岩棉保温在火电厂氨法FGD系统中的应用.pdf

5 6 石 油l 程 建 设 岩棉保温在火龟 氨法 F G D系统率的应用 梁 磊 江苏中轶环境工程有限公司，江苏宜兴2 1 4 2 1 4 摘 要 结合神木县洁能综合利用发 电厂一期氨 法 F G D系统保温工程 实例 ，着重介绍 了岩棉保温工 程的施 工工艺、脱硫 系统 中关键设备保温的必要性及施 工时应采取的有效措施 ．并对几种常用保温 形式进行性价比分析等 ，为岩棉保 温在 火电厂氨法 F G D系统中的推广应用提供参考。 关键 词 氨 法 F G D； 保 温 ； 岩棉 ； 性 价 比 d o i l 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 2 2 0 6 ． 2 0 1 2 ． 0 1 。 0 1 7 随着我国火 电厂烟气脱硫 F G D项 目发展速 度的加快 ，人们对脱硫系统设施的防护保养越来越 重视 ，要求达到的质量越来越高 。为防止脱硫系统 运行过程中，设备和管道向周 围环境 中散发或吸收 热量 ，造成设备热胀冷缩 ，扭 曲变形 ，绝热工程已 成 为建 设 和运行 过程 中不可 缺少 的部 分 ，成 为近年 来研究 的热点[ 1 - 2 ] 。本文 以神木县 沽能综合利用发 电厂氨法F G D保温工程 为实例 ，介绍岩棉保温在 火电厂氨法 F GD系统 中的应用 ，为今后推广应用 提供参考 。 1 氨 法 F GD 系统保 温 工程 工艺 确定 1 ． 1 氨 法 F G D 系统介 绍 神 木 县 洁 能 综 合 利 用 发 电 厂 一 期 需 建 设 22 4 0 t ／ h燃气锅炉和 2 X 5 0 MW 直接空冷凝汽式 发 电机 组 ，年 利 用 小 时 数 7 0 0 0 h 。烟 气 处 理 选 择 了简易氨法 半干法 冲击 吸收 除雾 炉后脱硫 工艺 ，脱硫 系统采 用一炉 一塔 ，处理烟 气量 2 2 8 ． 1 万 m3 ／ h ，共用一套硫酸铵回收装置 ，该系统脱 硫塔 、烟道、氧化槽等非标设备均采用碳钢现场制 作 ，工艺流程如图 l 所示。 从引风机主烟道出来的原烟气 ，经旁路进入烟 道反应器 ，在此氨水溶液通过喷嘴雾化后与烟气 中 的 S O 反应 ，从而脱除 S O 。此后烟气 由脱硫塔底 部进入 ，塔内采用 冲击法对脱硫反应副产物亚硫酸 铵进行捕收。净化后 的烟气经除雾器脱水除雾后 ， 进烟囱排放 ，反应产物硫酸铵溶液被送往硫酸铵回 收装 置进 行 回收 。 囱 1 ． 氨 水 罐 ；2 ． 氨 水 喷 淋 泵 ；3 ． 烟 遭 反 应 器 ；4 ． 氧 化 风 机 ；5 ． 氧 化稽 ； 6 ．喷淋装置 ；7 ． 除雾器；8 ． 冲击管 ；9 ．废水池 ；1 0 ． 喷淋泵 ；1 1 _ 弓 1 风机 图 1 脱硫 T艺流程 1 ． 2保 温工 艺确 定 对 脱 硫 系统 的热 胀 冷 缩 问题 ，在 设计 、制造 、 安装 、使用 、修理和改造等环节上都应防止脱硫系 统 中受压部件的变形和损坏 。特别是脱硫系统 中厚 壁非标元件受热后 ，受热侧的温度必然高于另一侧 的温度 ，因此受热侧的金属膨胀较大 ，而使另一侧 的金属 受 到拉伸 的应 力 ，这 就是所 谓 的 “ 热 应力 ” 。 钢板越厚 ，两侧 温差 越大 ，热应力也 就越大 。显 然 ．不受热的一侧要同时承受热应力和脱硫系统内 部 的压 力 ，这 两种 力互 相 叠加 ，会 在金 属 的最 薄 弱 点 如有裂纹 、腐蚀严重等处造成应力集 中，应 力一旦超过 了材料的强度极 限 ，就会发生爆炸 事 故。热应力的另一种表现形式是 ，如果脱硫系统启 动 、解 列次数较多 ，或烟气 工况参 数经常波 动较 大 ，受热面温度的变化也相应频繁 ，使金属经常处 于胀缩状态 ，即不断承受交变应力 ，很容易造成无 规律的交替变形 ，促使金属因疲劳而损坏。 神木县洁能综合利用发电厂位于陕西省神木县 第 3 8卷第 1 期 梁 磊 岩棉保温在火电厂氨法 F G D系统中的应 _}爿 5 7 北部的柠条塔兰炭工业集中区 ，该区气候多变，极 端最高气 温可达 4 1 ． 2℃ ，极端最 低气 温 一 3 0℃， 最大风速 2 0 ． 7 m ／ s 。且刮风频率较高 。锅炉原烟气 温度为 1 5 0℃，极 端条件下金属基体 表面将产 生 1 8 0 c I 二的温差 ，极 易 引起 热 应力 集 中 ，因此 ，F G D 系统的保温措施必须到位。金属基体 内外极端受热 工况 如 图 2所 示 。 3 O℃ 冷空气 图 2金属基体 内外极端受热工况 针对这一地区较为复杂多变的气候条件 ，经过 多位专家根据实际经验进行分析研究之后 ，决定采 用岩棉进行保温 ，内设龙骨 、钩钉、防潮层 ，外设 保 护层结构。岩棉层厚度为 1 0 0 mm，分双层 进行 敷设 。保 温区域为烟道 、脱 硫塔 、引风机 、氨水 罐、氧化槽 以及与之相配套的管路、阀门、法兰等 配件。 2保 温材 料及 施 工工 艺 2 ． 1 材料及规格要 求 岩棉是一种性能 良好的无机高效保温材料 。它 是 以精选的玄武岩 、辉绿岩为主要原料 ，外加一定 数量的辅助料 ，经高温熔融离心吹制成纤维状的松 散材料 ，岩棉纤维在加入适量的胶粘剂、防尘剂等 外 加剂 后 ，经过 逐层 叠铺 、压辊压 制 、固化炉 固化 等工艺 ，最后冷却切割就得到岩棉板。将岩棉板采 用一定的方法固定在设备结构 的外侧 ，起到保温的 作用[3 ] ，保温材料及规格要求如表 1 所示。 2 ． 2施 工工 艺 基体验 收一搭设 脚手架一表 面净化一 龙骨焊 接一钩钉焊接一岩棉敷设一 防潮层敷设 管道及 阀 门等特殊部位 一镀锌铁丝网敷设一保护层安装一 检查修补 验收 3关键 设备保 温 的必 要性 及有 效施 工措 施 3 ． 1脱 硫塔 保 温 脱硫塔作为氨法 F G D系统 中的主体设备之一 ， 其主要作用是吸收烟气中的 S O ，捕收反应产物硫 表 1保 温 材 料 及 规 格 要 求 名称 规格要求 岩棉 密度 ≤1 0 0k g ／ m ，厚度 8 0m l ／ l 保护层 0 ． 5IT I In厚镀锌板 镀锌铁丝 网 六角 网孔 ，孔径 1 5～2 0i n ／ ／ l 钢带 厚 0 ． 3～0 ． 4n l l n ，宽 1 5～2 OI ／ l ／ n 钩钉 圆钢 西6 m m 抱箍 角钢 I 2 5 4 焊接单头螺栓 M6～M1 O 自攻螺钉 M2 5 X4 抽芯铆钉 西4mm，L6mm 自锁 紧板 0 ． 5mm厚镀锌板 自制 防潮层 改性 沥青玻璃布 酸盐及其所形成的气溶胶 ，同时对脱硫后烟气进行 脱水除雾 。该设备结构复杂，体积庞大 ，运行时内 部存在一系列物化反应 ，且设备局部受力不均匀 进 E I 烟气温度 1 5 0℃左右 ，出 口烟气温度 7 O℃ 左 右 ，存在较大温度梯度 ，易产生热应力作用 ；因此 该处的保温应有针对性地采取措施 ．保温结构如图 3所示 图 3脱 硫 塔 保 温 结 构 示 意 由图 3可见 ，脱硫塔塔顶设置防水檐 ，防止雨 天积水 ，拐角接缝处保护层采用角钢进行包边加 固 密封 ，避免热量从接缝处散失 。塔身龙骨部分采用 L2 5 3角钢作为支撑脚 ，其水平间距为 1 - 3 ～1 ． 7 m， 纵 向间距为 1 ． 0 m。塔底与基础接触角处采用沥青 封 口、混凝 土护坡。岩棉层厚度为 1 0 0 m m，分双 层敷设 ，通过销钉进行 固定 ，外部敷设孑 L 径为 l 5 ～ 2 0 m m的镀锌铁丝网，确保岩棉能够紧贴金属基 体表面 ，保护层为 0 ． 5 mm厚镀锌板 ，用 M 2 54 自攻螺丝固定在龙骨上面 5 8 石 油l 程 建设 2 0 1 2 年2 月 3 ． 2烟 道 保 温 烟气温度越高 ，烟气密度就越小 。如果烟气温 度降低 ，烟气密度就增大，当引风机按额定流量排 烟时 ，引风机的负荷就增大 ，此结果不是引起跳闸 就是烧坏电机 ；此外 ，如果烟道不保温 ，烟气散热 严重，烟气 中的水蒸气 主要是燃料和送进炉膛的 空气 中所含的水分就要凝结 ，与燃料 中的 S O 化 合成亚硫酸 ，造成烟道 、引风机等设备的腐蚀 ，缩 短使用寿命 。烟道作为输送高温烟气的设备 ，其热 应力直接受高温介质 的影响 ，本工程烟道分为烟道 反应器 进气烟道 、进引风机烟道和净气烟道三 个部分 ，工程量较大 ，保温结构如图 4所示。 烟 图 4烟 遁 保 温 结 构 不 恿 鉴于烟道均设置在室外 ，故顶面将岩棉板切成 楔 口状 ，形 成 坡 度 为 0 ． 0 5的 斜 坡 ，防止 积水 。 烟 道截面积相对脱硫塔要小很多 ，受烟气量 以及烟气 温度等工况的影 响更为显著 ，因此 ，在岩棉外层设 置 自锁紧板进行加 固，防止 因烟气工况较大波动引 起结构振颤导致保温层松动脱落 。此外 ，对于较长 烟道 ，机 务设计 人员在设计时 ，应适 当增加 补偿 器 ，补偿烟道热胀冷缩效应 ，同时保护保温层。本 程采 用 的补偿 器 内部 自带 保 温层 ，故 其外 部不 必 再 考虑 保 温 。 3 ． 3管道保 温 管 道 保 温 可 以 减 少 管 道 热 量 损 失 ．避 免 管 道 内 的 物 料 受 外 界 温 度 影 响 ， 尤 其 在 寒 冷 的 冬 季 ，保 温还可 以延缓 或防止管 道 内液体 的冻 结 。 本 工 程 管路 系统 包括 氨 水输 送 管道 、硫 酸铵 回 收所用蒸 汽管 道 、管 路吹扫所 用压缩 空气 管道 、 引风 机 冷凝 水进 出管道 、硫 酸 铵液 体 输送 管 道 及 暖气管道 等 ，其保 温结构如 图 5所示 。 由图 5可见 ，管道本体外表面设置防锈层 ，防 止管路腐蚀 的同时对岩棉层也起 到一定 的保护作 用 ，外部采用镀锌铁丝网进行 固定 ，表面采用镀锌 管本体 防锈层 岩棉层防潮层 镀锌铁丝网保护层 图 5管道保 温结构 示意 板作为保护层 。对于保冷管道 ，其外表面必须设置 防 潮 层 ， 以 防止 大 气 中水 蒸 气 凝 结 于保 冷 层 外 表 面 ，并渗入保冷层内部而产生凝结水或结冰现象 ， 致使保冷材料 的导热系数增大 ，保冷结构开裂 ，并 加剧金属壁面的腐蚀 。对 于埋地管道的保温结构 ， 也应设防潮层。本工程采用改性沥青玻璃布作为防 潮层 ，该材料具有绝缘 、绝热 、耐腐蚀 、不燃烧 、 耐高温 、高强度等性能 ，具有较好 防潮效果。 3 ． 4 阀 门及 法 兰 保 温 在 脱硫 系统 管 系 中 ，阀门是控 制 元件 ，其 主 要 作 用 是 隔 离 设 备 和管 道 系统 、调 节 流 量 、防 止 回 流 、调节和排泄压力 。没有保温的阀门，在运行中 将受到周围环境的冷却 ，其温度要 比阀门的内表面 温 度低 ，易 产生 温度 差 ，出现热应 力 。当 阀门关 闭 时 ，阀门外壳冷却快 ，而阀杆与 闸板等冷却得慢 ， 这样 阀杆 与闸板 处 于受压 缩 的状 态 ，如果 压缩 应 力 过大 ，会使 阀杆变形 ，产生永久弯曲。法兰保温可 减少热损失 ，避免因极端天气 、暴雨等致使法兰泄 漏 。本 工程 在管 路 系统 中多 处存 在 阀 门和法 兰 ，保 温 结构 如 图 6所 示 。 为便于检查维修，本工程阀门及法兰保温均采 用保温盒 ，盒体由分开的两个对称结构组件组成 ， 使用 自锁 紧板 围绕盒体端 口处一周将盒体 锁紧 固 定 。两个对称结构组件组成 的盒体 ，对接处或外边 缘没有其他结 构 ，加工方 便 ，安装快捷 ，外形美 观，拆装方便 ，而且拆下的保温盒可重复使用 ，环 保节能。法兰及螺母连接区间内用聚氨酯泡沫作为 软质材料进行填充 ，法兰接缝处下方设导凝管 ，以 便凝结水及时外排 。 4 施工 注 意事项 1 需保温 的设 施和 管道应无 泄漏 ，表 面干燥 ， 无油脂，无锈蚀 ，为利于防腐 ，可采用合适涂层。 2 为达 到热 损失 最小 目的 ，板 和毡 的所 有接 头一定要对接得十分紧密。 3 岩棉制品用于室外保温或者在易受机械磨 第 3 8卷第 1 期 梁 磊 岩棉保温在火电厂氨法 F G D系统 中的应用 5 9 图 6阀 门及 法 兰 保 温 盒 损 的地方 宜用 金 属或 塑料包 装 ，并 注意 接头 、接 缝 的密封 。必要时加胶质封条 ，包裹层重叠部分不小 于 1 0 0 mm 。 4 与人孔 、防爆 门等盖式可拆卸式结 构相 邻位置上 的绝热结构 ，当绝热层厚度影 响部件拆 卸时应做成 1 5 。 斜坡 ，并应 留出部件拆卸 时的螺 栓距 离 。 5 室外保温 、保冷施工不宜在雨天进行 ，否 则应采取防雨措施。 6 岩棉制品内含玻璃丝 ，敷设过程中易散发 到空气 中．长期呼入易引起呼吸道及肺部疾病 ，故 施工人员作业时务必佩戴 口罩等安全防护设施 。 5几 种保 温材 料性 价 比分析 目前 国内常用 的氨法 F G D系统保温材料主要 有岩棉 、挤塑板 、聚氨酯发泡板等 ，本工程保温总 面积约 4 5 0 0 m ，保温厚度 以 1 0 0 m m计 ，保温材 料性能及经济性如表 2所示。 表 2 几种保温材料陛能及经济性对比 保温 耐 温性 导热系数 阜侩| 总造价 使用 寿命 材料 ， ℃ ／ w／ n a 2 K 元『 m ／ T Y 元 ／ 年 岩棉 ≤ 3 5 0 O ．O 4 2 1 3 O 5 8 ．5 3 5 挤塑板 ≤ 3 0 o 0 ．0 3 0 l 2 0 5 4 2 5 聚氨酯发泡板 ≤ l 2 O 0 ．0 2 2 3 6 0 1 6 2 4 0 由表 2可见 ，岩棉与挤塑板价格相当，但挤塑 板的耐温性及使用寿命均不及岩棉 ，聚氨酯发泡板 的材料性能及使用寿命均占优势 ，但一次性投资较 大 ，因此 ，岩棉保温在火电厂氨法 F G D系统 中达 到保温效果 的同时 ，具有更好 的性价 比。更具适用 性 ，适合大力推广。 导凝管 6结 束语 1 脱 硫 系统保 温和 防腐工 序上 存在 冲突 ， 在 有 防腐衬 里 的设 备 及管 道上 焊接 绝 热层 固定 件 时 ，焊 接 及 焊 后 热 处 理 必 须 在 防 腐 之 前 进 行 。项 目经理 应做 好 各分 包单 位 的工 前协 调 工 作 。 2 法兰 口、爬梯围栏等支撑件与设备本体表 面之间设计 时应 留出一定 的距离 。以便做保温结 构，不 同专业设计部门之 间的有效沟通协调至关重 要 。 3 在役保温层 的后期维护很重要 ，当发电机 组中空气预热器 、再热器 、省煤器 、汽轮机等设备 运行不正常时，导致烟气量的较大波动，致使设备 发生结构振颤 ，破坏保温层 ，因此 ，机务设计人员 必须慎重考虑结构问题。 4 岩棉与挤塑板 、聚氨酯发泡板相比，具有 更好 的性价 比，适合在火电厂氨法 F G D系统保温 工程 中推广应用。 参考 文 献 [ 1 ]B a l a r a s C A，D r o u t s a K ． P o t e n t i a l f o r e n e r g y c o n s e r v a t i o ni n a p a mn e n t b u i l d i n g s [ J ] ． E n e r gy a n d B u i l d i n g s ， 2 0 0 0 , 3 1 2 1 4 3 1 5 4 ． [ 2 ]NF R C 5 0 0 - 2 0 0 1 ，P r o c e d u r e f o r De t e r m i n i n g F e n e s t r a t i o n P r o d u c t C o n d e n s a t i o n R e s i s t a n c e V a l u e s [ S ] ． [ 3 ]C a o X Q， V a s s e n R ， S t o e v e r D ． C e r a m i c ma t e r i a l s f o r t h e r mal b a rr i e r c o a t i n gs ． J o u r n a l o f E u r o p e a n C e r a mi c s S o c i e t y ， 2 0 0 4 ， 2 4 1 1 1 0 ． 作 者简介 梁 磊 1 9 8 4 一 ， 男，安徽 亳 州人 ，工程 师 ， 2 0 0 9年毕业 于安 徽工程 大学环境 工程 专业 ，硕士 ，从 事烟 气脱 硫 除 尘 和 污 水 处理 设 计 及 施 工工 作 。 收稿 日期 2 0 1 l O 4 0 2