1、VEGF 鳞片复合材料在脱硫烟囱中的应用可行性研究发布: 2007-4-04 15:29 | 作者: darrin | 来源 : 万客化工在线VEGF 鳞片复合材料在脱 硫烟囱中的应用可行性研究王天堂 黄志强* 籍文豪* 陆士平(上海富晨化工有限公司 上海 200233, *上海发电设备成套设计研究所，200240)摘 要：本文介绍了鳞片复合树脂胶泥的特点，以及目前国内电厂烟囱的实际运行情况，讨论了 VEGF 材料在脱硫烟囱中应用的技术可行性，并就 VGEF在烟囱防腐蚀应用中可能采用的技术措施进行了试验表征和分析。关键词： VEGF 鳞片 脱硫烟囱 应用可行性1、 前言我国是一个能源结构以燃煤
2、为主的国家，大气污染属煤烟型污染，粉尘、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）是我国大气的主要污染物。如 2000 年我国燃煤电厂的 NOx 的排放量达到 290 万吨。由于我国能源结构的特点，导致了酸雨的环境污染和较多的腐蚀情况，因此对于燃煤发电厂中产生大量的二氧化硫或氮氧化物的防治是势在必行。目前国内外较为有效的手段是烟气脱硫（Flue Gas Desulfurization 简称“FGD”）。而采用湿法石灰石洗涤法是当今世界各国烟气脱硫技术中应用最多也是最成熟的工艺。2003 年我们国家的湿法脱硫设备国产化率已在 96%以上，预计到 2010 年，国产化率可达100% 。 虽然脱硫后烟气
3、中含有的腐蚀性介质含量较少，但由于脱硫后烟气的温度一般都在硫酸的露点以下，因此对于不同结构形式的烟囱内壁，均有不同程度的腐蚀发生。而我们国内针对脱硫烟囱的防腐蚀措施，无论在烟囱的设计、施工等标准规范方面，还是在工程实际应用上面，都存在着空白或没有足够的经验积累。目前国内新烟囱选择了钛材，但钛材不仅成本高，而且目前市场供需矛盾明显，是否能满足防腐蚀要求还需要观察和跟踪。由于 VEGF玻璃鳞片复合材料已成功应用于烟气脱硫装置，积累了比较丰富的经验，因此我们来探讨 VEGF 玻璃鳞片复合材料在烟囱中的防腐蚀应用可行性，这不仅为新建脱硫烟囱采用的防腐蚀措施提供了一个新的选择，同时也为国内电厂旧烟囱的改
4、造带来实际的参考价值。2、 湿法烟气脱硫工艺的烟囱运行工况条件湿法石灰石洗涤法是国外应用最多和最成熟的工艺，也是国内火电厂脱硫的主导工艺。湿法脱硫工艺主要流程是，锅炉的烟气从引风机出口侧的烟道接口进入烟气脱硫(FGD)系统。在烟气进入脱硫吸收塔之前经增压风机升压，然后通过烟气烟气加热器(GGH)，将烟气的热量传输给吸收塔出口的烟气，使吸收塔入口烟气温度降低，有利于吸收塔安全运行，同时吸收塔出口的清洁烟气则由 GGH 加热升温，烟气温度升高，有利于烟气扩散排放。经过GGH 加热器加热后烟气温度一般在80左右，可使烟囱出口处达到更好的扩散条件和避免烟气形成白雾。GGH 之前设的增压风机，用以克服脱
5、硫系统的阻力，加热后的清洁烟气靠增压风机的压送排入烟囱。当不设 GGH加热器加热系统时，烟气温度一般在 4050。烟气经过脱硫后，烟气中的二氧化硫的含量大大减少，而洗涤的方法对除去烟气中少量的三氧化硫效果并不好，因此仍然残留近 10%的二氧化硫和三氧化硫。由于经湿法脱硫，烟气湿度增加、温度降低，烟气极易在烟囱的内壁结露，烟气中残余的三氧化硫溶解后，形成腐蚀性很强的稀硫酸液。脱硫烟囱内的烟气有以下特点：1) 烟气中水份含量高，烟气湿度很大；2) 烟气温度低，脱硫后的烟气温度一般在 4050之间，经 GGH 加温器升温后一般在 80左右；3) 烟气中含有酸性氧化物，使烟气的酸露点温度降低； 4)
6、烟气中的酸液的浓度低，渗透性较强。5) 烟气中的氯离子遇水蒸气形成氯酸，它的化合温度约为 60，低于氯酸露点温度时，就会产生严重的腐蚀，即使是化合中很少量的氯化物也会造成严重腐蚀。由于脱硫烟囱内烟气的上述特点，对烟囱设计有如下影响：1) 烟气湿度大，含有的腐蚀性介质在烟气压力和湿度的双重作用下，结露形成的冷凝物具有很强的腐蚀性，对烟囱内侧结构致密度差的材料产生腐蚀，影响结构耐久性。2) 低浓度稀硫酸液比高浓度的酸液腐蚀性更强。3) 酸液的温度在40-80时，对结构材料的腐蚀性特别强。以钢材为例，40-80时的腐蚀速度比在其它温度时高出约 3-8 倍。由此可知，排放脱硫烟气的烟囱比排放普通未脱硫
7、烟气的烟囱对防腐蚀设计要求要高得多，这也许与我们的传统观念有所不同。目前，电厂烟囱主要在以下三种工况下运行：1）排放未经脱硫的烟气，进入烟囱的烟气温度在 1300C 左右。在此条件下，烟囱内壁处于干燥状态，烟气对烟囱内壁材料属气态均匀腐蚀，腐蚀情况相当轻微。2）排放经湿法脱硫后的烟气，并且烟气经 GGH 系统加热，进入烟囱的烟气温度在 800C左右，烟囱内壁有轻微结露，导致排烟内筒内侧积灰。根据排放烟气成分及运行等条件的不同，结露腐蚀状况将有所变化。3）排放经湿法脱硫后的烟气，进入烟囱的烟气温度在 40500C，烟囱内壁有严重结露，沿筒壁有结露的酸液流淌。在设有脱硫系统的电厂，由于在运行时，烟
8、气有可能不进入脱硫装置，而通过旁路烟道进入烟囱。此时，烟气温度较高，一般在 130左右，故设计烟囱时，还必须考虑在此温度工况下运行对烟囱的影响。同时在烟囱的防腐蚀设计中还应该考虑到以下几个综合因素：残留的灰粉平均粒度（大约10um）、灰粉的硬度（约莫式硬度 7.0）、灰粉的冲击能量(2.05*10-12J)、灰粉的浓度（600mg/m3）、烟囱的最大曲率变化（实际不大于 1%）。欧美等发达国家电厂烟气脱硫开始的时间比较早，根据国内外的经验，目前湿法脱硫后的烟囱钢内筒内衬防腐主要有四类形式：耐酸腐蚀的金属合金薄板材作内衬，材料包括镍基合金板（C-276、C22）、钛板（TiCr2）等；耐腐蚀的轻
9、质隔热的制品粘贴，隔绝烟气和钢内筒接触，如发泡耐酸玻璃砖内衬；采用耐酸、耐热、保温浇筑材料，使用浇注或压力喷浆技术安装内衬； 玻璃鳞片涂层等防酸腐蚀涂料，3、VEGF 材料的特点VEGF 鳞片胶泥（涂料）是以乙烯基酯树脂材料为主材加入 10%-40%片径不等玻璃鳞片等材料配制而成的，其中 VEGF是 vinyl ester glass flake 的缩写。鳞片胶泥含有的玻璃鳞片，在胶泥施工完毕后，扁平型的玻璃鳞片在树脂连续相中呈平行重叠排列，从而形成致密的防渗层结构。腐蚀介质在固化后的胶泥中的渗透必须经过无数条曲折的途径，因此在一定厚度的耐腐蚀层中，腐蚀渗透的距离大大的延长，相当于有效地增加了
10、防腐蚀层的厚度。所以 VEGF材料具有以下特点：1耐腐蚀性能好。由于鳞片涂层采用的基体树脂是高性能的乙烯基酯树脂，该类型树脂具有较环氧树脂更好的耐腐蚀性能。2较低的渗透率。鳞片涂层的抗水蒸汽渗透率比普通环氧树脂涂料高 6-15 倍，比普通环氧FRP 高 4 倍。3鳞片涂层具有较强的粘结强度，不仅指树脂基体与其中的玻璃鳞片之间的粘结强度较高，而且鳞片涂层与基材之间的粘结强度高，同时鳞片涂层不易产生龟裂、分层或剥离，附着力和冲击强度较好，从而保证较好的耐蚀性。4耐温差（热冲击）性能较好。涂层中由于含有许多玻璃鳞片，因此消除了涂层与钢铁之间的线膨胀系数的差别，鳞片涂层的线膨胀约为 11.510-6m
11、/m,钢铁的线膨胀系数为12.010-6 m/m，两者之间比较相近，使鳞片涂层适合于温度交变 的重腐蚀环境。5耐磨性好。鳞片涂层在固化后的硬度较高，且有韧性，在粒子的冲刷耐磨性较好，鳞片涂层的破坏是局部的，其扩散趋势小，易于修复。6具有适中的造价。与目前 FGD装置中的主要选用：钛复合板、不锈钢、整体镍基合金、整体玻璃钢等相比，玻璃鳞片涂层具有最好的性价比。7工艺性较好。由于鳞片涂层的固体成份和添加剂根据需要可以调节配比，使涂料能适应多种气候，多种工艺要求的配置方法。能解决低温气候的固化问题，和每道工艺之间的施工间隙时间的长短。 4、VEGF 材料的应用性研究根据 VEGF材料在电厂烟囱中的实
12、际应用中可能出现的一些技术问题，我们分别对材料的各方面的性能进行了测试和表征。41 VEGF 涂层的耐磨损特性如前文所述，烟气中含有大量的粉尘，同时在腐蚀性的介质作用下，磨损的实际情况可能会较为明显，所以我们对碳钢上表面涂覆VEGF 胶泥的试样进行了耐磨损试验。4.1.1 实验方法：采用高压空气携带一定粒度的磨料，对玻璃鳞片涂层进行快速冲刷磨损，原理见图4.1。1。图 4.1。1：冲蚀磨损试验示意图4.1.2 试验条件：空气压力 0.1Mpa；磨料为硬度莫 式 8.5 的棱角碳化硅磨料，实体密度 2.45kg/m3，磨料粒度分布见表 4.1。2-1。环境温度常温，其它测试时的条件见表 4.1。
13、2-2，一次固定冲刷时间 10min，实验结果见表4.1。2-3，表 4.1。2-1 磨料粒度分布粒度分布 750m 750m500m 500m330m 涂层表面损坏形式：经过 10min 高强度冲刷磨损后，涂层的损坏主要为微小的点状现象，即在高能量的磨料粒子冲击下涂层出现类式微切削和微小剥离的状况，涂层未出现超过1mm 直径的斑点剥离现象，表明涂层具有较好的韧性和良好的涂层结合能力。B涂层估计的耐磨性能：通过磨料和灰粉的冲击能量、颗粒数目和硬度比值可以预计(具体见表 4.1。3)，VEGF 涂层安全磨损量为1mm 在烟囱内的条件下使用，有 90.6 年的耐磨寿命，即使在高温条件下涂层的耐磨性
14、能有所变化，再考虑烟囱入口气流弯转时的颗粒不均匀性，涂层的耐磨寿命也足够长。再者，在烟囱入口冲刷区将涂层的厚度可适当增加，涂层还可以进行简单方便的修补工作。所以 VEGF复合材料有足够的耐磨损特性并能够满足在烟囱中的使用环境。表 4.1。3 实际烟囱工况条件的对比：烟囱流速 .化学工业出版社，2002；8、王天堂,陆士平.VEGF 鳞片泥在烟气脱硫装置中的应用.中国环保产业,2002,2 :70-72.9、胡建民.中国火电厂二氧化硫排放与控制的现状及展望.见：中国环境科学学会编.第七届全国大气环境学术会议论文集.北京：1999.中国环境科学出版社，1999.乙烯基树脂玻璃鳞片技术(VEGF)2
15、008-12-25 14:23:05 来源: FRP 玻璃钢 /复合材料论坛 作者:alexwtt 【大 中 小】 浏览:420 次 评论:0条 乙烯基树脂玻璃鳞片技术(VEGF) VEGF 鳞片胶泥在烟气脱硫装置中的应用研究 王天堂 陆士平 （上海富晨化工有限公司, 上海 200235） 摘要：本文简要介绍了高度耐腐蚀VEGF 鳞片胶泥在烟气脱硫装置中的应用。 关键词：玻璃鳞片；胶泥；烟气脱硫；应用 1、 前言 我国是一个能源结构以燃煤为主的国家，大气污染属煤烟型污染，粉尘、二氧化硫（SO2） 、氮氧化物（NOx）是我国大气的主要污染物。在 20 世纪 50 年代的工业化初始发展阶段，全国煤
16、炭消耗量为 2000-10000 万吨，二氧化硫的排放量为 50-200 万吨；在 60-70 年代的工 业化第二阶段，煤炭消耗量为1000-45000 万吨，二氧化硫的排放量为 300-700 万吨；自 1980 年代始在工业化第三阶段，煤炭年消耗量达80000万吨，二氧化硫的排放量为 900-1500 万吨；同时在燃煤过程中产生相当量的氮氧化物，如 2000 年我国燃煤电厂的 NOx 的排放量达到 290 万吨。因此我国的能源结构特点导致了较多的重腐蚀情况，形成了酸雨等污染情况，尤其是燃煤电厂中，对于二氧化硫或氮氧化物的防治是势在必行，目前国内外较为有效的手段是烟气脱硫（Flue Gas
17、Desulfurization 简称“FGD”） 。 烟气脱硫是当今燃煤电厂等控制二氧化硫排放的主要措施。而湿法石灰石洗涤法是当今世界各国应用最多和最成熟的工艺。国家电力公司已将湿式石灰石脱硫工艺确定为火电厂烟气脱硫的主导工艺。根据有关资料介绍，自 1980 年代以来，仅向日本就进口或合作开始了近 10 套 FGD 装置，占中国进口 FGD 装置的70%。但预计到 2003 年湿法脱硫设备国产化 率达 96%以上，到 2010 年，国产化率达 100%。 2、 湿法烟气脱硫工艺的腐蚀情况 湿法脱硫工艺的基本原理是：烟气中的 SO2、SO3 、HF 或其它有害化学成份在高温状态下与某些化学介质相
18、遇，并发生化学反应，产生稀硫酸、硫酸盐或其它化合物，烟气温度也同时降低到露点以下，这就给脱硫装置带来了露点腐蚀问题。 火电厂烟气中含有 SO2、NOx、HF、HCl 等气体。因此，脱硫系统洗涤液中含有 H2SO4、HCl、HF 等溶液，且含有 20%左右的固体物。烟气吸收塔入 口温度可高达160-180，且有一定的干、湿界面；吸收塔出口烟温较低，为 45-55左右，处于在露点以 下。因此，湿法脱硫系统对材质的耐蚀、耐磨、耐温要求极为严格；同时脱硫系统要求与电站主机、主炉同步运行，因而对脱硫系统的可靠性、利用率和使用寿命要求也极高。 研究选择合适的耐腐蚀材质是各国长期努力的目标，1980 年初，
19、国内的电力、冶金研究设计部门为了克服湿气脱硫系统中脱硫塔、烟道和烟囱及衬里的腐蚀，一直在寻求一种造价低、耐高温、耐腐蚀的材料。而引起国内用户广泛注意的是耐蚀鳞片胶泥的适用性，根据树脂基体基材的不同，有二种可供选择：一种是环氧树脂鳞片胶泥，国内有兰州化 机设计院提供；另一种乙烯基酯树脂鳞片胶泥（vinyl ester glass flake mortar） ，简称为 VEGF 鳞片胶泥，如上海富晨化工有限公司研发的 VEGF高度耐蚀鳞片胶泥。相对而言，后者的综合性能包括耐腐蚀性能和耐温性能均优于前者，目前在日本、美国等国家均采用后者。 3、 VEGF 鳞片胶泥的耐蚀机理 VEGF 鳞片胶泥具有优
20、良的耐腐蚀性能，这主要是与胶泥的组成有关。一般情况下，防腐蚀层的防蚀失效主要是树脂基体受到腐蚀，基体树脂首先产生失重、变色等情况，之后引起材料的鼓泡、分层、剥离或开裂等情况，最后导致防腐蚀层失效，尤其后者，由于渗透等因素，加速了具有腐蚀性的化学介质渗入到防护层的内部。因此在选择具有良好耐腐蚀性能树脂基体的同时，应采取有效的措施来减弱、减缓腐蚀介质或水蒸汽的渗透作用。而 VEGF 鳞片胶泥比基体树脂能够提供更为有效的耐腐蚀性能，这主要是因为VEGF 玻璃鳞片能够有效的防止腐蚀介质或水蒸汽的物理渗透。 31 VEGF 鳞片 胶泥具有较强的抗渗透性是与其的物料组成有关，一般情况下，VEGF 鳞片胶泥
21、含有10%-40%片径不等的玻璃鳞片，胶泥在施工完毕后，扁平型的玻璃鳞片在树脂连续相中呈平行重叠排列，从而形成致密的防渗层结构。如图 3.1 所示，腐蚀介质在固化后的胶泥中的渗透必须经过无数条曲折的途径，因此在一定厚度的耐腐蚀层中，腐蚀渗透的距离大大的延长，客观上相当于有效地增加了防腐蚀层的厚度。同时，在无玻璃鳞片增强情况下，树脂基体连续相中会存在大量的所谓的“缺陷”，如微孔、气泡及其它微缝等，这些缺陷的存在会加速或加快腐蚀介质的渗透过程，因为一旦介质渗透到这些缺陷中，渗透的速度在得到提高的同时，接触具有腐蚀性的介质的基体连续相的面积也随之会加大，从而更加速了物理渗透和化学腐蚀过程，而在 VE
22、GF玻璃鳞片胶泥中，由于平行排列的玻璃鳞片能够有效的分割基体树脂连续相中的这些“缺陷 ”，从而能够有效 的抑制腐蚀介质的渗透速度。 图 3.1 VEGF 鳞片胶泥示意图 另外，除了具有腐蚀性的化学介质渗透之外，还存在着水蒸汽的渗透。通常情况下，高聚物材料的分子间距为 10，而对于水蒸汽来说，只要高聚物材料的分子间距达到 3 ，水蒸汽就能容易地透过高聚物的单分子层。若基础材料是碳钢时，水蒸汽由于渗透而达到碳钢表面后，并在氧气存在情况下，会由于电化学反应而生锈。VEGF 鳞片胶泥在固化后，由于乙烯基酯树脂的高交联密度可以有效的减弱水蒸汽和腐蚀性化学介质的渗透，并且如同上文中所述，VEGF 的独特结
23、构更能达到防渗透或减渗的效果，经测定VEGF 鳞片胶泥的水蒸汽扩散速率为 1.510-6g/hr.cm2。 32 固化后的 VEGF 鳞片胶泥是一种复合材料，其中基体树脂 起粘结作用，这个过程主要是：具有高度活性的不饱和双键的基体树脂通过交联，形成三维的体型结构，期间线性的高分子形成网状的结构会导致化学体积的收缩；同时，在这分子中的不饱和双键打开生成饱和单键时伴随着分子体积的变化，有数据表明：液态树脂中 C=C 基团分子体积在固化后会缩小 25%，这个树脂固化 过程中分子自由体积的变化，也是造成不饱和树脂（包括乙烯基酯 树脂）收缩的一个重要原因。而收缩会产生内应力，严重时会导致微裂纹等的出现，
24、并且残余内应力的存在会微裂纹的扩展提供了潜在条件。因此在选择基体树脂时，应充分考虑树脂在具有良好的耐腐蚀性能的同时，又要求树脂具有较低的收缩率。由于加入了玻璃鳞片和其它填料等，VEGF 鳞片胶泥的收缩率会大幅度降低。并且由于 VEGF 鳞片胶泥的中玻璃鳞片的存在可以起到降低固化后的残余内应力的作用。这是因为：在树脂基体中不规则分布的玻璃鳞片是一具有较大比面积的分散体，在胶泥固化后，树脂由于固化收缩而产生的界面收缩内应力可以被玻璃鳞片所稀释或松弛，因此有效的减弱了内应力影响；同时，虽然玻璃鳞片在树脂基体连续相中是近乎平行排列，但还是存在一定的倾角，该倾角的存在可以有效的分割树脂基体连续相为几个小
25、区域，使应力不能相互影响或传递。 4、 VEGF 鳞片胶泥的特点 41 耐腐蚀性能好 。由于 VEGF鳞片胶泥采用的基体树脂是高性能的乙烯基酯树脂，该类型树脂具有较环氧树脂更好的耐腐乙烯基树脂玻璃鳞片技术(VEGF)2008-12-25 14:23:05 来源: FRP 玻璃钢 /复合材料论坛 作者:alexwtt 【大 中 小】 浏览:421 次 评论:0条 蚀性能。 42 较低的渗透率 。VEGF 鳞片 胶泥的抗水蒸汽渗透率比普通 环氧树脂涂料高 6-15 倍，比普通环氧FRP 高 4 倍。 43 VEGF 鳞片胶泥具有较强的粘结强度，不仅指树脂基体与其中的玻璃鳞片之间的粘结强度较高，而且
26、VEGF鳞片胶泥与混凝土或碳钢基材之间的粘结强度高，与钢板的粘结强度2.0Mpa ，与混凝土的粘结强度2.5Mpa 。因此 VEGF鳞片胶泥涂层不易产生龟裂、分层或剥离，附着力和冲击强度较好，从而保证较好的耐蚀性。 44 耐温差（热冲击）性能较好。涂层中由于含有许多玻璃鳞片，因此消除了涂层与钢铁之间的线膨胀系数的差别，VEGF 鳞片胶泥涂层的线膨胀为 11.510-6/,钢铁的线膨胀系数为 1210-6/，两者之间比较相近，使 VEGF 鳞片胶泥适合于温度交变的重腐蚀环境，如电力系统中的 FGD。在某些非正常情况下，FGD 中的某 些阶段温度可以达到 200-250。我们进行了耐热冲击性能试验
27、，即把涂有 VEGF 胶泥的钢板交变放置在100沸水和 0的冰水各 1 小时，经 100 次交变试验后未能有异常现象出现。 45 耐磨性好。 VEGF 鳞片胶泥在固化后的硬度较高，比普通醇酸漆高 2-3 倍，耐磨性较好，如 VEGF鳞片胶泥的耐磨性为 120mg （CS-17W-500 g 情况下） ，而受外机械损伤时，VEGF 鳞片胶泥的破坏是局部的，其扩散趋势小，易于修复。 46 具有适中的造价。目前国内外的 FGD 装置中的选材主要有不锈钢、整体镍基合金、整体玻璃钢等方法。有关造价的比较见表 4.1。 表 4.1 FGD 衬里材料典型造价 类别 造价 备 注 美元/m2 相当 RMB/m
28、2 碳钢 270 2235 主体设备不推荐 碳钢内衬 VEGF 430 3560 目前首选材料 碳钢内衬橡胶 440-760 3642-6292 耐磨好，造价高，物理失效多，施工难度大，难修补。 整体 FRP 480-700 3974-5795 使用温度推荐不高于 80 整体 316/317 540-1080 4470-8941 易出现点蚀、缝隙腐蚀和冲刷腐蚀情况 整体镍基合金 1350-1880 11177-15565 效果好，但投资高 47 工艺性较好。由于 VEGF鳞片胶泥的固体成份较高，可以一次性成较厚的涂层，涂层方法可以是喷涂（spay coating） 、滚涂(trowel coating)、刷涂（roller coating）等成型工艺，并具有当场配制和室温下固化的特点。在 VEGF 鳞片胶泥涂层使用几年后，若出现遭损坏的情况，只需在该处作简单的处理即可进行修复，并可继续使用而不影响使用性能，具有修补性好的特点。
