(北京聯(lián)合榮大工程材料有限責(zé)任公司，北京 101400)

低溫脫硫煙囪內(nèi)襯防腐噴注料的研究應(yīng)用

皮艷靈 章榮會

(北京聯(lián)合榮大工程材料有限責(zé)任公司，北京 101400)

本文主要研究廢陶瓷骨料，四種粉料、納米級二氧化硅及有機(jī)樹脂添加劑等各種組分對噴注料強(qiáng)度、浸酸抗壓強(qiáng)度比、滲透厚度等性能的影響，試驗結(jié)果表明：鑄石粉、納米二氧化硅、有機(jī)樹脂達(dá)到最佳摻量配置的噴注料具有優(yōu)異的耐酸性、抗?jié)B性、耐磨性。

濕法煙氣脫硫 濕煙囪 防腐蝕 噴注料

0 前言

目前國內(nèi)煙氣脫硫90%以上采用濕法脫硫工藝，且大多數(shù)沒有熱交換器(GGH)設(shè)備[1]。經(jīng)濕法脫硫后的煙氣溫度在40-50℃之間，雖然SO2被除去90%以上，但SO3脫硫效果很低，不超過20%。在40～50℃時，SO3、HCL、HF等氣體在其露點溫度以下，形成H2SO4，HCL，HF， HNO3等腐蝕性酸液；在濕度梯度和煙氣壓力雙重作用下，形成的酸具有很強(qiáng)滲透性和腐蝕性，影響煙囪結(jié)構(gòu)的耐久性[2]。 此外在脫硫裝置故障時，煙氣溫度一般在120～170℃，這種干濕交替及高低溫交替產(chǎn)生的交變熱應(yīng)力對煙囪防腐材料的影響也是巨大的[3]，因此，煙囪內(nèi)襯防腐材料必須同時適應(yīng)于潮濕低溫和高溫環(huán)境。

目前脫硫煙囪內(nèi)襯防腐方案主要采用貼泡沫?；u、玻璃鋼、鈦鋼板等結(jié)構(gòu)形式；因粘貼泡沫玻化磚用膠是薄弱環(huán)節(jié)，在酸性環(huán)境中易老化，導(dǎo)致滲漏、再加上國產(chǎn)的泡沫?；u生產(chǎn)用原材料大部分是廢舊玻璃，造成耐磨性、熱穩(wěn)定性、耐酸性等方面不能滿足目前煙囪復(fù)雜的使用環(huán)境[4]；玻璃鋼由玻璃纖維和樹脂通過一定的工藝成型，使用過程中溫度不能超過使用樹脂的軟化溫度，若脫硫故障時間超過30分鐘，就需要對進(jìn)入煙囪的氣體進(jìn)行降溫處理，以避免玻璃鋼結(jié)構(gòu)性破壞[5]；鈦鋼板內(nèi)襯是由鋼板做結(jié)構(gòu)，鈦板做防腐層，二者不能直接熔焊，且鈦層的熔焊受環(huán)境中的氧、氫氮、碳等元素污染，在安裝過程中存在的風(fēng)險也一直是煙囪內(nèi)襯防腐隱患[6,7]。

本文中研究的耐酸噴注料，從骨料、粉料、改性劑及各種外加劑等方案優(yōu)化，配置出具有耐酸、耐磨、抗?jié)B、致密等優(yōu)異性能的噴注料，結(jié)合采用整體噴注方式，結(jié)構(gòu)件采用耐酸的構(gòu)件、煙囪套筒內(nèi)壁并進(jìn)行封閉防腐處理，形成整體復(fù)合煙囪內(nèi)襯工作層；該方案能解決低溫耐酸腐蝕、溫差變化等環(huán)境因素對煙囪內(nèi)襯耐久性的影響。

1 試驗原材料及試驗方法

試驗原材料：廢電磁，經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎成粒徑分別為5～3mm，3～2mm、2～1mm，1～0.5mm；525目鑄石粉(A1)、325目高鋁礬土粉(A2)、325目電磁粉(A3) 、325目石英粉(A4)； SiO2納米級超細(xì)粉(B)；模數(shù)2.6的鈉水玻璃(C)；氟硅酸鈉；改性耐酸有機(jī)樹脂D；

試樣制備：成型模具40×40×160mm，在溫度20～25℃，相對濕度小于80%的環(huán)境中自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)24±2h后脫模，養(yǎng)護(hù)15d,嚴(yán)禁與水或與水蒸汽接觸。養(yǎng)護(hù)至齡期后，將試樣烘干(110℃±5℃)×24h，冷卻至常溫，進(jìn)行其他項目試驗。

耐酸試驗方法：耐酸噴注料耐酸性，觀察試樣浸酸后的外觀變化、測強(qiáng)度變化及浸酸滲透厚度，將同批制備的試樣分為三組，每組三塊記錄各塊外觀狀態(tài)。

外觀變化：一組做對比基準(zhǔn)，一組浸酸、將試樣放入常溫下40%H2SO4溶液中浸泡30d,一組放入80℃±5℃的40%H2SO4溶液浸泡30d，實驗完成后，觀察并記錄試樣外觀的腐蝕、剝落、裂紋、膨脹及局部鼓泡等情況。

測強(qiáng)度變化比試驗：將試樣從4 0%稀硫酸中取出，用清水沖洗數(shù)次，擦干。并經(jīng)(110℃±5℃)×24h烘干，冷卻至常溫后，測試樣的抗壓強(qiáng)度，精確至0.1MPa，按下式計算浸酸后的變化比值fs0=fs/f0；耐酸腐蝕滲透厚度，測量四周滲透厚度，取平均值。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1不同粉料對噴注料強(qiáng)度及耐酸性的影響

骨料級配、膠結(jié)劑及固化劑配比相同，分別加入等量的鑄石粉(A1)、高鋁礬土粉(A2)、電磁粉(A3) 、石英粉(A4)。固化劑和水玻璃是外加，試驗配比如表1、試驗結(jié)果圖1、圖2和圖3。

2.1.1各種粉料對噴注料抗壓強(qiáng)度的影響

粉料對噴注料的致密性起著重要作用，從而影響其抗壓強(qiáng)度和耐酸性。由圖1所示，不同粉料的加入，在不同試驗條件下的抗壓強(qiáng)度差別很大：①基準(zhǔn)樣品、常溫耐酸30d，80℃浸酸30d三種條件下，編號3的抗壓強(qiáng)度最好，編號1的抗壓強(qiáng)度最低，也即是廢電磁粉對噴注料強(qiáng)度貢獻(xiàn)大，鑄石粉對噴注料強(qiáng)度貢獻(xiàn)小。②常溫和80℃條件下抗壓強(qiáng)度結(jié)果顯示，浸酸后的強(qiáng)度都有不同程度降低，其中編號1強(qiáng)度降低最小，也就是說加入鑄石粉的耐酸侵蝕最好；編號4浸酸后強(qiáng)度降低最大，表明石英粉耐酸侵蝕性差；電磁粉與礬土粉介于二者之間。

表1 試驗配合比(%)

圖1 加入不同粉料的噴注料抗壓強(qiáng)度

2.1.2各種粉料對噴注料耐酸性的影響

圖2 加入不同粉料的噴注料浸酸滲透厚度

圖3 加入不同粉料的噴注料抗壓強(qiáng)度比

由圖2試驗結(jié)果可以看出：在常溫酸侵條件下，滲透厚度最小的是編號1，滲透厚度最大的是編號4，也即是加入鑄石粉的耐酸性好，加入石英粉的耐酸性最差；在80℃酸條件下，滲透厚度都增加，滲透厚度的大小順序與常溫條件相同，滲透厚度最小的編號1，由此可見鑄石粉能提高噴注料的耐酸性。

圖3試驗結(jié)果表明：常溫浸酸條件下的抗壓強(qiáng)度比高于80℃浸酸條件下的抗壓強(qiáng)度比；無論常溫還是80℃條件下，加入鑄石粉A1的抗壓強(qiáng)度比都是最高的，也就是說加入鑄石粉的噴注料強(qiáng)度降低最小，說明耐酸性是最好的，而石英粉的耐酸性是最差的；從滲透厚度和抗壓強(qiáng)度比試驗結(jié)果得出的結(jié)論是一致的。

不同條件下浸酸后的試塊，沒有出現(xiàn)剝落、裂紋、膨脹及局部鼓泡等現(xiàn)象，說明固化劑和膠結(jié)劑都不受硫酸腐蝕。

2.2不同摻量的納米級二氧化硅對強(qiáng)度和耐酸滲透性的影響

根據(jù)2.1的抗壓強(qiáng)度比及耐酸滲透性試驗結(jié)果，加入鑄石粉的噴注料耐酸性是最好的，選擇表1中編號1的配比，用納米級二氧化硅等量替代鑄石粉，通過測強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度比和耐酸滲透厚度，來判斷加入納米級二氧化硅對耐酸性的影響。表2為二氧化硅摻量方案。

表2 二氧化硅摻量方案

2.2.1二氧化硅對噴注料強(qiáng)度的影響

圖4 不同SiO2摻量的噴注料抗壓強(qiáng)度

由圖4所示：隨著二氧化硅摻量的增加，噴注料強(qiáng)度也隨之增加，況且增加幅度成倍提高，高達(dá)4倍多，但超過一定的范圍，增加的幅度降低了；在常溫耐酸情況下，強(qiáng)度的變化趨勢與不浸酸的強(qiáng)度變化趨勢是相同的，最佳摻量在編號7摻量和編號8摻量范圍之間內(nèi)。

2.2.2二氧化硅對噴注料耐酸性的影響

圖5 不同SiO2摻量的噴注料抗壓強(qiáng)度比

圖6 不同SiO2摻量的噴注料滲透厚度

如圖5所示：隨著二氧化硅摻量的增加，浸酸后的抗壓強(qiáng)度比變化不大，增加量達(dá)到一定的量后，抗壓強(qiáng)度比變化很小，也就是說，摻入二氧化硅提高了耐酸性，但是改善的效果不是很明顯。

如圖6所示：隨著二氧化硅摻量的增加，浸酸滲透厚度變化趨勢不明顯，因為二氧化硅的加入量影響其粘度、流動性，進(jìn)而影響其固化后材料的致密性、氣孔率和氣孔大小，從而影響抗?jié)B性。故加入二氧化硅雖然大幅度提高強(qiáng)度，耐酸性也有所提高，但改善耐酸的效果不明顯。

2.3摻入有機(jī)耐酸樹脂對噴注料強(qiáng)度及耐酸性的影響

結(jié)合以上實驗結(jié)果，選編號8試驗配比，粉料選用鑄石粉，在粘結(jié)劑里加入不同量的有機(jī)樹脂，通過對比分析耐酸抗壓強(qiáng)度比及滲透厚度，判斷有機(jī)樹脂對耐酸性的影響。表3為有機(jī)改性樹脂摻量方案。

表3 有機(jī)改性樹脂摻量方案

圖7 加入有機(jī)耐酸樹脂后的強(qiáng)度變化

圖8 加入有機(jī)耐酸樹脂后的抗壓強(qiáng)度

圖9 加入有機(jī)耐酸樹脂后的滲透厚度

2.3.1摻入有機(jī)耐酸樹脂對噴注料強(qiáng)度的影響

如圖7所示：對基準(zhǔn)樣而言，隨著有機(jī)耐酸樹脂的增加，抗壓強(qiáng)度有所降低；對80℃浸酸試塊而言，試塊的抗壓強(qiáng)度都有所降低，加入有機(jī)耐酸樹脂后，浸酸后的試塊強(qiáng)度編號11、編號12降低值明顯低于空白樣10，說明有機(jī)耐酸樹脂的加入提高了噴注料的耐酸性，但是摻量加大后，其噴注料的施工性能變差，導(dǎo)致其致密性降低，從而強(qiáng)度也有降低的趨勢。

2.3.2摻入有機(jī)耐酸樹脂對噴注料耐酸性的影響

如圖8所示：空白樣浸酸后的抗壓強(qiáng)度比最低，隨著有機(jī)耐酸樹脂的增加，浸酸抗壓強(qiáng)度比的降低，說明其耐酸性降低。

如圖9所示：空白樣的滲透厚度最大，編號12的滲透厚度最小，隨著有機(jī)耐酸樹脂量的增加，滲透厚度逐漸有降低的趨勢，但有機(jī)耐酸摻量進(jìn)一步增加，其滲透厚度又增加。主要原因是加入適量的有機(jī)耐酸樹脂，基體硬化后樹脂遷移至表面，酸化后形成一層致密的耐酸樹脂層，以至于提高其抗?jié)B性；此外加入有機(jī)樹脂對噴注料施工性能有影響，導(dǎo)致樹脂量增加，施工性變差，成型的基體不致密，以至于抗?jié)B性降低。

由圖2、圖6、圖9的滲透厚度數(shù)據(jù)比較，試驗編號12的耐酸性、抗?jié)B性最好。故有機(jī)樹脂的最佳摻量在編號11、編號12摻量之間。

2.4噴注料在低溫脫硫煙囪中的應(yīng)用

優(yōu)化配比后配置的噴注料，性能指標(biāo)如表4，用整體濕法噴注方式，其中的結(jié)構(gòu)件采用耐酸的構(gòu)件、煙囪套筒內(nèi)壁并進(jìn)行封閉防腐處理，形成整體復(fù)合煙囪內(nèi)襯防腐工作層；用在青海格爾木的2條高180米的低溫脫硫煙囪，已運行1年多，沒有出現(xiàn)酸腐蝕現(xiàn)象，客戶反映良好。

3 結(jié)論

(1)通過對比分析噴注料的強(qiáng)度、常溫和80℃浸酸試驗的抗壓強(qiáng)度比、浸酸滲透厚度等性能指標(biāo)，選擇陶瓷骨料、鑄石粉、最佳摻量的納米硅微粉及摻入適量有機(jī)耐酸樹脂來提高其材料的強(qiáng)度、浸酸后抗壓強(qiáng)度比、降低浸酸滲透厚度。

The Research and Application of Chimney Anticorrosion Shotcrete Material in WFGD

PI Yan-ling, ZHANG Rong-hui
(Beijing Allied Rongda Engineering Material Co.,Ltd, Beijing 101400, China)

The study researches on influence of ceramic aggregate, four kinds of powder, nano-silica and organic resin on strength, acid-resistant compressive strength ratio and thickness of penetration of shotcrete material. As a result, achieving optimal amount of diabase powder, nano-silica,and organic resin, so that shotcrete material have good Sulfuric acid-resistant, anti-permeability, wear resistance.

wet FGD; wet chimney; anticorrosion; shotcrete material

TG174.46

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.08.063.04

皮艷靈 (1979-) ，女，工程師，主要研究建筑工程材料和煙囪內(nèi)襯防腐材料。