和嬌嬌 王 萌 羅 娟 梁振海

(咸陽陶瓷研究設計院有限公司 陜西 咸陽 71200)

前言

中國是一個能源結構以煤炭為主的發(fā)展中國家。隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，煤炭消費量逐年提升，盡管出臺了一系列強有力的節(jié)能減排措施，但硫氧化物、氮氧化物排放量仍位居世界第一。當前中國大氣環(huán)境形勢十分嚴峻，部分區(qū)域和城市大氣霧霾現(xiàn)象突出，許多地區(qū)主要污染物排放量超過環(huán)境容量。而電力行業(yè)是排放二氧化硫和氮氧化物的最多的行業(yè)。電力行業(yè)排放的二氧化硫和氮氧化物主要來自火力發(fā)電中煤炭或其他石化燃料的燃燒。為了加快推動能源生產(chǎn)及消費革命，進一步提升煤電高效清潔發(fā)展水平，國家發(fā)展改革委、環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合制定了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》。因此，隨著超凈排放標準的出臺，電力行業(yè)脫硫系統(tǒng)的更新改造必然存在，故脫硫噴嘴的品種和需求量將會不斷增大。

1 氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴

脫硫噴嘴早期為鑄鐵質，該類噴嘴成形時可以保證較標準的尺寸，但是該材質不耐腐蝕、不耐磨、使用壽命短(約為1周)，使得脫硫裝置頻繁更換噴嘴，從而影響脫硫系統(tǒng)的正常運行，故脫硫系統(tǒng)在目前階段中不宜使用此類材質。

氮化硅結合碳化硅復合材料是以SiC和Si為主要組分，在SiC顆?；旌衔镏屑尤爰毠璺酆螅尤肫渌砑觿┬纬稍嚇?，在高溫爐中通入氮氣進行氮化燒結，在一定溫度和壓力制度下形成致密的網(wǎng)狀結構，故氮化硅結合碳化硅材料具有耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、熱穩(wěn)定性好、抗高溫蠕變性好、熱膨脹系數(shù)小等多種優(yōu)良性能，其材料堅硬、莫氏硬度大，在非金屬材料中屬于硬度材料。因此，該材料在一定的制作工藝條件下，可以制成相對尺寸精確度高的產(chǎn)品。該材質制成的脫硫噴嘴性能穩(wěn)定、使用壽命長、耐磨性好，替代了普遍使用的合金材質噴嘴。有經(jīng)驗表明，氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴的使用壽命可達10年，而合金類噴嘴的壽命達300 h后，會嚴重損壞，就需要更換。

氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴具有良好的脫硫除塵效果，在使用過程中，投入環(huán)保費用少，安裝維修簡單，品種型號多樣，具有多種可匹配的選擇性。燃煤火電廠環(huán)保減排裝置脫硫系統(tǒng)中的關鍵部件之-就是脫硫霧化噴嘴。由于脫硫吸收塔中的運行工況條件十分惡劣，所以對脫硫霧化噴嘴制作材料提出了較為嚴格的要求。噴嘴材質要具有防腐蝕、耐磨損、耐高溫等特點，材料還必須具有較低的熱膨脹系數(shù)以保證產(chǎn)品的精確尺寸，可制作多種復雜形狀構件，進而滿足材料以及噴嘴的結構設計要求。由于氮化硅結合碳化硅材料具有上述特點，氮化硅結合碳化硅脫硫霧化噴嘴現(xiàn)階段常用于火電廠的濕法脫硫裝置中。

2 電力行業(yè)對脫硫噴嘴的需求

在火力發(fā)電的脫硫技術中常用的有：石灰石-石膏法、鈉堿法、氨吸收法、磷銨復合肥法、氯化銨法、海水脫硫。在這些技術中常用的是石灰石-石膏法濕法脫硫，這種技術在美國的采用率為80%，德國的采用率為90%，日本的采用率為75%?，F(xiàn)階段氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴主要用于利用濕法脫硫(石灰石-石膏法)的火電廠脫硫設備系統(tǒng)中。在對鍋爐煙氣進行脫硫處理時，采用石灰石乳化液通過脫硫噴嘴完成霧化，使霧化后的微小液滴與煙氣充分接觸而生成CaSO3(石膏)的沉淀物，從而完成對煙氣中的SO2的吸收。

根據(jù)當前我國現(xiàn)實情況，火力發(fā)電的將長期作為生產(chǎn)生活的主要供應源，其中燃煤發(fā)電在火力發(fā)電中占據(jù)主導地位。2017年，我國火力發(fā)電量再次位居世界第一，總量接近6.5萬億kW·h。而且未來5年內，仍將以3.45%的年均復合增長率增加。我國火電發(fā)電量在總發(fā)電量中的占比達71.60%；燃煤發(fā)電量在火電發(fā)電量中的占比達91.07%，燃氣發(fā)電、燃油發(fā)電量占比小。按照我國超級排放標準和產(chǎn)業(yè)政策，產(chǎn)能在200 MW以上的火電廠必須配置脫硫系統(tǒng)。

截止2017年底，我國的火電廠年產(chǎn)出為4.2萬億kW，消耗燃煤11.2萬億t。在2015年，電力行業(yè)的SO2排放約727.8萬t，占工業(yè)SO2排放量的39.3%。一般情況下，脫硫設備投資占脫硫系統(tǒng)總投資的 10%～15%，火電廠的脫硫市場占到其中相當大的一部分?，F(xiàn)國內約有1 200多家大型(產(chǎn)能>200 MW)發(fā)電企業(yè)，若其中有70%的企業(yè)使用濕法脫硫系統(tǒng)，按設計慣例，產(chǎn)能200 MW火電企業(yè)一套脫硫系統(tǒng)需700只脫硫噴嘴，300 MW機組一套脫硫系統(tǒng)需960只脫硫噴嘴，再計入脫硫噴嘴的壽命約60 000 h，更換所需的數(shù)量，每年脫硫噴嘴的市場需求量約30萬只。

我國的電力需求會越來越大，而新型能源(太陽能、風能、核能等)所帶來的電力增量并不能滿足全部的電力需求，所以在相當長的一段時間內我國還將繼續(xù)新建火電廠，加上已經(jīng)安裝脫硫裝置火電廠的更新改造，那么脫硫系統(tǒng)就必然運行，對氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴的需求就會始終存在。

3 氮化硅結合碳化硅脫硫噴嘴在其他行業(yè)的應用

氮化硅結合碳化硅陶脫硫噴嘴型號品種多樣，內腔結構尺寸精確，在脫硫系統(tǒng)中匹配度較高。所以該類噴嘴廣泛應用于環(huán)保領域：氣體冷卻、廢氣脫硫、洗滌與漂淋過程、蒸發(fā)冷卻、防火滅火、陶瓷廠除塵、氣體洗滌、垃圾焚化廠、煉鋼轉爐煙道中的除塵降溫等。