低温脱硫烟囱内衬防腐喷注料的研究应用

(北京联合荣大工程材料有限责任公司，北京 101400)

低温脱硫烟囱内衬防腐喷注料的研究应用

皮艳灵 章荣会

(北京联合荣大工程材料有限责任公司，北京 101400)

本文主要研究废陶瓷骨料，四种粉料、纳米级二氧化硅及有机树脂添加剂等各种组分对喷注料强度、浸酸抗压强度比、渗透厚度等性能的影响，试验结果表明：铸石粉、纳米二氧化硅、有机树脂达到最佳掺量配置的喷注料具有优异的耐酸性、抗渗性、耐磨性。

湿法烟气脱硫 湿烟囱 防腐蚀 喷注料

0 前言

目前国内烟气脱硫90%以上采用湿法脱硫工艺，且大多数没有热交换器(GGH)设备[1]。经湿法脱硫后的烟气温度在40-50℃之间，虽然SO2被除去90%以上，但SO3脱硫效果很低，不超过20%。在40～50℃时，SO3、HCL、HF等气体在其露点温度以下，形成H2SO4，HCL，HF， HNO3等腐蚀性酸液；在湿度梯度和烟气压力双重作用下，形成的酸具有很强渗透性和腐蚀性，影响烟囱结构的耐久性[2]。 此外在脱硫装置故障时，烟气温度一般在120～170℃，这种干湿交替及高低温交替产生的交变热应力对烟囱防腐材料的影响也是巨大的[3]，因此，烟囱内衬防腐材料必须同时适应于潮湿低温和高温环境。

目前脱硫烟囱内衬防腐方案主要采用贴泡沫玻化砖、玻璃钢、钛钢板等结构形式；因粘贴泡沫玻化砖用胶是薄弱环节，在酸性环境中易老化，导致渗漏、再加上国产的泡沫玻化砖生产用原材料大部分是废旧玻璃，造成耐磨性、热稳定性、耐酸性等方面不能满足目前烟囱复杂的使用环境[4]；玻璃钢由玻璃纤维和树脂通过一定的工艺成型，使用过程中温度不能超过使用树脂的软化温度，若脱硫故障时间超过30分钟，就需要对进入烟囱的气体进行降温处理，以避免玻璃钢结构性破坏[5]；钛钢板内衬是由钢板做结构，钛板做防腐层，二者不能直接熔焊，且钛层的熔焊受环境中的氧、氢氮、碳等元素污染，在安装过程中存在的风险也一直是烟囱内衬防腐隐患[6,7]。

本文中研究的耐酸喷注料，从骨料、粉料、改性剂及各种外加剂等方案优化，配置出具有耐酸、耐磨、抗渗、致密等优异性能的喷注料，结合采用整体喷注方式，结构件采用耐酸的构件、烟囱套筒内壁并进行封闭防腐处理，形成整体复合烟囱内衬工作层；该方案能解决低温耐酸腐蚀、温差变化等环境因素对烟囱内衬耐久性的影响。

1 试验原材料及试验方法

试验原材料：废电磁，经颚式破碎机破碎成粒径分别为5～3mm，3～2mm、2～1mm，1～0.5mm；525目铸石粉(A1)、325目高铝矾土粉(A2)、325目电磁粉(A3) 、325目石英粉(A4)； SiO2纳米级超细粉(B)；模数2.6的钠水玻璃(C)；氟硅酸钠；改性耐酸有机树脂D；

试样制备：成型模具40×40×160mm，在温度20～25℃，相对湿度小于80%的环境中自然养护，养护24±2h后脱模，养护15d,严禁与水或与水蒸汽接触。养护至龄期后，将试样烘干(110℃±5℃)×24h，冷却至常温，进行其他项目试验。

耐酸试验方法：耐酸喷注料耐酸性，观察试样浸酸后的外观变化、测强度变化及浸酸渗透厚度，将同批制备的试样分为三组，每组三块记录各块外观状态。

外观变化：一组做对比基准，一组浸酸、将试样放入常温下40%H2SO4溶液中浸泡30d,一组放入80℃±5℃的40%H2SO4溶液浸泡30d，实验完成后，观察并记录试样外观的腐蚀、剥落、裂纹、膨胀及局部鼓泡等情况。

测强度变化比试验：将试样从4 0%稀硫酸中取出，用清水冲洗数次，擦干。并经(110℃±5℃)×24h烘干，冷却至常温后，测试样的抗压强度，精确至0.1MPa，按下式计算浸酸后的变化比值fs0=fs/f0；耐酸腐蚀渗透厚度，测量四周渗透厚度，取平均值。

2 试验结果与讨论

2.1不同粉料对喷注料强度及耐酸性的影响

骨料级配、胶结剂及固化剂配比相同，分别加入等量的铸石粉(A1)、高铝矾土粉(A2)、电磁粉(A3) 、石英粉(A4)。固化剂和水玻璃是外加，试验配比如表1、试验结果图1、图2和图3。

2.1.1各种粉料对喷注料抗压强度的影响

粉料对喷注料的致密性起着重要作用，从而影响其抗压强度和耐酸性。由图1所示，不同粉料的加入，在不同试验条件下的抗压强度差别很大：①基准样品、常温耐酸30d，80℃浸酸30d三种条件下，编号3的抗压强度最好，编号1的抗压强度最低，也即是废电磁粉对喷注料强度贡献大，铸石粉对喷注料强度贡献小。②常温和80℃条件下抗压强度结果显示，浸酸后的强度都有不同程度降低，其中编号1强度降低最小，也就是说加入铸石粉的耐酸侵蚀最好；编号4浸酸后强度降低最大，表明石英粉耐酸侵蚀性差；电磁粉与矾土粉介于二者之间。

表1 试验配合比(%)

图1 加入不同粉料的喷注料抗压强度

2.1.2各种粉料对喷注料耐酸性的影响

图2 加入不同粉料的喷注料浸酸渗透厚度

图3 加入不同粉料的喷注料抗压强度比

由图2试验结果可以看出：在常温酸侵条件下，渗透厚度最小的是编号1，渗透厚度最大的是编号4，也即是加入铸石粉的耐酸性好，加入石英粉的耐酸性最差；在80℃酸条件下，渗透厚度都增加，渗透厚度的大小顺序与常温条件相同，渗透厚度最小的编号1，由此可见铸石粉能提高喷注料的耐酸性。

图3试验结果表明：常温浸酸条件下的抗压强度比高于80℃浸酸条件下的抗压强度比；无论常温还是80℃条件下，加入铸石粉A1的抗压强度比都是最高的，也就是说加入铸石粉的喷注料强度降低最小，说明耐酸性是最好的，而石英粉的耐酸性是最差的；从渗透厚度和抗压强度比试验结果得出的结论是一致的。

不同条件下浸酸后的试块，没有出现剥落、裂纹、膨胀及局部鼓泡等现象，说明固化剂和胶结剂都不受硫酸腐蚀。

2.2不同掺量的纳米级二氧化硅对强度和耐酸渗透性的影响

根据2.1的抗压强度比及耐酸渗透性试验结果，加入铸石粉的喷注料耐酸性是最好的，选择表1中编号1的配比，用纳米级二氧化硅等量替代铸石粉，通过测强度、抗压强度比和耐酸渗透厚度，来判断加入纳米级二氧化硅对耐酸性的影响。表2为二氧化硅掺量方案。

表2 二氧化硅掺量方案

2.2.1二氧化硅对喷注料强度的影响

图4 不同SiO2掺量的喷注料抗压强度

由图4所示：随着二氧化硅掺量的增加，喷注料强度也随之增加，况且增加幅度成倍提高，高达4倍多，但超过一定的范围，增加的幅度降低了；在常温耐酸情况下，强度的变化趋势与不浸酸的强度变化趋势是相同的，最佳掺量在编号7掺量和编号8掺量范围之间内。

2.2.2二氧化硅对喷注料耐酸性的影响

图5 不同SiO2掺量的喷注料抗压强度比

图6 不同SiO2掺量的喷注料渗透厚度

如图5所示：随着二氧化硅掺量的增加，浸酸后的抗压强度比变化不大，增加量达到一定的量后，抗压强度比变化很小，也就是说，掺入二氧化硅提高了耐酸性，但是改善的效果不是很明显。

如图6所示：随着二氧化硅掺量的增加，浸酸渗透厚度变化趋势不明显，因为二氧化硅的加入量影响其粘度、流动性，进而影响其固化后材料的致密性、气孔率和气孔大小，从而影响抗渗性。故加入二氧化硅虽然大幅度提高强度，耐酸性也有所提高，但改善耐酸的效果不明显。

2.3掺入有机耐酸树脂对喷注料强度及耐酸性的影响

结合以上实验结果，选编号8试验配比，粉料选用铸石粉，在粘结剂里加入不同量的有机树脂，通过对比分析耐酸抗压强度比及渗透厚度，判断有机树脂对耐酸性的影响。表3为有机改性树脂掺量方案。

表3 有机改性树脂掺量方案

图7 加入有机耐酸树脂后的强度变化

图8 加入有机耐酸树脂后的抗压强度

图9 加入有机耐酸树脂后的渗透厚度

2.3.1掺入有机耐酸树脂对喷注料强度的影响

如图7所示：对基准样而言，随着有机耐酸树脂的增加，抗压强度有所降低；对80℃浸酸试块而言，试块的抗压强度都有所降低，加入有机耐酸树脂后，浸酸后的试块强度编号11、编号12降低值明显低于空白样10，说明有机耐酸树脂的加入提高了喷注料的耐酸性，但是掺量加大后，其喷注料的施工性能变差，导致其致密性降低，从而强度也有降低的趋势。

2.3.2掺入有机耐酸树脂对喷注料耐酸性的影响

如图8所示：空白样浸酸后的抗压强度比最低，随着有机耐酸树脂的增加，浸酸抗压强度比的降低，说明其耐酸性降低。

如图9所示：空白样的渗透厚度最大，编号12的渗透厚度最小，随着有机耐酸树脂量的增加，渗透厚度逐渐有降低的趋势，但有机耐酸掺量进一步增加，其渗透厚度又增加。主要原因是加入适量的有机耐酸树脂，基体硬化后树脂迁移至表面，酸化后形成一层致密的耐酸树脂层，以至于提高其抗渗性；此外加入有机树脂对喷注料施工性能有影响，导致树脂量增加，施工性变差，成型的基体不致密，以至于抗渗性降低。

由图2、图6、图9的渗透厚度数据比较，试验编号12的耐酸性、抗渗性最好。故有机树脂的最佳掺量在编号11、编号12掺量之间。

2.4喷注料在低温脱硫烟囱中的应用

优化配比后配置的喷注料，性能指标如表4，用整体湿法喷注方式，其中的结构件采用耐酸的构件、烟囱套筒内壁并进行封闭防腐处理，形成整体复合烟囱内衬防腐工作层；用在青海格尔木的2条高180米的低温脱硫烟囱，已运行1年多，没有出现酸腐蚀现象，客户反映良好。

3 结论

(1)通过对比分析喷注料的强度、常温和80℃浸酸试验的抗压强度比、浸酸渗透厚度等性能指标，选择陶瓷骨料、铸石粉、最佳掺量的纳米硅微粉及掺入适量有机耐酸树脂来提高其材料的强度、浸酸后抗压强度比、降低浸酸渗透厚度。

The Research and Application of Chimney Anticorrosion Shotcrete Material in WFGD

PI Yan-ling, ZHANG Rong-hui
(Beijing Allied Rongda Engineering Material Co.,Ltd, Beijing 101400, China)

The study researches on influence of ceramic aggregate, four kinds of powder, nano-silica and organic resin on strength, acid-resistant compressive strength ratio and thickness of penetration of shotcrete material. As a result, achieving optimal amount of diabase powder, nano-silica,and organic resin, so that shotcrete material have good Sulfuric acid-resistant, anti-permeability, wear resistance.

wet FGD; wet chimney; anticorrosion; shotcrete material

TG174.46

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.08.063.04

皮艳灵 (1979-) ，女，工程师，主要研究建筑工程材料和烟囱内衬防腐材料。