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文档简介

火力发电厂脱硫烟囱防腐技术研讨会技术交流论文脱硫烟囱防腐材料产品检测与分析中国电力科学研究院2009年8月20日脱硫烟囱防腐材料产品检测与分析中国电力科学研究院 赵宇航 徐丽 李震 李寅雪随着环保标准的提高,我国大部分火电厂都已采用了湿法脱硫技术。大多数电厂的烟囱处于不脱硫的高温干式排烟、脱硫上GGH或脱硫不上GGH同时开旁路的潮湿式排烟和脱硫不上GGH的低温高湿式排烟、以及这几种方式频繁交替的排烟状态下运行,这对烟囱内衬防腐材料和内衬防腐系统提出了更苛刻的要求。我单位依据多年从事检测烟囱内衬防腐材料的试验与研究结果,结合设计、生产、使用和质检各方面的要求和实践,先后制定了电力行业标准DL/T901-2004火力发电厂烟囱(烟道)内衬防腐材料及国网北京电力建设研究院企业标准Q/FSDYS013-2009火电厂湿烟囱(烟道)用泡沫玻璃化砖、弹性密封粘结剂与基材处理剂两个标准。其中电力行标DL/T901-2004主要针对在不脱硫干式排烟及湿法脱硫上GGH的运行工况下所使用的内衬防腐材料,提出的相应技术条件和检验方法。而企标Q/FSDYS013-2009则是针对脱硫湿烟囱所用“宾高德型”内衬系统的防腐材料制定的。归纳近几年来我们检测的内衬防腐材料主要有以下两大类:第一类:构成砌筑式内衬结构或“宾高德型”内衬结构的耐酸块材与相应的胶结剂。第二类:构成整体内衬的浇注式耐酸浇注料。1. 第一类防腐材料(构成砌筑式内衬结构或“宾高德型”内衬结构的耐酸块材与相应的胶结剂)1.1砌筑式内衬防腐体系用于砌筑的各类耐酸砖(烧结型陶土耐酸砖、非烧结型耐酸砌块、重质泡沫玻化陶瓷砖)与耐酸胶结料(胶泥、砂浆)组合,构成单筒式烟囱、套筒式烟囱及多管式烟囱的内衬砌筑体。其技术指标在DL/T901-2004中的规定如表1中密实型耐酸胶结料及表2中防水型耐酸砖。表1 耐酸胶结料的技术要求项 目单位密实型耐酸胶结料*体积密度kg/m31900凝结时间(2025)初凝时间min45终凝时间h15常温抗压强度*(110524h)MPa20.0耐酸性(常温浸40%H2SO4 30d,或80浸40%H2SO4 15d)外观不允许有腐蚀、裂纹、膨胀、剥落等异常现象0.9耐热性(2504h)外观不允许有裂纹、剥落及大于2.5%的线变化率0.9耐水性(常温浸水30d,或浸90温水15d)外观不允许有溶蚀、裂纹0.75体积吸水率%5.0抗渗性MPa0.6注:*密实型耐酸胶结料经浸酸或加热后吸水率8.0%,加热后耐酸性不降低。 *本标准中常温指1530。表2 防水型耐酸砖的技术要求项 目超轻质耐酸砖轻质耐酸砖重质耐酸砖体积密度kg/m3型型型型型型型型5007507501000100012001200140014001650165019001900215021502400常温导热系数W/mK0.250.350.450.550.700.901.101.30常温抗压强度(110524h)MPa8.010.012.014.016.018.020.022.0体积吸水率*%5.0耐酸性(常温浸40%H2SO430d,或80浸40%H2SO415d)外观不允许有腐蚀、裂纹、膨胀、剥落等异常现象0.9耐热性(2504h)外观不允许有裂纹、剥落及大于2.0%的线变化率0.9耐水性(常温浸水30d,或浸90温水15d)外观不允许有溶蚀、裂纹、膨胀等异常现象0.8注:*防水型耐酸砖加热后体积吸水率应10.0%。砌筑类材料,生产技术已趋于成熟,产品性能基本稳定,检测合格率较高。尽管如此,仍有某些问题值得重视及改进。1.1.1烧结砖烧结砖性能通常比较稳定,但应控制好烧成温度及均匀性,避免产生“生烧欠火砖”。“生烧欠火砖”外观颜色较浅淡、强度差、吸水率大、经长时间浸酸后易产生裂纹、膨胀、甚至溃散、破碎现象。1.1.2非烧结型耐酸砌块非烧结型耐酸砌块即水玻璃耐酸砌块,其中以浇注工艺方法成型的砌块性能较稳定,机压或振压成型的砌块性能波动较大,耐水性一般较差,湿烟囱内衬最好不采用此砖。1.1.3砌筑用(重型)泡沫玻化陶瓷砖砌筑用(重型)泡沫玻化陶瓷砖在正常情况各项性能都很优越,尤其适于套筒式或多管式烟囱,但此类砖在耐热性方面易出问题。在做耐热性检测时,在180250之间易发生表层爆裂剥蚀或炸裂破碎的现象,极少数甚至在150左右即出现此现象,其主要原因是烧成时在降温冷却阶段,其降温速度控制的不恰当,导致残余应力消除不完全,这一问题通过调整降温曲线是可以解决的。生产厂家应当高度重视这一问题,这是此类产品主要的缺点,也是非常严重的缺点。1.1.4耐酸胶结料(耐酸胶泥、耐酸砂浆)耐酸胶结料有单组分型、双组分型和多组分型,在现场拌和使用,因此原材料种类的选择与配比非常重要,应根据不同季节温度的变化调整结合剂的模数和固化剂的加入量;固化剂的加入量必须满足配比要求。现场不能用简单地减少固化剂加入量的办法来调整凝结时间。固化剂加入量不足会引起砌体游移变形、强度增长慢、耐水性差等问题。此外,近年来由于竞争价格很低,填充料中生料比例过大,胶结料干燥收缩大,易产生裂纹,降低密封性。表3 近年来脱硫烟囱砌体用耐酸块材与耐酸胶结料性能汇总表项 目烧结耐酸砖泡沫玻化砖耐酸胶泥(砂浆)体积密度,kg/m1400190050065016001900导热系数,W/mK0.51.10.150.20抗压强度,MPa12256.59.01025体积吸水率,%5250.20.7515耐酸性合格合格合格耐热性合格合格合格耐水性合格合格合格对现有砌筑体系的综合评价:耐酸块材和耐酸胶结料,自身性能较稳定,能满足湿烟囱运行工况的要求,但它们都是脆硬性材料,由其构成的砌体难免会产生裂纹和缝隙,应考虑采用柔韧性的有机材料来增强体系的整体密封性,以提高系统的可靠性。1.2“宾高德型”的内衬防腐体系用弹性密封粘结剂在普通钢内筒或老烟囱的内壁上粘贴泡沫玻璃砖或泡沫玻化陶瓷砖,构成“宾高德型”的内衬防腐系统。1.2.1“宾高德”泡沫玻璃砖与国产泡沫玻璃砖、泡沫玻化陶瓷砖本世纪初“宾高德”系统进入我国电力湿烟囱设计选用的范围后,一直因造价高昂阻碍了其推广应用的范围与速度。这期间,不乏以国产材料进行替代的尝试,国产泡沫玻璃砖泡沫玻化陶瓷砖与硅橡胶体系应运而生,并因价格优势被广泛应用。“宾高德”系统中的砖为硼硅泡沫玻璃砖,属耐热玻璃系列,其线膨胀系数较低,抗热震性好,但价格也很高。国产的普通泡沫玻璃制品、主要是用于保温保冷工程,并非针对火电厂湿烟囱防腐而开发,因此直接移植到电力湿烟囱中,其效果是可想而知的,尤其是体积密度较低的产品。难免出现问题,须经实践检验后应做适当调整。表4 JC/T647-2005中泡沫玻璃绝热制品物理性能指标项目分类140160180200等级优等(A)合格(B)优等(A)合格(B)合格(B)合格(B)体积密度,kg/m3140160180200抗压强度,Mpa0.40.50.40.60.8抗折强度,Mpa0.30.50.40.60.8体积吸水率,%0.50.50.50.50.5透湿系数,Ng/(Pasm)0.0070.050.0070.050.050.05导热系数,W/(mK)平均温度308K(35)298K(25)233K(-40)0.0480.0460.0370.0520.0500.0400.0540.0520.0420.0640.0620.0520.0660.0640.0540.0700.0680.058从建材行标JC/T647-2005泡沫玻璃绝热制品中也不难看出,对其强度要求较低,而耐磨性与抗热震性都没有提及。在检测试验中我们发现体积密度低的产品,其强度也低,尤其表面强度很低,耐磨性、抗热震性也差,且离散性很大。而体积密度越高,强度、耐磨性、抗热震性等性能也越好,因此在制定企标Q/FSDYS013-2009时,我们将泡沫玻璃化砖的体积密度提高到200kg/m3以上,首先,生产厂家是可以做到的;另外,随着体积密度的提高,强度、耐磨性及抗热震性都有很大幅提高,可部分弥补普通泡沫玻璃不含硼的劣势。根据湿烟囱运行工况,我们增设了耐磨性和抗热震性的检测项目,这将有利于控制防腐系统的整体质量,以提高其使用寿命。泡沫玻化陶瓷砖也是由建筑、建材行业移植改造而来,因其体积密度较大,因而强度、耐磨性等一系列性能都比较高,它的线膨胀系数较小、抗热震性好,这是陶瓷材料本身的优势。但从目前检测的情况看,仍然存在着不可忽视的问题,就是由于生产厂家对烧成工序冷却阶段的降温速度控制不稳定,使产品内部的热应力消除的不好,造成在再次加热过程中,在180左右出现表层爆裂剥蚀、炸裂破碎等现象。这本是生产工艺上可以解决的、但解决不好又最易出现的问题,应当引起生产厂家高度重视。否则,可能被脱硫烟囱拒之门外。从材料本身的抗压强度、耐冲刷性等性能看,泡沫玻化陶瓷砖较泡沫玻璃砖作为湿烟囱防腐块材会有一定的优势。其体密大者可与(弹性)胶结料配合作砌筑块材,体密轻者可与弹性粘结剂配合构成粘贴式防护层。表5 近年来脱硫烟囱粘贴用耐酸块材性能汇总表项目宾高德55号砖注1泡沫玻璃砖泡沫玻化陶瓷砖体积密度,kg/m3190160200300400线膨胀系数(10-6/)5.57.09.55.06.5抗压强度,MPa1.380.62.02.03.5抗折强度,MPa0.620.41.21.52.5吸水率,%0.20.20.60.20.8抗热震性(100水冷),次1551515耐磨性,cm3701501060耐热性,250250250耐酸性优优优导热系数,W/mK0.050.070.100.25注1:数据引自宾高德产品介绍资料。表6 Q/FSDYS013-2009中泡沫玻璃化砖的技术条件项 目单位泡沫玻璃化砖型型型型体积密度kg/m3200250250300300400400导热系数(平均温度70)W/mK0.140.180.220.25抗折强度(110524h)MPa1.01.21.52.0抗压强度(110524h)MPa1.52.02.53.5耐热性(2504h后抗压强度)注1MPa1.31.82.33.3耐酸性(常温浸40%H2SO4 15d,或80浸40%H2SO4 7d后抗压强度)MPa1.31.82.33.3耐水性(常温浸水15d,或浸90温水7d后抗压强度)MPa1.31.82.33.3耐磨性cm380604030体积吸水率(100水浴3h)%1111抗热震性(250,水急冷)次3555热膨胀系数(室温300)注210-6/510抗冻性(-40常温)注2次5555注1:试样在加热过程中或加热后存在爆裂、起皮、剥落等现象,此项指标不合格。注2:热膨胀系数、抗冻性为参考指标,可不必进行检验。1.2.2有机弹性密封粘结剂目前大多数弹性密封粘结剂已采用耐热性好的硅橡胶类,初期因对耐酸性重视不够,粘结剂的填料中含有一定数量的钙类物质,耐酸性曾一度较差,后经与生产厂家多次进行技术交流与检测反馈,现在市场上的硅橡胶粘结剂其耐酸性已大幅度提高。表7 Q/FSDYS013-2009弹性密封粘结剂的技术条件项 目单位弹性密封粘结剂固化时间h1拉伸强度MPa1.3拉断伸长率%100粘结剪切强度与钢板MPa1.0耐热性(18024h)拉伸强度MPa1.3拉断伸长率%80耐酸性(常温浸10%H2SO4 5d,或80浸5%H2SO4 10d)拉伸强度MPa1.0拉断伸长率%80表8 粘贴用弹性胶性能汇总表项目宾高德专用胶注1国产耐酸硅橡胶抗拉强度,Mpa1.00.91.5拉断伸长率(弹性),%35080200粘结强度/剪切强度,Mpa0.93/0.540.71.2/0.50.9使用温度,-40176/104-40200耐酸性(H2SO4)5%10%注1:数据引自宾高德资料介绍另外,最近的检测试验又发现了部分块材在冷热交变状态下,吸水率等性能有明显的逐渐劣化的现象,是否与泡沫砖背胶积水现象有关联尚不能确定,由于试验数据有限,试验方法也有待调整和完善,明确的结论有待进一步的试验研究来确定,这可能影响到某些材料的选用。2、第二类防腐材料整体耐酸浇注料耐酸浇注料是集高强、耐磨、耐酸、耐热、防水、隔热、整体性能好等多种优异性能于一体的内衬防腐材料。同类材质的耐酸砌块已有十多年的应用实践,对其性能及在浇注施工过程的控制要素也有成熟经验,只要控制好不同温度下的配比,做好养护,即可避免其出现非受控的裂纹、裂缝。另外,在湿烟囱防腐内衬设计中应增设有机的弹柔性密封层,以确保湿热的酸气、酸液与结构砼隔绝,系统的防腐效果会更好、更可靠。表9 DL/T901-2004中密实型轻质耐酸浇注料的技术要求项 目单位超轻质密实型耐酸浇注料轻质密实型耐酸浇注料型型型型体积密度kg/m3750100010001200120014001400165016501900常温导热系数W/mK0.350.450.550.700.90常温抗压强度(110524h)MPa9.011.013.015.018.0体积吸水率*%5.0耐酸性(常温浸40%H2SO430d,或80浸40%H2SO415d)外观不允许有腐蚀、裂纹、膨胀、剥落等异常现象0.9耐热性(2504h)外观不允许有裂纹、剥落及大于2.0%的线变化率0.9耐水性(常温浸水30d,或浸90温水15d)外观不允许有溶蚀、裂纹、膨胀等异常现象0.8抗渗性MPa0.6自然干燥收缩率%2.0注:*密实型(防水抗渗型)耐酸浇注料加热后体积吸水率应10.0%。表10 近年来脱硫烟囱用耐酸浇注料性能汇总表项 目轻质现浇耐酸浇注料重质浇注料体积密度,kg/m900160019002300导热系数,W/mK0.30.70.91.2抗压强度,Mpa6152030体积吸水率,%4.520410抗渗性0.10.60.20.8耐酸性合格合格耐热性合格合格耐水性合格合格通过实际工程检验证明,整体浇注料项目运行情况大都良好。小结:由于缺少对湿烟囱防腐工程的

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