VEGF鱗片膠泥在我國(guó)煙氣脫硫裝置中的應(yīng)用研究
關(guān)鍵詞：玻璃鱗片'>玻璃鱗片 膠泥'>膠泥 煙氣脫硫 應(yīng)用
1、 前言
我國(guó)事一個(gè)能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主的國(guó)家，大氣污染屬煤煙型污染，粉塵、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）是我國(guó)大氣的主要污染物。在20世紀(jì)50年代的產(chǎn)業(yè)化初始發(fā)展階段，全國(guó)煤炭消耗量為2000-10000萬噸，二氧化硫的排放量為50-200萬噸；在60-70年代的產(chǎn)業(yè)化第二階段，煤炭消耗量為1000-45000萬噸，二氧化硫的排放量為300-700萬噸；自1980年代始在產(chǎn)業(yè)化第三階段，煤炭年消耗量達(dá)80000萬噸，二氧化硫的排放量為900-1500萬噸；同時(shí)在燃煤過程中產(chǎn)生相當(dāng)量的氮氧化物，如2000年我國(guó)燃煤電廠的NOx的排放量達(dá)到290萬噸。因此我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致了較多的重腐蝕情況，形成了酸雨等污染情況，尤其是燃煤電廠中，對(duì)于二氧化硫或氮氧化物的防治是勢(shì)在必行，目前國(guó)內(nèi)外較為有效的手段是煙氣脫硫（Flue Gas Desulfurization 簡(jiǎn)稱“FGD”）。
煙氣脫硫是當(dāng)今燃煤電廠等控制二氧化硫排放的主要措施。而濕法石灰石洗滌法是當(dāng)今世界各國(guó)應(yīng)用zui多和zui成熟的工藝。國(guó)家電力公司已將濕式石灰石脫硫工藝確定為火電廠煙氣脫硫的主導(dǎo)工藝。根占有關(guān)資料介紹，自1980年代以來，僅向日本就進(jìn)口或合作開始了近10套FGD裝置，占中國(guó)進(jìn)口FGD裝置的70%。但預(yù)計(jì)到2003年濕法脫硫設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)96%以上，到2010年，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)*。
2、 濕法煙氣脫硫工藝的腐蝕情況
濕法脫硫工藝的基本原理是：煙氣中的SO2、SO3、HF或其它有害化學(xué)成份在高溫狀態(tài)下與某些化學(xué)介質(zhì)相遇，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生稀硫酸、硫酸鹽或其它化合物，煙氣溫度也同時(shí)降低到露點(diǎn)以下，這就給脫硫裝置帶來了露點(diǎn)腐蝕題目。
火電廠煙氣中含有SO2、NOx、HF、HCl等氣體。因此，脫硫系統(tǒng)洗滌液中含有H2SO4、HCl、HF等溶液，且含有20%左右的固體物。煙氣吸收塔進(jìn)口溫度可高達(dá)160-180℃，且有一定的干、濕界面；吸收塔出口煙溫較低，為45-55℃左右，處于在露點(diǎn)以下。因此，濕法脫硫系統(tǒng)對(duì)材質(zhì)的耐蝕、耐磨、耐溫要求極為嚴(yán)格；同時(shí)脫硫系統(tǒng)要求與電站主機(jī)、主爐同步運(yùn)行，因而對(duì)脫硫系統(tǒng)的可*性、利用率和使用壽命要求也*。
研究選擇合適的耐腐蝕材質(zhì)是各國(guó)*努力的目標(biāo)，1980年初，國(guó)內(nèi)的電力、冶金研究設(shè)計(jì)部分為了克服濕氣脫硫系統(tǒng)中脫硫塔、煙道和煙囪及襯里的腐蝕，一直在尋求一種造價(jià)低、耐高溫、耐腐蝕的材料。而引起國(guó)內(nèi)用戶廣泛留意的是耐蝕鱗片膠泥的適用性，根據(jù)樹脂基體基材的不同，有二種可供選擇：一種是環(huán)氧樹脂鱗片膠泥，國(guó)內(nèi)有蘭州化機(jī)設(shè)計(jì)院提供；另一種乙烯基酯樹脂鱗片膠泥（vinyl ester glass flake mortar），簡(jiǎn)稱為VEGF鱗片膠泥，如上海富晨化工有限公司研發(fā)的VEGF高度耐蝕鱗片膠泥。相對(duì)而言，后者的綜合性能包括耐腐蝕性能和耐溫性能均優(yōu)于前者，目前在日本、美國(guó)等國(guó)家均采用后者。
3、 VEGF鱗片膠泥的耐蝕機(jī)理
VEGF鱗片膠泥具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，這主要是與膠泥的組成有關(guān)。一般情況下，防腐蝕層的防蝕失效主要是樹脂基體受到腐蝕，基體樹脂首先產(chǎn)生失重、變色等情況，之后引起材料的鼓泡、分層、剝離或開裂等情況，zui后導(dǎo)致防腐蝕層失效，尤其后者，由于滲透等因素，加速了具有腐蝕性的化學(xué)介質(zhì)滲透到防護(hù)層的內(nèi)部。因此在選擇具有良好耐腐蝕性能樹脂基體的同時(shí)，應(yīng)采取有效的措施來減弱、減緩腐蝕介質(zhì)或水蒸汽的滲透作用。而VEGF鱗片膠泥比基體樹脂能夠提供更為有效的耐腐蝕性能，這主要是由于VEGF玻璃鱗片'>玻璃鱗片能夠有效的防止腐蝕介質(zhì)或水蒸汽的物理滲透。
3．1 VEGF鱗片膠泥具有較強(qiáng)的抗?jié)B透性是與其的物料組成有關(guān)，一般情況下，VEGF鱗片膠泥含有10%-40%片徑不等的玻璃鱗片，膠泥在施工完畢后，扁平型的玻璃鱗片在樹脂連續(xù)相中呈平行重疊排列，從而形成致密的防滲層結(jié)構(gòu)。如圖3.1所示，腐蝕介質(zhì)在固化后的膠泥中的滲透必須經(jīng)過無數(shù)條曲折的途徑，因此在一定厚度的耐腐蝕層中，腐蝕滲透的間隔大大的延長(zhǎng)，客觀上相當(dāng)于有效地增加了防腐蝕層的厚度。同時(shí)，在無玻璃鱗片增強(qiáng)情況下，樹脂基體連續(xù)相中會(huì)存在大量的所謂的“缺陷”，如微孔、氣泡及其它微縫等，這些缺陷的存在會(huì)加速或加快腐蝕介質(zhì)的滲透過程，由于一旦介質(zhì)滲透到這些缺陷中，滲透的速度在得到進(jìn)步的同時(shí)，接觸具有腐蝕性的介質(zhì)的基體連續(xù)相的面積也隨之會(huì)加大，從而更加速了物理滲透和化學(xué)腐蝕過程，而在VEGF玻璃鱗片膠泥中，由于平行排列的玻璃鱗片能夠有效的分割基體樹脂連續(xù)相中的這些“缺陷”，從而能夠有效的抑制腐蝕介質(zhì)的滲透速度。
另外，除了具有腐蝕性的化學(xué)介質(zhì)滲透之外，還存在著水蒸汽的滲透。通常情況下，高聚物材料的分子間距為10?，而對(duì)于水蒸汽來說，只要高聚物材料的分子間距達(dá)到3 ? ，水蒸汽就能輕易地透過高聚物的單分子層。若基礎(chǔ)材料是碳鋼時(shí)，水蒸汽由于滲透而達(dá)到碳鋼表面后，并在氧氣存在情況下，會(huì)由于電化學(xué)反應(yīng)而生銹。VEGF鱗片膠泥在固化后，由于乙烯基酯樹脂的高交聯(lián)密度可以有效的減弱水蒸汽和腐蝕性化學(xué)介質(zhì)的滲透，并且如同上文中所述，VEGF的*結(jié)構(gòu)更能達(dá)到防滲透或減滲的效果，經(jīng)測(cè)定VEGF鱗片膠泥的水蒸汽擴(kuò)散速率為1.5×10-6g/hr.cm2。
3．2固化后的VEGF鱗片膠泥是一種復(fù)合材料，其中基體樹脂起粘結(jié)作用，這個(gè)過程主要是：具有高度活性的不飽和雙鍵的基體樹脂通過交聯(lián)，形成三維的體型結(jié)構(gòu)，期間線性的高分子形成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致化學(xué)體積的收縮；同時(shí)，在這分子中的不飽和雙鍵打開天生飽和單鍵時(shí)伴隨著分子體積的變化，有數(shù)據(jù)表明：液態(tài)樹脂中C=C基團(tuán)分子體積在固化后會(huì)縮小25%，這個(gè)樹脂固化過程中分子自由體積的變化，也是造成不飽和樹脂（包括乙烯基酯樹脂）收縮的一個(gè)重要原因。而收縮會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致微裂紋等的出現(xiàn)，并且殘余內(nèi)應(yīng)力的存在會(huì)微裂紋的擴(kuò)展提供了潛伏條件。因此在選擇基體樹脂時(shí)，應(yīng)充分考慮樹脂在具有良好的耐腐蝕性能的同時(shí)，又要求樹脂具有較低的收縮率。由于加進(jìn)了玻璃鱗片和其它填料等，VEGF鱗片膠泥的收縮率會(huì)大幅度降低。并且由于VEGF鱗片膠泥的中玻璃鱗片的存在可以起到降低固化后的殘余內(nèi)應(yīng)力的作用。這是由于：在樹脂基體中不規(guī)則分布的玻璃鱗片是一具有較大比面積的分散體，在膠泥固化后，樹脂由于固化收縮而產(chǎn)生的界面收縮內(nèi)應(yīng)力可以被玻璃鱗片所稀釋或松弛，因此有效的減弱了內(nèi)應(yīng)力影響；同時(shí)，固然玻璃鱗片在樹脂基體連續(xù)相中是近乎平行排列，但還是存在一定的傾角，該傾角的存在可以有效的分割樹脂基體連續(xù)相為幾個(gè)小區(qū)域，使應(yīng)力不能相互影響或傳遞。
4、 VEGF鱗片膠泥的特點(diǎn)
4．1 耐腐蝕性能好。由于VEGF鱗片膠泥采用的基體樹脂是高性能的乙烯基酯樹脂，該類型樹脂具有較環(huán)氧樹脂更好的耐腐蝕性能。
4．2 較低的滲透率。VEGF鱗片膠泥的抗水蒸汽滲透率比普通環(huán)氧樹脂涂料高6-15倍，比普通環(huán)氧FRP高4倍。
4．3 VEGF鱗片膠泥具有較強(qiáng)的粘結(jié)強(qiáng)度，不僅指樹脂基體與其中的玻璃鱗片之間的粘結(jié)強(qiáng)度較高，而且VEGF鱗片膠泥與混凝土或碳鋼基材之間的粘結(jié)強(qiáng)度高，與鋼板的粘結(jié)強(qiáng)度≥2.0Mpa，與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度≥2.5Mpa 。因此VEGF鱗片膠泥涂層不易產(chǎn)生龜裂、分層或剝離，附著力和沖擊強(qiáng)度較好，從而保證較好的耐蝕性。
4．4 耐溫差（熱沖擊）性能較好。涂層中由于含有很多玻璃鱗片，因此消除了涂層與鋼鐵之間的線膨脹系數(shù)的差別，VEGF鱗片膠泥涂層的線膨脹為11.5×10-6 /℃,鋼鐵的線膨脹系數(shù)為12×10-6 /℃，兩者之間比較相近，使VEGF鱗片膠泥適合于溫度交變的重腐蝕環(huán)境，如電力系統(tǒng)中的FGD。在某些非正常情況下，F(xiàn)GD中的某些階段溫度可以達(dá)到200-250℃。我們進(jìn)行了耐熱沖擊性能試驗(yàn)，即把涂有VEGF膠泥的鋼板交變放置在100℃沸水和0℃的冰水各1小時(shí)，經(jīng)100次交變?cè)囼?yàn)后未能有異常現(xiàn)象出現(xiàn)。
4．5 耐磨性好。VEGF鱗片膠泥在固化后的硬度較高，比普通醇酸漆高2-3倍，耐磨性較好，如VEGF鱗片膠泥的耐磨性為130mg （CS-17W-500 g情況下），而受外機(jī)械損傷時(shí)，VEGF鱗片膠泥的破壞是局部的，其擴(kuò)散趨勢(shì)小，易于修復(fù)。
4．6 具有適中的造價(jià)。目前國(guó)內(nèi)外的FGD裝置中的選材主要有不銹鋼、整體鎳基合金、整體玻璃鋼等方法。
4．7 工藝性較好。由于VEGF鱗片膠泥的固體成份較高，可以一次性成較厚的涂層，涂層方法可以是噴涂（spay coating）、滾涂(trowel coating)、刷涂（roller coating）等成型工藝，并具有當(dāng)場(chǎng)配制和室溫下固化的特點(diǎn)。在VEGF鱗片膠泥涂層使用幾年后，若出現(xiàn)遭損壞的情況，只需在該處作簡(jiǎn)單的處理即可進(jìn)行修復(fù)，并可繼續(xù)使用而不影響使用性能，具有修補(bǔ)性好的特點(diǎn)。
5、 VEGF鱗片膠泥的使用
5．1 VEGF鱗片膠泥已成功應(yīng)用于發(fā)電廠FGD和冶煉廠硫酸系統(tǒng)煙道內(nèi)壁的防腐蝕襯里，有效能夠地延長(zhǎng)了防腐襯里的使用壽命。表5.1中列出了VEGF鱗片膠泥的使用定量。根據(jù)內(nèi)襯里基層材料的不同，有相應(yīng)不同的施工工藝要求。
5.1.1 在碳鋼基層上使用的方法：
?、?先將表面除油往污，之后再進(jìn)行除銹，除銹等級(jí)應(yīng)滿足不低于Sa2.0或St3標(biāo)準(zhǔn)。在銹面清理干潔后，用VEGF樹脂打底，待干后施工。
?、?用手工泥刀刮鏝成1-2mm(每道)厚的VEGF膠泥層，數(shù)小時(shí)后即硬化，再按設(shè)計(jì)要求施工至規(guī)定厚度。一般在每涂1mm厚度時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，以確認(rèn)涂層是否有針孔及其它瑕疵。
?、?在彎角或外形突變處適當(dāng)增加厚度，或同F(xiàn)RP復(fù)合使用。
?、?用VEGF樹脂罩面一至二道。
?、?VEGF鱗片膠泥涂層質(zhì)量控制。VEGF鱗片膠泥涂層的質(zhì)量好壞直接影響其耐腐蝕性能和使用壽命，因此應(yīng)對(duì)VEGF鱗片膠泥涂層的質(zhì)量加以嚴(yán)格控制。一般情況下，涂層的*檢測(cè)項(xiàng)目主要有：外觀缺陷、硬度、針孔測(cè)試、厚度測(cè)試、錘擊檢查等。
1、外觀缺陷檢查：通過目測(cè)方法，表觀應(yīng)無明顯缺陷。
2、硬度：常用巴柯爾硬度來檢測(cè)，一般要求表面的硬度值不低于材料性能指標(biāo)提供值的90%。
3、針孔測(cè)試：采用放電型小孔檢測(cè)器，以基材和檢測(cè)器的探頭為正負(fù)極，加以2500KV/mm 的高壓，以測(cè)試涂層的缺陷及不連續(xù)點(diǎn)。
4、厚度測(cè)試：利用電磁厚度計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)試塊厚度比較，每1m至2檢測(cè)一點(diǎn)，均勻厚度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
5、錘擊檢查：用木錘輕擊涂層表面，任意取點(diǎn)測(cè)試，不應(yīng)有不正常聲音。
5.1.2 在混凝土基層上使用的方法：
?、?基礎(chǔ)混凝土要求養(yǎng)護(hù)期不少于28天，表面含水率應(yīng)＜6%。首先中和往掉表面的堿性物質(zhì)，并之后利用噴砂或其它機(jī)械方法往除混凝土表面浮灰，清理干凈后，然后用VEGF樹脂打底一至二道，待干后施工。
?、?用手工泥刀刮鏝成1-2mm(每道)厚的VEGF膠泥層，硬化后，再進(jìn)行第二刀刮鏝，直至達(dá)到規(guī)定厚度。一般在每涂1mm厚度時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，以確認(rèn)涂層是否有針孔及其它瑕疵。
?、?凹凸部位，適當(dāng)增加厚度，或用FRP復(fù)合使用。
?、?用VEGF樹脂罩面一至二道。
6、 VEGF鱗片膠泥的應(yīng)用
表6.1 VEGF鱗片膠泥在濕態(tài)氣體FGD中的應(yīng)用
裝 置 名 稱 | 腐 蝕 條 件 | 防 腐 蝕 處 理 規(guī) 范 |
進(jìn)料管 | SO2氣體等，150℃或低于150℃ | VEGF襯里，F(xiàn)RP |
| | SO2氣體等，150℃-200℃ | 高溫涂料 |
冷卻塔 | SO2氣體等，≤150℃ | VEGF襯里 |
快速冷卻塔 | SO2氣體等，150 - 200℃ | VEGF - 耐火磚 |
| | SO2氣體等，200 - 300℃ | VEGF - 耐火磚 |
| | SO2氣體等，500 - 700℃ | VEGF - 耐火磚 |
循環(huán)槽 | H2SO3，H2SO4霧等，60 - 90℃ | VEGF襯里，F(xiàn)RP |
中間體輸送管 | SO2氣體，H2SO4霧等，60 - 80℃ | VEGF襯里，F(xiàn)RP |
吸收塔 | pH = 3 - 12，60 - 80℃ | VEGF襯里，橡膠襯里 |
| | pH = 3 - 12，150℃ | VEGF襯里 |
| | pH = 3 - 12，250℃ | VEGF襯里 - 耐火磚 |
循環(huán)塔 | pH = 4 - 14，60 - 80℃ | VEGF襯里，橡膠襯里，F(xiàn)RP |
出料管 | SO2，H2SO4霧，60 - 70℃ | VEGF襯里，F(xiàn)RP |
酸霧分離器 | SO2，H2SO4霧，60 - 70℃ | VEGF襯里，F(xiàn)RP |
濃縮器 | pH = 3 - 12，60 - 70℃ | VEGF襯里，橡膠襯里，F(xiàn)RP |
氧化塔 | pH = 3 - 12，60 - 80℃ | VEGF襯里，VEGF-FRP |
管道 | | 橡膠襯里，F(xiàn)RP |
輸送管 | ≤100℃ | VEGF襯里，F(xiàn)RP |
| | 100 - 150℃ | VEGF襯里，F(xiàn)RP |
化學(xué)貯罐 | 室溫 - 60℃ | VEGF襯里，橡膠襯里，F(xiàn)RP |
目前，VEGF鱗片膠泥已成為煙氣脫硫（FGD）防腐的技術(shù)，在美國(guó)和日本普遍使用，我國(guó)現(xiàn)運(yùn)行的引進(jìn)裝置中均采用此技術(shù)，那是正如上文提到的，由于VEGF鱗片膠泥具有抗?jié)B性好、施工難度小、易修補(bǔ)物理失效少和造價(jià)適中等的優(yōu)點(diǎn)。因此，VEGF鱗片膠泥在電力、冶金和化工等行業(yè)中廣泛使用，尤其是電力系統(tǒng)中的煙氣脫硫（FGD）系統(tǒng)中。表6.1中列出了VEGF鱗片膠泥在濕態(tài)氣體FGD的應(yīng)用情況。
7、 VEGF鱗片膠泥應(yīng)用案例
7．1 由安徽華星團(tuán)體公司負(fù)責(zé)安裝的鍋爐高溫?zé)煹溃菏褂脺囟雀哌_(dá)170℃的*使用溫度，同時(shí)在燃燒煙氣中含有大量的煙塵，采用了VEGF鱗片膠泥作為防腐蝕材料。
7．2 江西貴溪冶煉廠的脫硫煙道：代替原來從日本進(jìn)口的鱗片膠泥材料使用，經(jīng)多年使用后未能有異常情況出現(xiàn)。
7．3山東某工程公司承包的FGD設(shè)備：采用高溫型VEGF鱗片膠泥材料，制作*使用溫度達(dá)170℃的FGD裝置，根據(jù)運(yùn)作情況表明性能良好。
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