻璃钢烟囱的发展现状 五、国内玻璃钢烟囱设计建造案例简介 六、玻璃钢在国内脱硫烟囱上的应用前景 七、国内玻璃钢烟囱的基本现状 八、有关建议一、国内脱硫烟囱防腐蚀技术研究现状1.1 干排烟气的腐蚀性1.2 脱硫烟气的腐蚀性研究1.3 湿烟气对钢内筒的腐蚀性1.4 湿烟气对混凝土的腐蚀性1.1 干排烟气的腐蚀性 在烟气对烟囱结构的腐蚀介质中,主要腐蚀介质为SO2在烟囱内壁的结露腐蚀(SO3由于含量很少,并且露点温度一般在90以
2、上,一般不单独讨论。)。而SO2的露点温度是随着烟气中SO、SO 含量的变化而变化的,23没有一个固定值。根据国际上的研究、测量结果,烟气中SO2的结露温度可通过一些列复杂的计算公式进行计算。例如,与该项目类似的某案例烟气条件的结露温度为8283。而根据国内某些脱硫公司、设计院及电力公司的实际测定,燃煤电厂干烟气中SO2的结露温度,随着SO、SO 含量23的变化,一般在80130之间。1.2 脱硫烟气的腐蚀性研究 腐蚀产生的条件有如下几点:a.要有腐蚀介质的存在;b.要有足够的水分存在;c.要有一定的环境温度。缺少前面2点,腐蚀反应几乎不会发生,是腐蚀发生的必要条件;而第3点只是腐蚀速率的决定
3、因素之一,只是决定腐蚀速度的快、慢。1.3 湿烟气对钢内筒的腐蚀性 通过对北仑电厂加装湿法脱硫装置后烟气的腐蚀性的测试结果表明,湿法脱硫后,当脱硫效率达到理论设计值95%时,烟囱内壁的酸性冷凝液的PH值为1.92.2,属于强酸性状态。此时湿烟气对于材质为Q235A钢的腐蚀速率高达159.54mm/年200.00mm/年;对于材质为10CrMnCuTi不锈钢的腐蚀速率也高达23.9268mm/年!1.4 湿烟气对混凝土的腐蚀性 东南大学、江苏苏源环保公司等的研究表明,当烟囱内壁(由湿烟气冷凝结露而产生的)稀硫酸的浓缩在中等状态时(此时硫酸的浓度为15%,最大浓缩浓度可达40%):对于C25混凝土
4、的腐蚀速率为8mm/10天;对于C30混凝土的腐蚀速率为2.4mm/10天;对于C50混凝土的腐蚀速率为2.4mm/10天。对于目前电力烟囱最常用的C30混凝土的腐蚀发展趋势,可通过下图看出:由该曲线可以查出,当C30混凝土在10天内出现2.4mm的中性化深度时,其抗压强度将降低大约17MPa!二、国际上脱硫烟囱防腐蚀研究成果简介 2.1 美国电力研究院(EPRI)湿烟囱设计导则简介 2.2 国际烟囱协会(CICIND)标准对脱硫后烟气腐蚀的描述 2.3 小结2.1 美国电力研究院(EPRI)湿烟囱设计导则简介2.1.1 引言“湿烟囱”定义为:用以排放饱和的且全部清洁过的烟气的烟囱或烟道。湿烟
5、囱位于湿法烟气脱硫系统的下游。在上游的湿法脱硫系统中,脱硫浆液被喷入烟气流中与其发生化学反应,通过一系列的脱硫化学反应,二氧化硫的含量降低了,烟气达到饱和,烟温也降到5055。本文所讨论的湿烟囱运行,不采用任何烟气再热系统或部分烟气旁路。2.1 美国电力研究院(EPRI)湿烟囱设计导则简介 对于如何降低维护工作量以及如何提高系统运行效率等问题,因此湿法烟气脱硫系统取消再热系统而采用湿烟囱设计是一项切实可行的选择。对现有的电厂加装一台新的湿法烟气洗涤塔系统。在此情况下,最为重要的湿烟囱设计考虑是现有的烟囱内衬和烟道,从材料角度以及从运行角度来讲,是否能适应新的湿环境。如果不能适应的话,则必须对现
6、有的内衬和烟道进行改造。由于对现有的烟道进行改造需要一定的电厂停炉时间,通常更为经济的做法是为经过洗涤的烟气新建一座烟囱,并在需要时,使用现有的烟囱作为洗涤塔的旁路来排放烟气。2.1 美国电力研究院(EPRI)湿烟囱设计导则简介2.1.2 湿烟气的腐蚀与防护 采用湿烟囱运行时,腐蚀问题相比采用再热方式的脱硫系统的要轻一点,但是仍然必须予以考虑。腐蚀是由来自吸收塔的湿态酸性烟气流导致的。然而,此腐蚀是可以预防的。首先,烟道的底面必须予以倾斜以便于排放腐蚀性液体。其次,接触烟气的烟道材料和烟囱通烟筒的内衬必须具有耐化学侵蚀性。目前,有许多材料可供FGD出口烟道和烟囱内衬选用。它们是根据来自吸收塔的
7、烟气及冷凝物的化学特性而选择的。在现有的集液技术和材料选型下,是可以达到防腐效果的。可供湿烟囱运行选择的内衬材料有:耐酸砖、硼硅酸泡沫玻璃砖、防护涂层、玻璃纤维加固塑料(玻璃钢)、镍合金、钛。2.1 美国电力研究院(EPRI)湿烟囱设计导则简介2.1.3 关于烟气流速 在烟囱内筒里的烟气流速是一个非常重要的因素,如果处理得当的话,可极大地减少烟气流的二次夹带。从除雾器带走的液滴,沉积在烟道和烟囱通烟筒的内表面上。随着液滴的不断沉积,它们便会受到自身重力的向下拉力。同时,烟气也会对液体施加一个与烟气流同一方向的拉力。当来自烟气的力达到或超出液滴自身重力和内表面的附着力时,液体便会从烟道或内衬壁上
8、脱落。然后,液体会重新进入或被二次夹带,进入烟气流并被携带出烟囱。此时,烟气流速也称为二次夹带临界速度。2.1 美国电力研究院(EPRI)湿烟囱设计导则简介2.1.3 关于烟气流速 湿烟囱设计方应根据集液系统的设计考虑来选择通烟筒的直径。烟囱内径的选型最好能保证烟气流速低于二次夹带临界速度,并且还应留有适当的裕度。这将增加液体在烟囱内收集的概率,从而避免随烟气流一起排出烟囱(形成烟囱雨)。下表提供了有关供烟囱通烟筒直径选型用的速度建议。2.1 美国电力研究院(EPRI)湿烟囱设计导则简介 2.1.4 烟囱防腐材料推荐2.2 国际烟囱协会(CICIND)标准对脱硫后烟气腐蚀的描述国际工业烟囱协会
9、(CICIND)在其发布的标准中对脱硫后的烟气腐蚀性能作了如下说明:(1)、烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在将提高腐蚀程度,在20和1个标准大气压下,氟化氢、氯元素和氯化氢的质量分数超过0.025%、0.1%和0.1%时,腐蚀等级(化学荷载)为高级。(2)、处于烟气脱硫系统下游的浓缩或饱和烟气条件通常被视为高腐蚀等级。(3)、含有硫氧化物的烟气腐蚀等级按SO 的含量值确定;凝结过程为SO 离子2与水蒸气结合成为硫酸,对烟囱造成腐蚀。2(4)、亚硫酸的露点温度取决于烟气中SO2的浓度,一般约为65。稍高于水的露点。在同样的温度下,还会有盐酸、硝酸等酸液。(5)、尽管在烟气脱硫过程中已除去大部分的
10、氧化硫,但在净化装置下游,随着氧化硫含量的减少,烟气的湿度增大,温度降低。当温度低于80时,氧化硫形成酸液。此外,净化后的烟气中还含有氯化物。(6)、烟气中的氯离子遇到水蒸汽形成氯酸,化合温度约为60,当低于氯酸露点温度时,即使是很少的氯化物也会造成严重腐蚀。2.3 小结 胶泥砌筑耐酸砖内衬,由于在使用过程中,烟囱内的烟气存在由于负压状态的高温烟气工况和低压状态的正压工况之间的频繁转换,极易导致耐酸砖与粘接胶泥之间出现裂缝,导致防腐蚀失败,使得腐蚀性烟气容易透过这一裂缝渗透至内筒与外筒之间;美国脱硫初期,可供选择的内筒材料十分有限,初期的脱硫塔和钢内筒主要在碳钢内衬玻璃鳞片涂层和橡胶内衬、31
11、6和316L不锈钢之间选择。当时C-276、317不锈钢尚未纳入试用对象。随着早期脱硫项目烟囱内衬材料成功及失败案例的传播,以及在此压力下各类新技术的采用,美国终于解决了脱硫烟囱的防腐蚀问题:玻璃钢内衬和钢板加C-276内衬。这一结果以及美国相关资料、技术报告等显示的结果表明,在目前的美国,新建脱硫烟囱的内防腐材料,基本上是以有机材料为主导。三、国内常用烟囱防腐材料的使用性能简介3.1 国产发泡玻璃砖防腐蚀体系3.2 耐蚀鳞片树脂内衬3.3 耐酸胶泥类防腐蚀材料3.4 烟囱涂料3.5 玻璃钢预拼板内衬3.6 可焊接聚四氟乙烯薄膜防腐蚀内衬3.7 钛合金烟囱国内应用状况3.8 小结3.1 国产发
12、泡玻璃砖防腐蚀体系、国产发泡玻璃砖,是借鉴宾高德体系,在采用废玻璃制造发泡玻璃保温材料的基础上,仿制而来;、绝大多数国产发泡玻璃块材的实际抗压强度只有0.6MPa1.0MPa,但是由于还没有这方面的专用检测标准,一些厂商采取“操作手段”,将检测报告上的抗压强度值标称到1.4MPa,超过了进口Pennguard发泡玻璃块材的强度;、绝大多数国产发泡玻璃块材的粘接剂不过关,多数推销国产发泡玻璃块材的企业,本身并没有生产设施,而是采取OEM或者贴牌采购。这样产品质量难以保证。、更为严重的是,某些推销企业本身不懂得防腐蚀材料,对湿法烟气脱硫后的腐蚀环境也不甚了解,仅仅是看到了目前电力行业湿法脱硫所带来
13、的巨大商机,看到Pennguard发泡玻璃块材的配套粘接剂断裂延伸率高达350%,就在这方面做仿制文章,实际上并没有对发泡玻璃砖防腐蚀体系进行深入研究,不懂得烟囱细部结构的设计,也不注重施工质量控制,结果也导致了较多的质量事故!3.2 耐蚀鳞片树脂内衬 耐蚀鳞片树脂,实际上就是将耐腐蚀型玻璃预先加工成为鱼鳞状薄片(厚度约25m),经过表面改性处理后,与耐腐蚀性树脂按照一定的比例混合,在需要防腐蚀的部位,涂抹成为一定厚度的薄膜。理论上,1mm厚度的耐蚀鳞片树脂层,大约包含120层的、成交叉排列的玻璃鳞片层,对腐蚀性介质具有极佳的抗渗性能。腐蚀试验时间:h 鳞片树脂涂层与其他防腐蚀材料的耐腐蚀试验
14、结果如上图所示 图中:1-丁基橡胶、腐蚀;3-镍基合金C、腐蚀;4-钛、腐蚀;试验条件30%H SO、802-耐蚀鳞片涂层、无异常;5-不锈钢、腐蚀。24净烟道目前电力行业应用玻璃鳞片防腐蚀的问题简要分析 基于前述国内电力行业相关人士的要求,对这一问题进行了一系列的材料性能、施工技术和环境要求、应用状况等调研,发现目前电力行业所使用的玻璃鳞片防腐蚀层,存在如下问题:、国内外玻璃鳞片所用的树脂:VE及其固化体系。而实际上,国内钢烟道的壁厚只有6mm,甚至更低。在脱硫工况、起停机交替作用下,肯定会出现较大的变形!、这类树脂在使用过程中,对过氧化物的添加量极为敏感:、这类树脂在施工过程中,环境要求:
15、露点温度;、这类树脂对钢板的除锈程度要求较高:、目前的工程招标方式:低价中标!3.3 耐酸胶泥类防腐蚀材料 目前在电力行业烟囱防腐蚀领域推销这类产品的名称大致有3类:、特种耐酸胶泥;、VP内衬;、萨伟真内衬 从所使用的主要材料来讲,他们均属于水玻璃耐酸胶泥类别;只是VP、萨伟真采用的是美国配方和原始设计方案,在有些场合采用有机材料作为防渗隔离层,多了一层保险。耐酸胶泥实际上就是水玻璃耐酸胶泥,有2类:由钠水玻璃与耐酸填料、氟硅酸钠固化剂等复配而成的耐酸胶泥称之为钠水玻璃胶泥;由钾水玻璃与耐酸填料、缩合磷酸铝固化剂等复配而成的耐酸胶泥称之为钾水玻璃胶泥;水玻璃材料的基本特性是:耐浓酸、耐高温性能
16、好,耐水性、耐稀酸性能差。水玻璃耐酸混凝土(冶金工业出版社,1985)、如果不加处理,水玻璃耐酸混凝土固化后的显气孔隙率高达20%30%,吸油率可达7%10%,在稀酸性腐蚀介质环境下的渗透深度可达35mm/月;、对于进行过密实性处理(可以号称特种了)的密实性水玻璃耐酸混凝土,在5%的硫酸溶液中进行浸泡试验时发现,1年后稀硫酸浸透了70.5mm厚的水玻璃混凝土试块;在20%的硫酸中的浸透深度则为810mm。由此计算,对于部分厂家推荐的耐酸胶泥防腐蚀层厚度为20mm时,即使耐酸胶泥层不出现开裂等缺陷,在脱硫后的湿烟气条件下,硫酸的浓度一般在5%以下(局部产生硫酸浓缩效应的部位除外),大约在2.5年
17、即可浸透耐酸胶泥防腐蚀层!工业建筑防腐蚀设计规范(GB 50046-2008)7.8.1 水玻璃类材料可用于酸性介质作用的部位,不宜用于盐类介质干湿交替作用频繁的部位,并不得用于碱和碱性反应的介质以及含氟酸作用的部位。7.8.2 常温介质作用时,宜选用密实性水玻璃材料;当介质温度高于100时,应选用普通型水玻璃材料。该规范条文说明部分还有关于水玻璃类材料的规范性解释:7.8.2 与普通型水玻璃类材料相比,密实性水玻璃类材料具有较好的抗渗性。,所以用于常温介质时,宜选用密实型水玻璃类材料。普通型水玻璃类材料的气孔率大,所以在高温作用时,应予选用,而不选用气孔率小的密实型水玻璃类材料。3.4 烟囱
18、涂料这类材料有如下几类:、MC烟囱防腐耐热涂料(1981年鉴定、应用,已有27年安全应用的历史)、XX烟囱涂料3.5 玻璃钢预拼板内衬 玻璃钢是由玻璃纤维、树脂所制造出来的一类材料的总称。美国的应用业绩表明,该材料是适合于湿法脱硫烟囱内防腐蚀的材料之一,也是目前美国能源部关于湿法脱硫烟囱的主要推荐方案。玻璃钢内衬的耐腐蚀性能、耐温性能,主要取决于制造玻璃钢所用的树脂;玻璃钢内衬的整体性能,还取决于玻璃钢与现有内衬的连接形式、各节点的处理方式;在国内,在用这类材料用于严重腐蚀的烟囱内壁,也有几个案例:、1987年,吉林化学工业公司污水处理厂采用YJ呋喃树脂玻璃钢作为该厂污泥焚烧系统烟囱防腐蚀内衬
19、,结果使用7年后,到1994年时仍然完好。、在2000年,丹东化纤厂150m废气烟囱,由于严重腐蚀而需要维修。经过多种方案对比,最终采用玻璃钢作为该烟囱内防腐维修材料,使用至今未见损坏。其做法是:预先根据烟囱内部情况,制作设计厚度的玻璃钢预制板,然后将这些玻璃钢预制板通过一定的安装工艺,安装在烟囱内壁,然后采用耐温、弹性防腐蚀材料密封这些玻璃钢预制板的板缝。、胜利电厂一期烟囱内防腐,采用前述做法,2008年7月施工。图片如下:3.6 可焊接聚四氟乙烯薄膜防腐蚀内衬 该方案是将聚四氟乙烯(塑料王)进行改性处理后,熔铸、切削成为厚度为0.5mm的薄膜,经特种工艺处理后,在一面复合600g/m2的玻
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