脫硫塔無底板工藝技術(shù)分析

摘

要：石灰石—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)，該脫硫技術(shù)中最重要的核心部件就是脫硫塔。脫硫塔底板是脫硫塔制作安裝中最重要的一個環(huán)節(jié)，底板焊接過程中若應(yīng)力和變形沒有得到很好的控制，將會造成脫硫塔漿液的泄漏，引發(fā)安全事故，造成整個生產(chǎn)系統(tǒng)的停產(chǎn)。鑒于此，提出了一種利用脫硫塔混凝土基礎(chǔ)作為脫硫塔底板的工藝，其與有底板工藝相比具有兩方面優(yōu)點：一是采用無收縮混凝土可以避免鋼制底板在制作安裝過程中引起的變形，避免漿液泄漏；二是節(jié)省鋼材用量及成本，間接降低碳排放。關(guān)鍵詞：石灰石—石膏法脫硫；脫硫塔；底板；降碳0

引言以煤、焦爐煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣為燃料的鍋爐進行發(fā)電或者供熱的過程中，燃料直接燃燒會產(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)過程中通過混入適量的燃料、溶劑和水也會產(chǎn)生大量的二氧化硫，其濃度通常在1000～2000mg/m3，由于燒結(jié)機煙氣量通常比較大，加上我國屬于鋼鐵大國，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引發(fā)公眾的各種呼吸道疾病，影響身體健康，還會對動植物的生長造成影響。二氧化硫濃度較高時會形成硫酸霧或酸雨，腐蝕紙質(zhì)、皮革和金屬等物體的表面，同時對生態(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。隨著國家對大氣污染防治管理更加嚴格，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。在國家標準制定方面，截至目前，已制定發(fā)布的涉及工業(yè)爐窯的行業(yè)標準共有28個（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，上海、河北、天津、重慶、山東、江蘇和浙江等地都相繼制定發(fā)布了新的地方標準，都對二氧化硫的排放提出了更高的要求。1

常規(guī)石灰石—石膏法脫硫底板工藝存在的問題石灰石—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、美國、中國的火力發(fā)電廠煙氣脫硫裝置約90%采用此工藝，燒結(jié)機煙氣脫硫裝置約80%采用此工藝，另外工業(yè)生產(chǎn)工藝玻璃窯爐、化工冶煉等行業(yè)也會采用該工藝。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脂、膠泥、玻璃絲布、碳化硅耐磨層等達到防腐的目的。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溶于石灰漿液中發(fā)生反應(yīng)，進而生成亞硫酸，而吸收了二氧化硫的石灰漿液主要包含石膏晶體、CaCl2、CaSO3·1/2H2O、Cl-、飛灰粉塵等，其pH值為4～6，漿液的酸性會對鋼制脫硫塔底板造成腐蝕，長時間使用后，脫硫塔底部鋼板會不斷腐蝕變薄，加大漿液泄漏風險，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+玻璃樹脂，鋼制底板在制作安裝過程中由于鋼板的尺寸及脫硫塔的形狀特殊，需要進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程中易產(chǎn)生大量的形變，同時會對已經(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，在鋼板受熱后會產(chǎn)生拉應(yīng)變，應(yīng)變產(chǎn)生的應(yīng)力在界面處釋放，會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，脫硫塔運行溫度一般可達到55℃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，由于玻璃樹脂和鋼板的比熱差較大，底板上涂刷的樹脂與鋼制底板之間便會由于不同形變量產(chǎn)生相對位移，引起鱗片脫落，所以在安裝過程中需特別注意鋼制底板的變形問題。以上問題均會導(dǎo)致常規(guī)脫硫工藝的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—石膏法脫硫無底板工藝，該工藝可有效減少以上問題的出現(xiàn)，提高整個系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。2

石灰石—石膏法脫硫無底板工藝2.1

無底板工藝流程脫硫塔混凝土基礎(chǔ)通常采用C25鋼筋混凝土進行一次灌漿，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，完成后進行脫硫塔壁板的安裝，通過調(diào)整墊鐵來調(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收合格后進行二次灌漿，采用無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0.003°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)場的環(huán)境情況對二次灌漿區(qū)域進行養(yǎng)護。待混凝土徹底凝固進行下一步工序，即采用噴砂機對脫硫塔底部的混凝土進行打毛，使其達到一定的粗糙度，便于涂刷玻璃樹脂，涂刷工作嚴格按照如下工序進行：表面凈化→清理表面粉塵→涂刷底涂第一道→干燥→涂刷底涂找補漏點→乙烯基樹脂和膠泥按比例混合→準備玻纖布多層→用樹脂膠泥玻纖布貼襯→達到要求厚度干燥→清理表面涂裝面漆→加耐磨層→電火花檢查→最終檢查→驗收。完成后的防腐部分如圖1所示，無底板工藝整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.2

無底板工藝應(yīng)用近年來，本項目組已經(jīng)開始推進該工藝在實際項目中的應(yīng)用。目前該工藝在多個石灰石—石膏法脫硫項目中已經(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—石膏法脫硫工程項目上的使用約30臺（套）。到目前為止，通過用戶的反饋和本項目組的回訪，所有項目整體運行效果反饋均為良好，說明該工藝經(jīng)過實際工程的檢驗，能與鋼制底板工藝達到同樣的使用效果，保證脫硫塔的安全運行。后續(xù)本項目組會繼續(xù)加強與各用戶的溝通交流，根據(jù)用戶反饋的問題，進一步優(yōu)化改進當前方案，以滿足二氧化硫排放更高要求的使用。2.3

無底板工藝優(yōu)點傳統(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，而鋼材和玻璃樹脂之間的熱失配問題目前無法找到合適方法去解決。本文提出的無底板工藝不使用鋼板，直接在混凝土上涂玻璃樹脂。由表2可知，混凝土的熱膨脹系數(shù)在（8～12）×10-6/℃之間變化，和玻璃樹脂的7.6×10-6/℃比較接近，因此混凝土和玻璃樹脂之間的熱失配相對較小，兩種材料的形變就會減小，進而會釋放較小的界面應(yīng)力，形成的界面缺陷也就會更小。同時，由于混凝土和玻璃樹脂的熱膨脹系數(shù)更為接近，因此同等溫差下，產(chǎn)生的變形量更接近，相對位移更小，從而降低了漿液的泄漏率。不僅如此，由于無底板工藝不使用鋼板，工藝成本大大降低[7]。以直徑12m的脫硫塔底板為例進行成本計算，傳統(tǒng)工藝與無底板工藝的成本比較如表3所示。綜合以上成本比較，無底板工藝7.7萬元的成本遠低于傳統(tǒng)工藝13.5萬元的成本。除此之外，在制作安裝過程中，無底板工藝相比傳統(tǒng)工藝在時間上更為節(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，在進行脫硫塔底板焊接的過程中脫硫塔上部區(qū)域無法進行施工。而采用無底板工藝，無收縮澆注料的準備工作和施工過程較快，1～2h即可完成二次澆筑，澆筑完成后對混凝土進行正常養(yǎng)護，該養(yǎng)護工作與脫硫塔上部施工可以同時進行。因此，脫硫塔無底板工藝相比傳統(tǒng)的鋼制底板工藝，在整個工期的控制上有巨大優(yōu)勢。2.4

無底板工藝存在的問題雖然無底板工藝存在上述諸多優(yōu)點，但采用混凝土和玻璃樹脂作為底板仍然存在以下問題：（1）因為混凝土和脫硫塔壁板之間無法采用焊接工藝來進行連接，只能使用玻璃樹脂進行連接，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)使用過程中需要定期對脫硫塔的底板進行檢查，若發(fā)現(xiàn)問題，需及時處理。（2）在施工過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，引起表面的玻璃樹脂產(chǎn)生裂紋，因此在進行工藝安裝時，需要準確控制混凝土的厚度，防止玻璃樹脂產(chǎn)生裂紋，避免脫硫效果降低。（3）在混凝土表面進行玻璃樹脂的防腐作業(yè)，是整個工藝中最重要的一個環(huán)節(jié)，在施工方前期工程經(jīng)驗不足時必須嚴格按照防腐工藝流程進行，認真檢查每個防腐工序，落實到具體的工序有專人進行跟蹤和驗收，防止在混凝土和玻璃樹脂之間產(chǎn)生空洞，影響防腐質(zhì)量，造成脫硫塔漏漿，影響整個系統(tǒng)的安全運行。3

結(jié)語本文在常規(guī)石灰石—石膏法脫硫底板工藝的基礎(chǔ)上優(yōu)