低溫脫硫煙囪內襯防腐噴注料的研究應用

(北京聯合榮大工程材料有限責任公司，北京 101400)

低溫脫硫煙囪內襯防腐噴注料的研究應用

皮艷靈 章榮會

(北京聯合榮大工程材料有限責任公司，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樹脂添加劑等各種組分對噴注料強度、浸酸抗壓強度比、滲透厚度等性能的影響，試驗結果表明：鑄石粉、納米二氧化硅、有機樹脂達到最佳摻量配置的噴注料具有優異的耐酸性、抗滲性、耐磨性。

濕法煙氣脫硫 濕煙囪 防腐蝕 噴注料

0 前言

目前國內煙氣脫硫90%以上采用濕法脫硫工藝，且大多數沒有熱交換器(GGH)設備[1]。經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，形成的酸具有很強滲透性和腐蝕性，影響煙囪結構的耐久性[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生的交變熱應力對煙囪防腐材料的影響也是巨大的[3]，因此，煙囪內襯防腐材料必須同時適應于潮濕低溫和高溫環境。

目前脫硫煙囪內襯防腐方案主要采用貼泡沫?；u、玻璃鋼、鈦鋼板等結構形式；因粘貼泡沫玻化磚用膠是薄弱環節，在酸性環境中易老化，導致滲漏、再加上國產的泡沫玻化磚生產用原材料大部分是廢舊玻璃，造成耐磨性、熱穩定性、耐酸性等方面不能滿足目前煙囪復雜的使用環境[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，就需要對進入煙囪的氣體進行降溫處理，以避免玻璃鋼結構性破壞[5]；鈦鋼板內襯是由鋼板做結構，鈦板做防腐層，二者不能直接熔焊，且鈦層的熔焊受環境中的氧、氫氮、碳等元素污染，在安裝過程中存在的風險也一直是煙囪內襯防腐隱患[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化，配置出具有耐酸、耐磨、抗滲、致密等優異性能的噴注料，結合采用整體噴注方式，結構件采用耐酸的構件、煙囪套筒內壁并進行封閉防腐處理，形成整體復合煙囪內襯工作層；該方案能解決低溫耐酸腐蝕、溫差變化等環境因素對煙囪內襯耐久性的影響。

1 試驗原材料及試驗方法

試驗原材料：廢電磁，經顎式破碎機破碎成粒徑分別為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納米級超細粉(B)；模數2.6的鈉水玻璃(C)；氟硅酸鈉；改性耐酸有機樹脂D；

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

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。

外觀變化：一組做對比基準，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。

測強度變化比試驗：將試樣從4 0%稀硫酸中取出，用清水沖洗數次，擦干。并經(110℃±5℃)×24h烘干，冷卻至常溫后，測試樣的抗壓強度，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 試驗結果與討論

2.1不同粉料對噴注料強度及耐酸性的影響

骨料級配、膠結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、試驗結果圖1、圖2和圖3。

2.1.1各種粉料對噴注料抗壓強度的影響

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度差別很大：①基準樣品、常溫耐酸30d，80℃浸酸30d三種條件下，編號3的抗壓強度最好，編號1的抗壓強度最低，也即是廢電磁粉對噴注料強度貢獻大，鑄石粉對噴注料強度貢獻小。②常溫和80℃條件下抗壓強度結果顯示，浸酸后的強度都有不同程度降低，其中編號1強度降低最小，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度比

由圖2試驗結果可以看出：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試驗結果表明：常溫浸酸條件下的抗壓強度比高于80℃浸酸條件下的抗壓強度比；無論常溫還是80℃條件下，加入鑄石粉A1的抗壓強度比都是最高的，也就是說加入鑄石粉的噴注料強度降低最小，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度比試驗結果得出的結論是一致的。

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

2.2不同摻量的納米級二氧化硅對強度和耐酸滲透性的影響

根據2.1的抗壓強度比及耐酸滲透性試驗結果，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，通過測強度、抗壓強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度的影響

圖4 不同SiO2摻量的噴注料抗壓強度

由圖4所示：隨著二氧化硅摻量的增加，噴注料強度也隨之增加，況且增加幅度成倍提高，高達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，強度的變化趨勢與不浸酸的強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。

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，浸酸后的抗壓強度比變化不大，增加量達到一定的量后，抗壓強度比變化很小，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，從而影響抗滲性。故加入二氧化硅雖然大幅度提高強度，耐酸性也有所提高，但改善耐酸的效果不明顯。

2.3摻入有機耐酸樹脂對噴注料強度及耐酸性的影響

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

表3 有機改性樹脂摻量方案

圖7 加入有機耐酸樹脂后的強度變化

圖8 加入有機耐酸樹脂后的抗壓強度

圖9 加入有機耐酸樹脂后的滲透厚度

2.3.1摻入有機耐酸樹脂對噴注料強度的影響

如圖7所示：對基準樣而言，隨著有機耐酸樹脂的增加，抗壓強度有所降低；對80℃浸酸試塊而言，試塊的抗壓強度都有所降低，加入有機耐酸樹脂后，浸酸后的試塊強度編號11、編號12降低值明顯低于空白樣10，說明有機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，導致其致密性降低，從而強度也有降低的趨勢。

2.3.2摻入有機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度比最低，隨著有機耐酸樹脂的增加，浸酸抗壓強度比的降低，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，隨著有機耐酸樹脂量的增加，滲透厚度逐漸有降低的趨勢，但有機耐酸摻量進一步增加，其滲透厚度又增加。主要原因是加入適量的有機耐酸樹脂，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，以至于提高其抗滲性；此外加入有機樹脂對噴注料施工性能有影響，導致樹脂量增加，施工性變差，成型的基體不致密，以至于抗滲性降低。

由圖2、圖6、圖9的滲透厚度數據比較，試驗編號12的耐酸性、抗滲性最好。故有機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用

優化配比后配置的噴注料，性能指標如表4，用整體濕法噴注方式，其中的結構件采用耐酸的構件、煙囪套筒內壁并進行封閉防腐處理，形成整體復合煙囪內襯防腐工作層；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，沒有出現酸腐蝕現象，客戶反映良好。

3 結論

(1)通過對比分析噴注料的強度、常溫和80℃浸酸試驗的抗壓強度比、浸酸滲透厚度等性能指標，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耐酸樹脂來提高其材料的強度、浸酸后抗壓強度比、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襯防腐材料。