梁 磊

（江蘇中軼環(huán)境工程有限公司，江蘇宜興 214214）

巖棉保溫在火電廠氨法FGD系統(tǒng)中的應(yīng)用

梁 磊

（江蘇中軼環(huán)境工程有限公司，江蘇宜興 214214）

結(jié)合神木縣潔能綜合利用發(fā)電廠一期氨法FGD系統(tǒng)保溫工程實(shí)例，著重介紹了巖棉保溫工程的施工工藝、脫硫系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備保溫的必要性及施工時(shí)應(yīng)采取的有效措施，并對(duì)幾種常用保溫形式進(jìn)行性價(jià)比分析等，為巖棉保溫在火電廠氨法FGD系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用提供參考。

氨法FGD； 保溫； 巖棉； 性價(jià)比

隨著我國(guó)火電廠煙氣脫硫 （FGD）項(xiàng)目發(fā)展速度的加快，人們對(duì)脫硫系統(tǒng)設(shè)施的防護(hù)保養(yǎng)越來(lái)越重視，要求達(dá)到的質(zhì)量越來(lái)越高，為防止脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備和管道向周圍環(huán)境中散發(fā)或吸收熱量，造成設(shè)備熱脹冷縮，扭曲變形，絕熱工程已成為建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中不可缺少的部分，成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)[1-2]。本文以神木縣潔能綜合利用發(fā)電廠氨法FGD保溫工程為實(shí)例，介紹巖棉保溫在火電廠氨法FGD系統(tǒng)中的應(yīng)用，為今后推廣應(yīng)用提供參考。

1 氨法FGD系統(tǒng)保溫工程工藝確定

1.1 氨法FGD系統(tǒng)介紹

神木縣潔能綜合利用發(fā)電廠一期需建設(shè)2×240 t/h燃?xì)忮仩t和2×50 MW直接空冷凝汽式發(fā)電機(jī)組，年利用小時(shí)數(shù)7 000 h。煙氣處理選擇了簡(jiǎn)易氨法 （半干法＋沖擊吸收+除霧）爐后脫硫工藝，脫硫系統(tǒng)采用一爐一塔，處理煙氣量2×28.1萬(wàn)m3/h，共用一套硫酸銨回收裝置，該系統(tǒng)脫硫塔、煙道、氧化槽等非標(biāo)設(shè)備均采用碳鋼現(xiàn)場(chǎng)制作，工藝流程如圖1所示。

從引風(fēng)機(jī)主煙道出來(lái)的原煙氣，經(jīng)旁路進(jìn)入煙道反應(yīng)器，在此氨水溶液通過(guò)噴嘴霧化后與煙氣中的SO2反應(yīng)，從而脫除SO2。此后煙氣由脫硫塔底部進(jìn)入，塔內(nèi)采用沖擊法對(duì)脫硫反應(yīng)副產(chǎn)物亞硫酸銨進(jìn)行捕收。凈化后的煙氣經(jīng)除霧器脫水除霧后，進(jìn)煙囪排放，反應(yīng)產(chǎn)物硫酸銨溶液被送往硫酸銨回收裝置進(jìn)行回收。

1.2 保溫工藝確定

對(duì)脫硫系統(tǒng)的熱脹冷縮問(wèn)題，在設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、修理和改造等環(huán)節(jié)上都應(yīng)防止脫硫系統(tǒng)中受壓部件的變形和損壞。特別是脫硫系統(tǒng)中厚壁非標(biāo)元件受熱后，受熱側(cè)的溫度必然高于另一側(cè)的溫度，因此受熱側(cè)的金屬膨脹較大，而使另一側(cè)的金屬受到拉伸的應(yīng)力，這就是所謂的 “熱應(yīng)力”。鋼板越厚，兩側(cè)溫差越大，熱應(yīng)力也就越大。顯然，不受熱的一側(cè)要同時(shí)承受熱應(yīng)力和脫硫系統(tǒng)內(nèi)部的壓力，這兩種力互相疊加，會(huì)在金屬的最薄弱點(diǎn) （如有裂紋、腐蝕嚴(yán)重等處）造成應(yīng)力集中，應(yīng)力一旦超過(guò)了材料的強(qiáng)度極限，就會(huì)發(fā)生爆炸事故。熱應(yīng)力的另一種表現(xiàn)形式是，如果脫硫系統(tǒng)啟動(dòng)、解列次數(shù)較多，或煙氣工況參數(shù)經(jīng)常波動(dòng)較大，受熱面溫度的變化也相應(yīng)頻繁，使金屬經(jīng)常處于脹縮狀態(tài)，即不斷承受交變應(yīng)力，很容易造成無(wú)規(guī)律的交替變形，促使金屬因疲勞而損壞。

神木縣潔能綜合利用發(fā)電廠位于陜西省神木縣北部的檸條塔蘭炭工業(yè)集中區(qū)，該區(qū)氣候多變，極端最高氣溫可達(dá)41.2℃，極端最低氣溫-30℃，最大風(fēng)速20.7 m/s，且刮風(fēng)頻率較高。鍋爐原煙氣溫度為150℃，極端條件下金屬基體表面將產(chǎn)生180℃的溫差，極易引起熱應(yīng)力集中，因此，F(xiàn)GD系統(tǒng)的保溫措施必須到位。金屬基體內(nèi)外極端受熱工況如圖2所示。

針對(duì)這一地區(qū)較為復(fù)雜多變的氣候條件，經(jīng)過(guò)多位專家根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析研究之后，決定采用巖棉進(jìn)行保溫，內(nèi)設(shè)龍骨、鉤釘、防潮層，外設(shè)保護(hù)層結(jié)構(gòu)。巖棉層厚度為100 mm，分雙層進(jìn)行敷設(shè)。保溫區(qū)域?yàn)闊煹?、脫硫塔、引風(fēng)機(jī)、氨水罐、氧化槽以及與之相配套的管路、閥門、法蘭等配件。

2 保溫材料及施工工藝

2.1 材料及規(guī)格要求

巖棉是一種性能良好的無(wú)機(jī)高效保溫材料，它是以精選的玄武巖、輝綠巖為主要原料，外加一定數(shù)量的輔助料，經(jīng)高溫熔融離心吹制成纖維狀的松散材料，巖棉纖維在加入適量的膠粘劑、防塵劑等外加劑后，經(jīng)過(guò)逐層疊鋪、壓輥壓制、固化爐固化等工藝，最后冷卻切割就得到巖棉板。將巖棉板采用一定的方法固定在設(shè)備結(jié)構(gòu)的外側(cè)，起到保溫的作用[3]，保溫材料及規(guī)格要求如表1所示。

2.2 施工工藝

基體驗(yàn)收→搭設(shè)腳手架→表面凈化→龍骨焊接→鉤釘焊接→巖棉敷設(shè)→防潮層敷設(shè) （管道及閥門等特殊部位）→鍍鋅鐵絲網(wǎng)敷設(shè)→保護(hù)層安裝→檢查修補(bǔ)→驗(yàn)收

3 關(guān)鍵設(shè)備保溫的必要性及有效施工措施

3.1 脫硫塔保溫

脫硫塔作為氨法FGD系統(tǒng)中的主體設(shè)備之一，其主要作用是吸收煙氣中的SO2，捕收反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鹽及其所形成的氣溶膠，同時(shí)對(duì)脫硫后煙氣進(jìn)行脫水除霧。該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，運(yùn)行時(shí)內(nèi)部存在一系列物化反應(yīng)，且設(shè)備局部受力不均勻；進(jìn)口煙氣溫度150℃左右，出口煙氣溫度70℃左右，存在較大溫度梯度，易產(chǎn)生熱應(yīng)力作用；因此該處的保溫應(yīng)有針對(duì)性地采取措施，保溫結(jié)構(gòu)如圖3所示。

表1 保溫材料及規(guī)格要求

由圖3可見(jiàn)，脫硫塔塔頂設(shè)置防水檐，防止雨天積水，拐角接縫處保護(hù)層采用角鋼進(jìn)行包邊加固密封，避免熱量從接縫處散失。塔身龍骨部分采用L25×3角鋼作為支撐腳，其水平間距為1.3~1.7m，縱向間距為1.0 m。塔底與基礎(chǔ)接觸角處采用瀝青封口、混凝土護(hù)坡。巖棉層厚度為100 mm，分雙層敷設(shè)，通過(guò)銷釘進(jìn)行固定，外部敷設(shè)孔徑為15~20 mm的鍍鋅鐵絲網(wǎng)，確保巖棉能夠緊貼金屬基體表面，保護(hù)層為0.5 mm厚鍍鋅板，用M 25×4自攻螺絲固定在龍骨上面。

3.2 煙道保溫

煙氣溫度越高，煙氣密度就越小。如果煙氣溫度降低，煙氣密度就增大，當(dāng)引風(fēng)機(jī)按額定流量排煙時(shí)，引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷就增大，此結(jié)果不是引起跳閘就是燒壞電機(jī)；此外，如果煙道不保溫，煙氣散熱嚴(yán)重，煙氣中的水蒸氣 （主要是燃料和送進(jìn)爐膛的空氣中所含的水分）就要凝結(jié)，與燃料中的SO2化合成亞硫酸，造成煙道、引風(fēng)機(jī)等設(shè)備的腐蝕，縮短使用壽命。煙道作為輸送高溫?zé)煔獾脑O(shè)備，其熱應(yīng)力直接受高溫介質(zhì)的影響，本工程煙道分為煙道反應(yīng)器 （進(jìn)氣煙道）、進(jìn)引風(fēng)機(jī)煙道和凈氣煙道三個(gè)部分，工程量較大，保溫結(jié)構(gòu)如圖4所示。

鑒于煙道均設(shè)置在室外，故頂面將巖棉板切成楔口狀，形成坡度為0.05的斜坡，防止積水。煙道截面積相對(duì)脫硫塔要小很多，受煙氣量以及煙氣溫度等工況的影響更為顯著，因此，在巖棉外層設(shè)置自鎖緊板進(jìn)行加固，防止因煙氣工況較大波動(dòng)引起結(jié)構(gòu)振顫導(dǎo)致保溫層松動(dòng)脫落。此外，對(duì)于較長(zhǎng)煙道，機(jī)務(wù)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加補(bǔ)償器，補(bǔ)償煙道熱脹冷縮效應(yīng)，同時(shí)保護(hù)保溫層。本工程采用的補(bǔ)償器內(nèi)部自帶保溫層，故其外部不必再考慮保溫。

3.3 管道保溫

管道保溫可以減少管道熱量損失，避免管道內(nèi)的物料受外界溫度影響，尤其在寒冷的冬季，保溫還可以延緩或防止管道內(nèi)液體的凍結(jié)。本工程管路系統(tǒng)包括氨水輸送管道、硫酸銨回收所用蒸汽管道、管路吹掃所用壓縮空氣管道、引風(fēng)機(jī)冷凝水進(jìn)出管道、硫酸銨液體輸送管道及暖氣管道等，其保溫結(jié)構(gòu)如圖5所示。

由圖5可見(jiàn)，管道本體外表面設(shè)置防銹層，防止管路腐蝕的同時(shí)對(duì)巖棉層也起到一定的保護(hù)作用，外部采用鍍鋅鐵絲網(wǎng)進(jìn)行固定，表面采用鍍鋅板作為保護(hù)層。對(duì)于保冷管道，其外表面必須設(shè)置防潮層，以防止大氣中水蒸氣凝結(jié)于保冷層外表面，并滲入保冷層內(nèi)部而產(chǎn)生凝結(jié)水或結(jié)冰現(xiàn)象，致使保冷材料的導(dǎo)熱系數(shù)增大，保冷結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，并加劇金屬壁面的腐蝕。對(duì)于埋地管道的保溫結(jié)構(gòu)，也應(yīng)設(shè)防潮層。本工程采用改性瀝青玻璃布作為防潮層，該材料具有絕緣、絕熱、耐腐蝕、不燃燒、耐高溫、高強(qiáng)度等性能，具有較好防潮效果。

3.4 閥門及法蘭保溫

在脫硫系統(tǒng)管系中，閥門是控制元件，其主要作用是隔離設(shè)備和管道系統(tǒng)、調(diào)節(jié)流量、防止回流、調(diào)節(jié)和排泄壓力。沒(méi)有保溫的閥門，在運(yùn)行中將受到周圍環(huán)境的冷卻，其溫度要比閥門的內(nèi)表面溫度低，易產(chǎn)生溫度差，出現(xiàn)熱應(yīng)力。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，閥門外殼冷卻快，而閥桿與閘板等冷卻得慢，這樣閥桿與閘板處于受壓縮的狀態(tài)，如果壓縮應(yīng)力過(guò)大，會(huì)使閥桿變形，產(chǎn)生永久彎曲。法蘭保溫可減少熱損失，避免因極端天氣、暴雨等致使法蘭泄漏。本工程在管路系統(tǒng)中多處存在閥門和法蘭，保溫結(jié)構(gòu)如圖6所示。

為便于檢查維修，本工程閥門及法蘭保溫均采用保溫盒，盒體由分開(kāi)的兩個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)組件組成，使用自鎖緊板圍繞盒體端口處一周將盒體鎖緊固定。兩個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)組件組成的盒體，對(duì)接處或外邊緣沒(méi)有其他結(jié)構(gòu)，加工方便，安裝快捷，外形美觀，拆裝方便，而且拆下的保溫盒可重復(fù)使用，環(huán)保節(jié)能。法蘭及螺母連接區(qū)間內(nèi)用聚氨酯泡沫作為軟質(zhì)材料進(jìn)行填充，法蘭接縫處下方設(shè)導(dǎo)凝管，以便凝結(jié)水及時(shí)外排。

4 施工注意事項(xiàng)

（1）需保溫的設(shè)施和管道應(yīng)無(wú)泄漏，表面干燥，無(wú)油脂，無(wú)銹蝕，為利于防腐，可采用合適涂層。

（2）為達(dá)到熱損失最小目的，板和氈的所有接頭一定要對(duì)接得十分緊密。

（3）巖棉制品用于室外保溫或者在易受機(jī)械磨損的地方宜用金屬或塑料包裝，并注意接頭、接縫的密封，必要時(shí)加膠質(zhì)封條，包裹層重疊部分不小于100 mm。

（4）與人孔、防爆門等蓋式可拆卸式結(jié)構(gòu)相鄰位置上的絕熱結(jié)構(gòu)，當(dāng)絕熱層厚度影響部件拆卸時(shí)應(yīng)做成15°斜坡，并應(yīng)留出部件拆卸時(shí)的螺栓距離。

（5）室外保溫、保冷施工不宜在雨天進(jìn)行，否則應(yīng)采取防雨措施。

（6）巖棉制品內(nèi)含玻璃絲，敷設(shè)過(guò)程中易散發(fā)到空氣中，長(zhǎng)期呼入易引起呼吸道及肺部疾病，故施工人員作業(yè)時(shí)務(wù)必佩戴口罩等安全防護(hù)設(shè)施。

5 幾種保溫材料性價(jià)比分析

目前國(guó)內(nèi)常用的氨法FGD系統(tǒng)保溫材料主要有巖棉、擠塑板、聚氨酯發(fā)泡板等，本工程保溫總面積約4 500 m2，保溫厚度以100 mm計(jì)，保溫材料性能及經(jīng)濟(jì)性如表2所示。

表2 幾種保溫材料性能及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

由表2可見(jiàn)，巖棉與擠塑板價(jià)格相當(dāng)，但擠塑板的耐溫性及使用壽命均不及巖棉，聚氨酯發(fā)泡板的材料性能及使用壽命均占優(yōu)勢(shì)，但一次性投資較大，因此，巖棉保溫在火電廠氨法FGD系統(tǒng)中達(dá)到保溫效果的同時(shí)，具有更好的性價(jià)比，更具適用性，適合大力推廣。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）脫硫系統(tǒng)保溫和防腐工序上存在沖突，在有防腐襯里的設(shè)備及管道上焊接絕熱層固定件時(shí)，焊接及焊后熱處理必須在防腐之前進(jìn)行，項(xiàng)目經(jīng)理應(yīng)做好各分包單位的工前協(xié)調(diào)工作。

（2）法蘭口、爬梯圍欄等支撐件與設(shè)備本體表面之間設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留出一定的距離，以便做保溫結(jié)構(gòu)，不同專業(yè)設(shè)計(jì)部門之間的有效溝通協(xié)調(diào)至關(guān)重要。

（3）在役保溫層的后期維護(hù)很重要，當(dāng)發(fā)電機(jī)組中空氣預(yù)熱器、再熱器、省煤器、汽輪機(jī)等設(shè)備運(yùn)行不正常時(shí)，導(dǎo)致煙氣量的較大波動(dòng)，致使設(shè)備發(fā)生結(jié)構(gòu)振顫，破壞保溫層，因此，機(jī)務(wù)設(shè)計(jì)人員必須慎重考慮結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

（4）巖棉與擠塑板、聚氨酯發(fā)泡板相比，具有更好的性價(jià)比，適合在火電廠氨法FGD系統(tǒng)保溫工程中推廣應(yīng)用。

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[2]NFRC 500-2001，Procedure for Determining Fenestration Product Condensation Resistance Values[S].

[3]Cao X Q,Vassen R,Stoever D.Ceramic materials for thermal barrier coatings[J].JournalofEuropeanCeramicsSociety,2004,24（1）：1-10.

Application of Rock Wool Thermal Insulation Structure in Ammonia Method FGD System at Power Plant

LIANG Lei（Jiangsu Zhongyi Environmental Technology Engineering Co.,Ltd.,Yixing 214214，China）

Combined with the thermal insulation project of ammonia method FGD system at Shenmu Clean Energy Integrated Utilization Power Plant,this paper introduces the construction process of rock wool thermal insulation,the thermal insulation necessity of critical equipment of desulfurization system and the effective measures taken in construction.It compares the performance-price ratio of several commonly used thermal insulation forms,providing reference for the application of rock wool thermal insulation in ammonia method FGD system at power plant.

ammonia method FGD;thermal insulation;rock wool;performance-price ratio

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.017

梁 磊 （1984-），男，安徽亳州人，工程師，2009年畢業(yè)于安徽工程大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士，從事煙氣脫硫除塵和污水處理設(shè)計(jì)及施工工作。

2011-04-02