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1、林德生烟气净化尾气脱硫湍冲洗涤装置的防护 8 l 烟气净化尾气脱硫湍冲洗涤装置的防护 林德生 ( 温州市双嫡防腐设备制造公司，浙江温州) 1 概述 我们公司最近开发成功国家创新基金项目产 品湍冲洗涤型气体处理装置，特别适用于冶 炼制酸烟气净化和燃煤烟气除尘脱硫。该装置在 耐蚀、抗磨、防垢措施和防高温损坏设计方面具有 创新性，现简要总结，供同行交流。 在我国，酸雨已严重危害国民经济的发展和 严重破坏生态平衡，治理酸雨已列入国策。燃煤 生成的s o ：是酸雨的主要来源，脱除燃煤烟气中 s O ，的技术具有重要的意义和广泛的应用前景。 高效洗涤技术是气体洗涤系统的重大革新，其特 点在于不但有效地利用
2、了气相能量，而且有效地 利用液相能量形成接触界面，建立动态平衡的泡 沫区，实行动量、热量和质量的充分传递。湍冲洗 涤型气体处理装置就是利用该技术来脱除气体有 害成分( 如粉尘、s O ：、H c l 、N O ；等) ，符合国家环 保技术政策，是一种具有节能、高效、经济的气体 净化处理装置。它通过改普湍冲洗涤单元操作 中的质量传递和完善设备防护措施，提高湿法除 尘脱硫效率，降低设备腐蚀、磨损、结垢及高温损 坏，从而提供了一种适用于工业气体净化处理的 湿法除尘脱硫的环保设备。 2 耐蚀、抗磨、防垢措施 冶炼烟气和燃煤烟气含有s O ：和少量的 s o ，遇水成酸，对设备腐蚀性强。因此，湿法除 尘
3、脱硫系统设备耐腐蚀性能是能否保证其长期正 常运行的关键，特别是治理大气量的高温气体尤 为重要。由于设备与含湿酸性腐蚀气体或稀酸含 固浆液直接接触面积大、设备结构复杂，防腐措 施受到许多工艺限制；传统的烟气湿法处理装置 常因腐蚀而损坏，而采用昂贵材料制作主体设 备，造成高额投资，至今难以在环保领域推广 应用。 烟气脱硫方法很多，常用的是石灰一石膏法， 该法运行费用最低。石灰一石膏法是用石灰乳液 c a ( 0 H ) ：吸收烟气中的s o ：。吸收s 0 ：时，首先 生成亚硫酸钙( C a ：s O ，l 2 H 2 0 ) ，然后氧化生成 石膏( c a s O 。2 H ：0 ) 。该石膏较
4、纯、粒度细、粘 度大，极易结垢而引起堵塞、挂壁，造成设备运行 故障或损坏。 烟气除尘脱硫洗涤液含有尘埃和石灰石膏乳 液，含固量可达2 0 。在湍冲洗涤时，对设备、管 道及喷头磨损严重，要求在材料、制造工艺和装置 结构上进行改进，尽量减少磨损危害。 十- 十十一十- + + - - - _ - + I 。+ 。+ + 。 冷隔墙炉管不被冲刷磨损，所以不必再敲掉这层 “壳”。而是让它来承担防磨的重担。2 台废热锅 炉一、二烟道水冷陋墙炉管上的“壳”就一直保留 到2 台锅炉报废仍完好无损，连续运行近1 0 年， 在该“壳”保护下的炉管从未发生过泄漏或爆管 故障。沸腾炉蒸发管上的“壳”，也在提高蒸发管
5、 的使用寿命。确保系统安稳长优满运行方面起到 了重要作用。 5 结束语 笔者仅限于在基础应用方面对加焊半圆形防 磨片防磨的机理进行探讨，希望以此抛砖引玉，进 一步加强防磨机理的探讨，对其它领域的防磨起 到一点借鉴作用。 2 0 0 5 年全国硫酸工业技术交流会论文集 我们通过多项措施解决上述腐蚀、结垢和磨 损问题。主要如下： a ，在不同位置有针对性地进行高分子新型 材料衬里防腐。洗涤塔上段采用碳钢紧衬聚四氟 乙烯材料；洗涤塔下段及其它部件、管道采用碳钢 紧衬聚烯烃材料。 b 通过工艺改良和材料改性，提高高分子新 型材料衬里层底层与基体金属的附着力，解决了 衬里防腐制品常因热胀冷缩而鼓泡、脱落
6、的问题。 c 聚烯烃衬里表面层通过添加助剂使其结 构紧密、结晶度高、微小气泡少，从而提高了抗渗 透性，延长了使用寿命。 d 聚四氟乙烯和聚烯烃材料为非极性高分 子新型柔性材料，表面能低，提高了装置抗磨、防 垢性能。 e 设计为流线形结构，采取消除死角等措 施，无阻尼、快流速、不沉降，提高了装置耐蚀、抗 磨、防垢综合性能。 3 溢流堰防高温设计 冶炼烟气或燃煤烟气净化处理的一般是经 前置设备如废热锅炉、电除尘器或旋风分离器后 的烟气，其初始温度大多为2 0 0 3 0 0 ，会对防 护衬里层造成高温损坏。我们通过在洗涤塔烟气 入口处增设了过渡段和溢流堰，过渡段采用耐高 温且防腐的石墨或石墨填充聚
7、四氟乙烯材料，便 于与系统外接口对接；溢流堰则形成降膜，对洗涤 塔衬里层起液膜保护作用。另外，为应付停电等 非常情况，在溢流堰和洗涤塔中分别增设了应急 水进口和事故应急喷头。从而有效地解决了高温 对防护衬里层的损坏。 4 装置防护措施应用实例 4 1 实例1 ：湍冲洗涤型气体处理装置喷头 根据有关理论和各种试验与应用，并针对项 目实际工况条件，设计特制喷头。该喷头通过旋 转动量孔、动量调节孔、动量调节槽，以及喷头口 径、过道旋角、过道口径、内腔锥度等参数来设定 和提高系统性能，使通过喷头喷出的洗涤液有较 高的比表面积、达到强烈湍流流动类型和具有较 快液体表面更新能力，同时控制气液两相流动状 态
8、，使洗涤液与欲处理气体两相交汇的流动状态 处于湍流冲击泡沫区。总之，通过对喷头结构、洗 涤系统进行研究和试验，结合动量、热量、质量传 递原理，探索喷头构造各参数之间的影响因子，掌 握了洗涤系统最佳状况的规律后，再针对项目实 际工况条件，设计出特制喷头。该喷头在防护上 具有的特性有：喷头无活动部件，增加了操作的可 靠性，维修方便；有足够大的流道孔径，使可通行 较高含固量的洗涤液而不发生堵塞；喷头内腔既 有旋转湍流区，又有导流层流层，以降低对喷嘴的 磨损；喷头材料耐蚀抗磨，提高了使用寿命。 4 2 实例2 ：湍冲洗涤型气体处理装置总体结构 装置总体结构为筒状塔型结构。主要由过渡 段、溢漉堰、洗涤塔
9、、波纹管、洗涤喷头、事故喷头、 集液槽、除沫器等部件组成。通过动量方程和能 量衡算进行计算和设计，确定工作参数，使欲处理 烟气和洗涤液在洗涤塔筒体内湍冲接触，建立动 态平衡的泡沫区，以高效进行质量传递。同时，装 置整体设计有针对性地解决了腐蚀、磨损和结垢 问题。它采用不同防腐材料、不同防腐工艺分区 域进行防腐。它将高温强腐蚀即条件苛刻的工况 集中在几何形状简单、体积较小的简状塔型洗涤 塔上部的小区域内，采用紧衬聚四氟乙烯材料进 行重点防腐。在洗涤塔下游体积较大的集液槽等 部件采用综合性能优越的碳钢紧衬聚烯烃材料， 不但综合性能优越，而且造价低廉。采用中空无 阻尼、流线形结构，消除死角加快液相流
10、速，使固 相物料不沉降，并结合改进衬里面层的不粘性，解 决结垢、堵塞问题。通过选材和改性，解决磨损 问题。 4 3 实例3 ：防腐衬里碳钢紧衬聚烯烃改性材料 采用回转成型法一次性在金属结构件上制备 多层的聚烯烃村里层，每一层由不同的物料制成， 形成具有不同物理性能的衬里层，它拓宽了防腐 衬里产品的应用领域，解决了聚烯烃防腐衬里与 金属结构件的粘接难的问题，而且工艺要求低、适 应性强；由它制造的产品，其底层具有良好的热稳 林德生 烟气净化尾气脱硫湍冲洗涤装置的防护 8 3 定性和较高的剥离强度，结构层具有良好的防开 裂性，还有其表面层具有良好的抗渗透性，它们的 组合致使该产品具有一个好的金属防腐
11、衬里产品 所应有的良好性能。 主要创新点有三，其一为提高附着力。目前普 遍采用的聚乙烯衬里是采用国标统一牌号P E B A 1 8D 0 2 2 的线性低密度聚乙烯经热融旋转成 型的，由于与金属附着力低，常因热胀冷缩而鼓 泡、脱落。我们经过多次试验，得出以下结论： ( 1 ) 随着密度下降、熔体指数增高，聚乙烯的附着 力也随之增加；( 2 ) 在过热状态下，聚乙烯的碳自 由基会与空气中氧分子形成过氧化物自由基，这 局部改变了聚乙烯结构，使其表面部分极化，改善 了附着力；( 3 ) 若分子量分布范围较宽，则在热融 成型时会产生许多微小气泡，影响了附着力；( 4 ) 由于高分子的性能也决定于其树脂
12、的配比和添加 剂的种类与数量，通过改良配方，混入小量的聚丙 烯、聚丁烯以及某些添加剂，能显著提高附着力。 经过多种有针对性的改良措施，从而大大提高了 衬里底层与碳钢的附着力。 其二为优化组合。高分子材料的腐蚀与金属 的电化学腐蚀和高温氧化方式不同，其表现多为 因材料的变质而丧失使用功能的特征，主要原因 是其周围的介质向材料内部的渗透扩散，发生诸 如氧化、水解、溶胀、软化、龟裂等作用。高分子材 料的防腐性能取决于这些作用的速度，即与扩散、 渗透有关。为了提高衬里层的耐蚀性能，我们做 了不同材料、不同配比等各种试验，目的是加强表 面层的抗渗透性，使其结构紧密、结晶度高、微小 气泡少，从而促使聚烯烃
13、衬里层各部分( 底层、结 构层和面层) 各自发挥独特作用，达到优化组合。 其三为成型工艺。由于选用各种不同的聚烯 烃类树脂配方，分批均匀投料，使其成为包括底 层、结构层和面层的一次性成型的多功能衬里层。 为了保证分批均匀且次性成型，经反复摸索并 多次破坏试验，总结出一整套工艺规程，可根据外 套的厚度、大小及几何形状，进行投料计量、设定 温度、放样试温、火候调节，控制各层投人物料的 表面熔融状态，确保各层间的融合。 4 4 实例4 ：溢流堰防高温设计 溢流堰防高温设计由过渡段、溢流堰和事故 应急喷头组成。过渡段外壳设计为碳钢紧衬聚四 氟乙烯，内套设计为石墨或石墨填充聚四氟乙烯， 采取双重耐高温、
14、防腐蚀措施，其结构又有利于与 系统外进行对接。溢流堰采用碳刚紧衬聚烯烃材 料，并增设了应急水进口，结构简单，易于防腐衬 里成型，确保在任何情况下均能形成降膜，对下游 洗涤塔衬里层起液膜保护作用，防止高温损坏。 另外，在洗涤塔中设置了事故应急喷头，防止在停 电等非常情况下，由于洗涤喷头停止工作时因高 温烟气损坏下游集液槽等设备。 5 结语 湿法除尘脱硫系统设备耐腐蚀性能是否保证 其长期正常运行的关键，特别是治理大气量的高 温气体尤为重要。丽我公司开发的湍冲洗涤型气 体处理装置，整体设计有针对性地、有效地解决了 设备腐蚀、结垢、磨损和商温损坏问题，提供了一 种适用于工业气体净化处理的湿法除尘脱硫的 环保设备。该套设备开发至今，已有2 0 多套应用 于金隆铜业、云南锡业、韶关冶炼等厂家，效果极 佳。该装置已获国家专利授权；列为国家技术创 新基金支持项目并已通过验收；经查新和专家论 证认为：“项目产品有较强的创新性，处国内领先 并达到国际先进水平，市场竞争能力强。项目实 施后，对提高我国硫酸厂烟气净化程度，燃煤烟 气、化工尾气中的含硫等有害成分的清除能力，以 及环境污染控制水平等具有重要的意义”；去年 又被列为省级火炬计划项目。因此，只要设备防 护措施得当，就能提高成套装置的使用性能，扩大 成套装置的应用领域，也诠释了设备腐蚀与防护 的重要性。
