玻璃钢在电厂湿法烟气脱硫装置中的应用研究

玻璃钢在电厂湿法烟气脱硫装置中的应用研究

魏荭乔光辉

(连云港连众玻璃钢集团有限公司，江苏222006)

[摘要]本文简述了玻璃钢的特点，介绍了玻璃钢在国内外电厂湿法烟气脱硫装置中的应用情况，旨在推进复合材料在我国烟气脱硫系统中的应用。

[关键词]复合材料；电厂；烟气脱硫

1. 前言

煤在我国的一次能源中占70％左右，烧煤锅炉的烟气污染是大气污染的最主要根源。燃煤产生的二氧化琉使我国的酸雨污染逐年加重，酸雨面积不断扩大，已扩大到占国土面积的40％以上。酸雨和二氧化硫污染造成农作物、森林和人体健康等方面的经济损失严重，成为制约我国经济和社会发展的重要因素。

为遏制酸雨污染的进一步发展，1998年1月21日以国函门998]5号文批准了国家环保局制定的《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》。在两控区内，对工业污染源排放实行分阶段控制。以火电厂为例，新建、改建燃煤含流量大于1％的电厂，必须建设脱硫设施；现有燃煤含流量大于1％的电厂，到2000年前采取减排措施，在2010年前分批建成脱硫设施或采取其它具有相当效果的措施。

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烟气脱硫是当今燃煤电厂控制二氧化硫排放的主要措施。而湿式石灰石洗涤法是当前世界各国应用最多、最成熟的工艺。国家电力公司已将湿式石灰石脱硫工艺确定为火电厂烟气脱硫的主导工艺。湿式石灰石烟气脱硫已纳人国产化计划，计划到2003年湿法脱硫设备国产化串达96％以上，到2010年国产化串达100％，从而达到大幅度降低脱硫设备造价的目的。

湿法脱琉工艺的基本原理是，烟气中的s02、so；、HF或其它有害成份，在高温状态下与含有某些化学介质的水相通，并发生化学反应，产生稀硫酸、硫酸盐或其它化合物，烟气温皮也同时降低到露点以下。这就给脱硫装置带来了严重的露点腐蚀问题。

火电厂烟气中含有S02、N0x、HCl、HF等气体。因此，脱硫系统洗涤液中含有H2S04、HCl、HF等溶液，且含20％左右的固化物。如不设烟气再加热，吸收塔人口烟气温度可高达160~180℃，且有一定的干、湿界面。吸收塔出口烟温较低，为55℃左右，处于露点以下。因此，湿式脱硫系统对材质的耐蚀、耐磨、耐温要求极为严格。同时，脱硫系统要求与电站主机、主炉同步运行，因此对脱硫系统的可靠性、利用率和使用寿命要求也极高。

研究选择合适的材质是各国脱硫工作者长期致力的目标。各国依据本国的燃料质量、环保的要求和经济承受力，在选择脱硫设备的材质方面也不尽相同。如美国主要采用镍基合金或碳钢内覆高镍合金板，德国采用碳钢内衬橡胶和玻璃钢，日本采用碳钢内涂玻璃鳞片乙烯基酯树脂。

玻璃纤维增强塑料，也称玻璃钢(FRP或GRP)，用于制作烟气脱硫装置始于20世纪70年代初，尤其是酚醛环氧乙烯基酯树脂的开发，针对烟气脱硫独特要求的试验研究，以及大直径玻璃钢缠绕技术的问世，使玻璃钢脱硫装置得到较为广泛的应用。自从1972年起，采用乙烯基酯树脂做成的玻璃纤维增强塑料在许多湿法脱硫系统中获得了成功应用。

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2. 玻璃钢的优良特点

玻璃钢是发展较早的一种复合材料，具有十分显著的性能特点。与金属材料或其它无机材料相比，它重量轻、比强度高、电绝缘、耐瞬时超高温、传热慢、隔音、防水、易着色、能透过电磁波，是一种兼具功能和结构特性的新型材料。

2.1. 耐腐蚀性能

玻璃钢的耐腐蚀性，主要取决于树脂。随着合成技术的不断进步，树脂的性能也在不断提高，尤其在20世纪60年代乙烯基酯树脂的涎生，进一步提高了玻璃钢的耐腐蚀性能、物理性能以及耐热性。事实上，用乙烯基酯树脂做成的玻璃钢成功地用在比湿法脱硫系统环境更苛刻的环境，已经有很长的历史。

2.2. 耐热性能

在湿法脱硫工艺中，高温是必须考虑的一个问题，因为混合气体在进口的温度范围为160℃到180℃，系统中的部件又要承受临时的高温急冷，潜在的热破坏和产生的高腐蚀性副产品导致人们选用象高镍合金C—276这样昂贵的结构材料以满足使用寿命要求。

通过热震性9能试验研究玻璃钢的耐热性能。热震性能试验是通过把两种玻璃钢层合板放到204℃以上的溶液中，取出后立即放人冷水并保存2h，再对两种层合板进行6个h的干燥后测定弯曲强度。不同类型的玻璃钢，其耐热性能相差很大。

酚醛环氧型乙烯基酯树脂玻璃钢和氯茵酸型聚酯树脂玻璃钢，在连续干热状态下的弯曲强度

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性能和耐温性能。比较这两种树脂，用酚醛环氧型乙烯基酯树脂做成的试样暴露在193℃空气中12个月后，保留强度比用氯茵酸聚酯树脂试样高得多，后者在湿法脱硫系统的烟道和烟囱衬里的成功应用已经多年。

两种树脂做成的玻璃钢层合板暴露在65℃烟气中90天后对弯曲强度的影响。试验表明用乙烯基树脂制成的玻璃钢层合板保留了绝大部份抗弯强度，比较起来，用耐温氯茵酸聚酯树脂制成的玻璃钢层合板暴露在干热状态4小时后就分层了，而且弯曲强度下降了40％。乙烯基酯树脂的耐热正好归功于它的延伸率是氯茵酸聚酯树脂3至4倍。高的延伸率导致它具有极好的抗冲击性能和对温差、压力波动、机械振动的适应范围更大。

用乙烯基酯树脂做成的玻璃钢已成功地替换了因热应力和机械应力产生裂缝的湿法脱硫系统的烟囱衬里。乙烯基酯树脂玻璃钢做成的脱硫塔，可用于更高的温度，寿命更长，也更可靠。

玻璃钢的长期使用温度取决于树脂基体的玻璃化转变温度(Tg)和热变形温度(HDT)。双酚A环氧乙烯基酯树脂的HDT高于105℃，酚醛改性环氧乙烯基配树脂的HDT高于145℃。美国Dow Chemical公司开发并已生产出可以用于使用温度为220℃的FGD洗涤塔。

2.3. 耐磨蚀性能

在腐蚀环境中玻璃钢的耐磨性能优于钢材，为提高玻璃钢的耐磨性，可以在树脂基体中加人适当的填料。1987年，位于德国Weiseiler的RWE火电厂采用石灰—石灰石湿法脱硫工艺，石灰水中固体物含量约15％，洗涤塔和输送石灰浆液的管道均为玻璃钢，由于在树脂中加人填科，有较好的耐磨性能，至今使用良好。

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由于玻璃钢具有上述优点，所以许多湿法脱硫系统装置使用玻璃钢已取得了很好的效果，据国外资料介绍，玻璃钢已在湿法脱硫系统的以下方面获得了成功应用：①吸收塔塔体，②石灰溶解槽，②集液器、除雾器，④浆液输送管路，⑥烟道，⑥烟囱。

3. 玻璃钢在烟气脱硫装置中的应用情况

3.1. 国外的应用情况

玻璃钢烟气脱硫设备的应用始于70年代，美国是最早将玻璃钢应用于烟气脱硫领域的国家。80年代，欧洲掀起了玻璃钢制造脱硫设备的热期，1984年，德国BASF公司决定在其位于Iudwigshafen和Marl的燃煤电厂采用Wellman-lord湿法洗涤塔。每个电厂建2座洗涤塔，直径9.5m，高度35.5m。当时，经过长达18个月的实验室研究(模拟使用环境)，预计不需维护至少可使用20年。

1987年11月，BASF公司和欧洲的Owens Coming玻纤公司在伦敦联合主办了脱硫用玻璃钢设备的经验交流会，肯定了玻璃钢的作用，促进了玻璃钢在烟气肥硫领域的应用。

当前世界上不少公司，如Monsanto公司、Bischof公司、Babcock公司、BASF公司、Fiberdur-Vanck公司、ABB公司、Plastilon等公司在冶炼厂、造纸厂和垃圾焚烧炉的烟气脱硫中较为广泛地用玻璃钢制造烟道、吸收塔、喷淋管、除雾器、浆液管道和湿烟囱等。在火电厂烟气脱硫中，浆液输送管道、除雾器已普遍用玻璃钢生产。近年来，由于大直径玻璃钢缠绕技术问世(容器直径可从3.6m到25m)，国外公用事业公司已对玻璃钢生产火电厂脱硫系统中的主要部件，如吸收塔、氧化槽等，越来越感兴趣。

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90年代初期，玻璃钢脱硫设备正趋于大型化，例如Plastilon公司计划制造直径为20m的脱硫吸收塔。如德国某电厂的一台166MW机组上装设由P1astilon公司制造的石灰石浆液吸收塔(不设预洗涤塔)，直径lOm，高34.8m，于1993年投运。美国洁净煤技术示范计划二期(CCT—II)中的CT—121喷射鼓泡床烟气脱硫塔(100MW，不设预洗涤塔)也用玻璃钢制造，已于1992年10月投运，证明玻璃钢吸收塔无论从结构上，还是从化学方面均是可靠的。

3.2. 国内应用情况

我国珞璜电厂从日本进口的湿式石灰石烟气脱硫装置中的除雾器、喷淋管、塔壁冲洗管均用玻璃钢生产，北京国华热电公司脱硫装置中，石灰浆液输送管道和贮存罐均为玻璃钢．广东粤连电厂脱硫装置中洗涤塔内浆液输送管道和石灰溶解贮罐均为玻璃钢。深圳西部电力公司海水脱硫装置中的海水输送及恢复管道采用了连云港连众玻璃钢集团有限公司生产的大口径玻璃钢管道。

与发达国家相比，我国用于烟气脱硫系统的玻璃钢制品还比较少，主要是缺少有关的制造技术和评价方法。连云港连众玻璃钢集团有限公司于1995年从美国引进了用于生产大直径玻璃钢制品的现场缠绕机，可以满足制造烟气脱硫装置这类大型制品的要求。

安徽金隆公司净化工序采用了美国Monsanto公司的动力波洗涤技术吸收二氧化硫气体。该技术具有当今世界先进水平，在我国尚层首次引进，其中的玻璃钢设备结构新、技术要求高、缺乏可资借鉴的先例、制作安装难度较大，美方曾一再强调密从美国购进。Monsanto公司为此专门派遣专家赴连众公司实地考察，在广泛考察及论证的基础上，承认连众公司在技术、装备、管理、产品质置备方面均已达到美国同类工厂的水平，有能力按Monsanto公司的要求，按ASME标准进行设计和制造。这套烟气脱硫洗涤系统主体由一级脱硫塔(也叫一级动力波洗涤器)、气体冷却塔、二级脱硫塔(也叫二级动力波洗涤器)及相应的连接管路组成。最大直径为6.7m，高度

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14.4m。按照要求，所有设备均采用机械缠绕为主、手工糊制为辅的制造工艺，主体设备得现场制作。

上述项目从1996年5月开始制造，1997年2月全部安装调试完毕，并顺利通过了业主、监理、设计院及Monsanto公司的联合验收。动力波脱硫洗涤系统的运行实践表明，该系统在设计、制作、安装备方面均达到了设计要求，具体表现在：

①动力波脱硫装置投运以来，对保证全系统的高运转率起到了关键作用；

②1997年11月，会同Monsanto专家对动力波脱硫系统的性能进行了全面的性能考核测试，考核结果完全达到设计要求，受到美国专家的高度评价；

③玻璃钢塔体和盘管内部光滑不结垢，脱硫效率90％以上．同时玻璃钢耐腐蚀、轻质高强、使用寿命长、价格比钢衬胶低，降低运行成本和维修费用10％。

玻璃钢烟气脱硫洗涤系统在我国的首次成功投运，标志着我国电厂烟气脱硫和工业烟气净化技术提高到了一个新的水平，也充分说明我国具备设计、制作、安装等方面的能力。

4. 结论

（1）玻璃钢经过合理的设计、制造和安装，用于电厂湿法烟气脱硫系统的结构和整套装置中，具有明显的技术经济和社会效益，使用寿命长，运行可靠，在国外已有广泛的应用。

（2）用酚醛环氧型乙烯基树脂做成的玻璃钢具有良好抗热震性，可以避免在温度达200℃

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时热震条件下产生的分层，能在200℃左右的烟气中长期连续运行。

（3）因玻璃钢是各向异性材料，其优良的性能来之于合理的设计、正确的选材和严格的生产工艺控制，因此，用于湿法脱硫系统的玻璃钢在材料选择和工艺方面有专门的要求。

（4）建议建立应用玻璃钢作为电厂烟气脱硫装置的示范工程，以促进玻璃钢这种新型复合材料在电厂烟气脱硫系统中发挥其应有的作用。

参考文献

［1］李绍箕，罗运拍．我国电力系统燃煤机组脱硫状况，石油和化工“三废”处理及环保新技术新产品交流会论文集，2000．

［2］乔光辉，李卫军，扎庆宝：玻璃钢湿法烟气脱硫装置的应用潜力分析．电力环境保护，2001，17(1)：30—32．

［3］团家电力公司电力环境保护研究所编制．连云港连众玻璃钢集团有限公司承担的国家“双高一优”重点技改项目“玻璃钢烟气脱硫装置生产线技术改造项目”可行性研究报告，2000．

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