巖棉保溫在火電廠氨法FGD系統(tǒng)中的應用

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)鍵設備保溫的必要性及施工時應采取的有效措施，并對幾種常用保溫形式進行性價比分析等，為巖棉保溫在火電廠氨法FGD系統(tǒng)中的推廣應用提供參考。

氨法FGD； 保溫； 巖棉； 性價比

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

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2×240 t/h燃氣鍋爐和2×50 MW直接空冷凝汽式發(fā)電機組，年利用小時數(shù)7 000 h。煙氣處理選擇了簡易氨法 （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、氧化槽等非標設備均采用碳鋼現(xiàn)場制作，工藝流程如圖1所示。

從引風機主煙道出來的原煙氣，經(jīng)旁路進入煙道反應器，在此氨水溶液通過噴嘴霧化后與煙氣中的SO2反應，從而脫除SO2。此后煙氣由脫硫塔底部進入，塔內(nèi)采用沖擊法對脫硫反應副產(chǎn)物亞硫酸銨進行捕收。凈化后的煙氣經(jīng)除霧器脫水除霧后，進煙囪排放，反應產(chǎn)物硫酸銨溶液被送往硫酸銨回收裝置進行回收。

1.2 保溫工藝確定

對脫硫系統(tǒng)的熱脹冷縮問題，在設計、制造、安裝、使用、修理和改造等環(huán)節(jié)上都應防止脫硫系統(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力，這就是所謂的 “熱應力”。鋼板越厚，兩側(cè)溫差越大，熱應力也就越大。顯然，不受熱的一側(cè)要同時承受熱應力和脫硫系統(tǒng)內(nèi)部的壓力，這兩種力互相疊加，會在金屬的最薄弱點 （如有裂紋、腐蝕嚴重等處）造成應力集中，應力一旦超過了材料的強度極限，就會發(fā)生爆炸事故。熱應力的另一種表現(xiàn)形式是，如果脫硫系統(tǒng)啟動、解列次數(shù)較多，或煙氣工況參數(shù)經(jīng)常波動較大，受熱面溫度的變化也相應頻繁，使金屬經(jīng)常處于脹縮狀態(tài)，即不斷承受交變應力，很容易造成無規(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41.2℃，極端最低氣溫-30℃，最大風速20.7 m/s，且刮風頻率較高。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。

針對這一地區(qū)較為復雜多變的氣候條件，經(jīng)過多位專家根據(jù)實際經(jīng)驗進行分析研究之后，決定采用巖棉進行保溫，內(nèi)設龍骨、鉤釘、防潮層，外設保護層結(jié)構(gòu)。巖棉層厚度為100 mm，分雙層進行敷設。保溫區(qū)域為煙道、脫硫塔、引風機、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機高效保溫材料，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

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

3 關(guān)鍵設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)中的主體設備之一，其主要作用是吸收煙氣中的SO2，捕收反應產(chǎn)物硫酸鹽及其所形成的氣溶膠，同時對脫硫后煙氣進行脫水除霧。該設備結(jié)構(gòu)復雜，體積龐大，運行時內(nèi)部存在一系列物化反應，且設備局部受力不均勻；進口煙氣溫度150℃左右，出口煙氣溫度70℃左右，存在較大溫度梯度，易產(chǎn)生熱應力作用；因此該處的保溫應有針對性地采取措施，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，脫硫塔塔頂設置防水檐，防止雨天積水，拐角接縫處保護層采用角鋼進行包邊加固密封，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。塔底與基礎接觸角處采用瀝青封口、混凝土護坡。巖棉層厚度為100 mm，分雙層敷設，通過銷釘進行固定，外部敷設孔徑為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，當引風機按額定流量排煙時，引風機的負荷就增大，此結(jié)果不是引起跳閘就是燒壞電機；此外，如果煙道不保溫，煙氣散熱嚴重，煙氣中的水蒸氣 （主要是燃料和送進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、引風機等設備的腐蝕，縮短使用壽命。煙道作為輸送高溫煙氣的設備，其熱應力直接受高溫介質(zhì)的影響，本工程煙道分為煙道反應器 （進氣煙道）、進引風機煙道和凈氣煙道三個部分，工程量較大，保溫結(jié)構(gòu)如圖4所示。

鑒于煙道均設置在室外，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，在巖棉外層設置自鎖緊板進行加固，防止因煙氣工況較大波動引起結(jié)構(gòu)振顫導致保溫層松動脫落。此外，對于較長煙道，機務設計人員在設計時，應適當增加補償器，補償煙道熱脹冷縮效應，同時保護保溫層。本工程采用的補償器內(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、引風機冷凝水進出管道、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，管道本體外表面設置防銹層，防止管路腐蝕的同時對巖棉層也起到一定的保護作用，外部采用鍍鋅鐵絲網(wǎng)進行固定，表面采用鍍鋅板作為保護層。對于保冷管道，其外表面必須設置防潮層，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，致使保冷材料的導熱系數(shù)增大，保冷結(jié)構(gòu)開裂，并加劇金屬壁面的腐蝕。對于埋地管道的保溫結(jié)構(gòu)，也應設防潮層。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。沒有保溫的閥門，在運行中將受到周圍環(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)熱應力。當閥門關(guān)閉時，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)，如果壓縮應力過大，會使閥桿變形，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，盒體由分開的兩個對稱結(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。兩個對稱結(jié)構(gòu)組件組成的盒體，對接處或外邊緣沒有其他結(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)材料進行填充，法蘭接縫處下方設導凝管，以便凝結(jié)水及時外排。

4 施工注意事項

（1）需保溫的設施和管道應無泄漏，表面干燥，無油脂，無銹蝕，為利于防腐，可采用合適涂層。

（2）為達到熱損失最小目的，板和氈的所有接頭一定要對接得十分緊密。

（3）巖棉制品用于室外保溫或者在易受機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)，當絕熱層厚度影響部件拆卸時應做成15°斜坡，并應留出部件拆卸時的螺栓距離。

（5）室外保溫、保冷施工不宜在雨天進行，否則應采取防雨措施。

（6）巖棉制品內(nèi)含玻璃絲，敷設過程中易散發(fā)到空氣中，長期呼入易引起呼吸道及肺部疾病，故施工人員作業(yè)時務必佩戴口罩等安全防護設施。

5 幾種保溫材料性價比分析

目前國內(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，保溫材料性能及經(jīng)濟性如表2所示。

表2 幾種保溫材料性能及經(jīng)濟性對比

由表2可見，巖棉與擠塑板價格相當，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，但一次性投資較大，因此，巖棉保溫在火電廠氨法FGD系統(tǒng)中達到保溫效果的同時，具有更好的性價比，更具適用性，適合大力推廣。

6 結(jié)束語

（1）脫硫系統(tǒng)保溫和防腐工序上存在沖突，在有防腐襯里的設備及管道上焊接絕熱層固定件時，焊接及焊后熱處理必須在防腐之前進行，項目經(jīng)理應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備本體表面之間設計時應留出一定的距離，以便做保溫結(jié)構(gòu)，不同專業(yè)設計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很重要，當發(fā)電機組中空氣預熱器、再熱器、省煤器、汽輪機等設備運行不正常時，導致煙氣量的較大波動，致使設備發(fā)生結(jié)構(gòu)振顫，破壞保溫層，因此，機務設計人員必須慎重考慮結(jié)構(gòu)問題。

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

[1]Balaras C A，DroutsaK.Potentialforenergyconservationinapartment buildings[J].Energy and Buildings,2000,31（2）：143-154.

[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)于安徽工程大學環(huán)境工程專業(yè)，碩士，從事煙氣脫硫除塵和污水處理設計及施工工作。

2011-04-02