脫硫塔噴淋區防護設計及應用

梁 磊

（江蘇一環集團有限公司，江蘇 宜興 214206）

脫硫塔噴淋區防護設計及應用

梁 磊

（江蘇一環集團有限公司，江蘇 宜興 214206）

火電廠普遍存在脫硫塔噴淋區塔壁及支撐梁被漿液沖刷、腐蝕穿孔的現象，分析塔壁及支撐梁被擊穿的原因為高流速、高含固量漿液對金屬基體及其防護層的長期沖刷。提出噴淋區塔壁采用玻璃鱗片防腐、玻璃鋼加強或內貼玻璃鋼板的防護形式；從設計角度考慮，噴嘴采用“倒八字形”或“下沉式”結構形式以及噴淋層采用吊梁的方式，能較好地避開噴嘴噴射出的高流速漿液的沖刷。通過工程實踐證實了噴淋區塔壁防護形式及支撐梁避開噴嘴設計的可行性，為今后同類脫硫工程脫硫塔噴淋區的防護設計提供參考。

脫硫塔；噴淋區；塔壁；支撐梁；擊穿

隨著燃煤電廠石灰石（石灰）—石膏濕法煙氣脫硫工程的迅速發展［1－7］，人們對于脫硫裝置的防護越來越重視。脫硫塔是脫硫系統的核心設備，噴淋區是脫硫塔內最薄弱的環節，長期承受高流速、高含固量漿液的沖刷以及煙氣中的酸酐或氣態酸溶解于水形成強酸的腐蝕［8］，該區防護至關重要。近年來，由于設計上存在缺陷或認識上的不足等原因，噴淋區塔壁被擊穿，出現腐蝕穿孔、漏漿、漏煙，支撐梁腐蝕、斷裂導致噴淋層塌落的現象時有發生。遇此情況，只能解列脫硫系統，開塔進行檢修，影響脫硫系統長期、高效、穩定運行，造成一定經濟損失。脫硫塔噴淋區塔壁及支撐梁被漿液沖刷、腐蝕穿孔是電廠普遍存在的問題，成為火電機組安全運行的重要隱患。本文針對脫硫塔噴淋區塔壁及支撐梁被擊穿，出現腐蝕、穿孔的問題，提出合理、有效的解決方案，并通過工程實踐證實了方案的可行性，可為今后同類脫硫工程脫硫塔噴淋區的防護設計提供參考。

1 脫硫塔噴淋區

圖1 噴淋區（陰影區域）

脫硫塔噴淋區通常是指上層噴淋層至下層噴淋層下方1.5 m處的區域（見圖1陰影區域），主要包括脫硫塔壁板、噴淋層及其支撐梁。該區工況條件極為復雜，對金屬基體及其防護材料沖刷、磨損及腐蝕較為嚴重（見圖2）。140℃的高溫煙氣進入噴淋區，經噴淋降溫至60℃左右，屬于冷熱物料交匯區，存在高、低溫熱應力引發的內襯材料輕度熱應力破壞；SO2吸收過程中的新生態稀亞硫酸或其他氣態酸或酸酐溶解于水形成的強酸引發的內襯層滲透腐蝕；高固體含量漿液壓力噴射及自重落體引發的內襯材料沖刷重度減薄磨損。

圖2 塔壁及支撐梁被擊穿

2 塔壁被擊穿分析

噴淋層外圈噴嘴噴出的漿液對脫硫塔噴淋區塔壁的沖刷較大，噴淋層設計時，外圈噴嘴較多采用圓環式布置，與塔壁之間留有一定的安全距離，可減輕噴嘴噴出的漿液對塔壁的沖刷。但一方面，隨著環保排放標準的提高，對脫硫效率［9］有更高的要求，為提高噴淋覆蓋率，減少塔內“邊壁效應”，噴淋層設計時，縮短了外圈噴嘴與塔壁之間的安全距離；另一方面，若噴嘴內部通道不規則，如噴嘴內部堵塞或脫硫漿液中含有大粒徑顆粒物時，導致噴嘴噴出的漿液為柱狀或線狀等非霧化漿液，噴出的漿液角度發生改變，很可能沖刷到塔壁上。塔壁較多采用2～3 mm厚的玻璃鱗片防腐，很難承受噴嘴噴出的高流速、高含固量漿液的長期沖刷，防腐層首先被破壞，進而擊穿塔壁（見圖3），出現腐蝕、穿孔、漏漿、漏煙現象。

圖3 噴嘴沖刷塔壁

3 支撐梁被擊穿分析

為固定噴淋層，減輕工作過程中引起的結構震顫，噴淋層底部設置支撐梁，通常設計為H型支架。為便于支撐梁外表面防腐施工，支撐梁較多選用矩形鋼，Q235材質，防腐形式為2 mm厚玻璃鱗片，外包2層玻璃絲布補強。噴淋層噴淋漿液由噴淋主管分配到噴淋支管，管道為全玻璃鋼材質，噴嘴固定在支管上，支撐梁位于噴淋層的下部，如圖4所示。傳統設計中，為達到較高脫硫效率，選用較大液氣比，噴淋層噴嘴分布較密，與支撐梁之間的距離較近，且與支撐梁位置在豎直方向上沒有錯開。支撐梁長期受到噴嘴噴出的高流速、高含固量漿液的沖刷，首先破壞外部防腐層，進而擊穿內部金屬基體。出現腐蝕、穿孔，甚至是斷裂，造成噴淋層塌落的現象。

圖4 噴嘴沖刷支撐梁

4 解決方案

噴淋層噴嘴一般選用渦流空心錐，SiC材質，噴出的漿液為發散式傘狀結構，塔壁及支撐梁被擊穿部位一般呈弧狀結構，據此可判斷塔壁或支撐梁因噴嘴漿液沖刷所致。塔壁或支撐梁被擊穿時，部分電廠采取修補的方式進行處理，即在被擊穿部位采用同等厚度的鋼板進行修補，如圖5所示。修補后的金屬基體表面重新做防腐處理，該種處理方案治標不治本，短期內，修補部位仍會被擊穿。

圖5 支撐梁修補

為根本性解決塔壁及支撐梁被擊穿的問題，需從以下2方面考慮：一是采用耐沖刷、耐腐蝕的防護材料，加強金屬基體表面防護；二是從設計角度考慮，使金屬基體盡量減輕或是避開噴嘴噴出的高流速、高含固量漿液的長期沖刷。

4.1 塔壁防護

由于玻璃鋼具有較強的耐沖刷、耐腐蝕等優點，脫硫塔噴淋區塔壁可采用玻璃鱗片防腐，玻璃鋼補強，如圖6（a）所示。玻璃鱗片選用乙烯基酯樹脂鱗片［10］，具有較強的抗水蒸氣滲透能力，厚度為2～3 mm。玻璃鱗片外部玻璃鋼補強，3布4涂，采用乙烯基酯樹脂為主膠液，加入一定比例的硬質超細SiC粉末，提高襯層抗熱應力及耐沖刷、耐磨損能力。

塔壁防腐還可以采用內貼玻璃鋼板的防腐形式，如圖6（b）所示。脫硫塔施工完畢后，在噴淋區塔壁內側焊接不銹鋼釘，橫向間距為100 mm，縱向間距為250 mm。鋼釘焊接完畢后，金屬基體進行噴砂除銹，除銹等級不低于Sa2.5，金屬基體表面粗糙度達到40～100 μm。除銹完畢后，塔壁首先涂刷一層樹脂作為底涂，固化后涂刷兩道樹脂鱗片膠泥，實干后再涂刷一道樹脂，在玻璃鋼板上面與不銹鋼釘［11］對應的位置開孔，將玻璃鋼板固定在塔壁，壓實，并將不銹鋼釘超出部分彎至不銹鋼板表面。玻璃鋼板規格為1 000 mm×200 mm×10 mm，從下到上沿著塔壁逐層施工，玻璃鋼板之間的接縫及與不銹鋼釘之間的接縫用玻璃鱗片膠泥填實后抹平。對于小型玻璃鋼塔（直徑小于5 m），也可采用內貼玻璃鋼弧板進行施工。

4.2 支撐梁避開噴嘴設計

噴淋層支撐梁被擊穿的主要原因為噴嘴與支撐梁之間的距離太短，噴嘴噴出的漿液直接沖刷到支撐梁上，支撐梁即使采用玻璃鱗片防腐，玻璃鋼補強，也很難承受噴嘴噴出的高流速、高含固量漿液的長期沖刷。為防止支撐梁被擊穿，噴嘴噴出的漿液若能避開支撐梁，便可達到較好的防護效果，如圖7所示。

如圖7所示，噴嘴采用“倒八字形”（如圖7（a））或“下沉式”（如圖7（b））2種結構設計支撐梁均能較好地避開噴嘴噴出漿液的沖刷。該種設計通常要求與噴嘴連接的玻璃鋼支管具有較好的機械強度，否則容易造成工作狀態下的噴嘴發生結構震顫，進而引起管道疲勞斷裂，噴嘴脫落。

圖6 塔壁防護設計

圖7 噴嘴避開支撐梁設計

4.3 吊梁設計

對于小型脫硫塔，與噴嘴連接的玻璃鋼支管一般較細，不宜采用“倒八字形”或“下沉式”結構形式。但小型脫硫塔噴淋層較輕，可采用吊梁進行噴淋層固定，如圖8所示。吊梁采用矩形鋼焊接，位于噴淋層管道上方，與噴淋管道采用玻璃絲布纏繞固定，較好地避開了噴嘴噴出漿液的沖刷。

圖8 吊梁結構示意圖

5 運行效果

河北邢臺某熱電廠脫硫塔直徑為4.2 m，噴淋層塔壁采用2～3 mm厚的玻璃鱗片防腐，并用玻璃鋼補強，3布4涂的防腐形式；噴淋層支撐梁采用吊梁的方式，系統運行1年，未發現塔壁或支撐梁腐蝕、穿孔的現象。新疆吐魯番某火電廠2×300 MW機組煙氣脫硫工程，脫硫塔直徑13.5 m，噴淋區塔壁采用內貼玻璃鋼的防腐形式，噴淋層噴嘴采用“倒八字形”和“下沉式”結構相結合的形式，系統運行15個月，未發現塔壁或支撐梁腐蝕、穿孔的現象。

6 結論

a.噴淋區塔壁及支撐梁出現被擊穿的現象，采用同等厚度的鋼板修補被擊穿部位，重新防腐的處理方式，問題得不到根本性解決，修補區很快再次被擊穿。

b.脫硫塔噴淋區塔壁玻璃鱗片防腐，玻璃鋼補強及塔壁內貼玻璃鋼2種防腐形式，均具有較好的使用效果。

c.大型脫硫塔噴嘴采用“倒八字形”或“下沉式”結構，小型脫硫塔采用吊梁結構，支撐梁均能較好地避開噴嘴噴出的高流速、高含固量漿液的沖刷，具有較好的應用價值。

［1］呂宏俊.電石渣—石膏濕法脫硫技術的應用分析［J］.電站系統工程，2011，27（1）：41－42.

［2］梁 磊.火電廠脫硫系統石膏脫水困難案例分析及對策［J］.中國電力，2013，46（1）：99－102.

［3］闖喜宏，許雪松.電石渣脫硫運行存在問題的探討［J］.電力科技與環保，2012，28（2）：42－44.

［4］梁 磊，馬洪玉，丁 華.石灰—石膏法煙氣脫硫系統塔內漿液pH值及密度測量改進［J］.中國電力，2012，45（9）：80－84.

［5］禾志強，韓秀峰，祁利明.電石渣—石膏法煙氣脫硫技術［J］.電站系統工程，2010，26（5）：65－66.

［6］黃麗娜，翟尚鵬，陳茂兵.氨法脫硫中亞硫酸銨氧化技術的研究進展［J］.華北電力技術，2012，42（12）：25－28.

［7］梁 磊.單塔結晶氨法脫硫工藝研究及設計分析［J］.東北電力技術，2013，34（10）：31－35.

［8］侯 佳，李宜娟.石灰石—石膏濕法脫硫裝置常見故障分析及處理［J］.東北電力技術，2011，32（10）：29－31.

［9］王 巖，孫 偉，許 鵬.火電廠石灰石—石膏濕法脫硫特點及效率的影響因素［J］.東北電力技術，2011，32（8）：48－52.

［10］梁 磊.乙烯基酯樹脂鱗片材料在火電廠氨法煙氣脫硫系統中的應用［J］.腐蝕與防護，2012，33（2）：167－170.

［11］梁 磊.脫硫塔內襯花崗巖防腐應用研究［J］.石油化工腐蝕與防護，2013，30（6）：28－32.

Protection Design and Application for Desulfurization Tower Spray Zone

LIANG Lei
（Jiangsu Yihuan Group Co.，Ltd.，Yixing，Jiangsu 214206，China）

Slurry erosion and corrosion perforation are an universal phenomenon in coal?fired power plant widespread desulfurization tower spray tower wall and support beam.The cause of tower wall and support beam breakdown is analyzed，protective form of glass flake anticorrosion，FRP strengthening or sticking a glass plate is proposed.Nozzle structore of“eight”or“falling”and spray layer with haning beam can avoid high velocity of slurry nozzle jet flushing.Design feasibility is confirmed through enginerring practice，the results offer a reference for similar protection design of desulfurization tower spray zone.

Desulfurization tower；Spray area；Tower wall；Support beams；Breakdown

X701.3

A

1004－7913（2016）08－0038－04

梁 磊（1984—），男，碩士，工程師，主要從事煙氣脫硫、脫硝工程的設計、研發、施工及調試工作。

2016－05－21）