《燃煤电厂湿法烟气脱硫玻璃钢材料研究及玻璃钢烟道设计制造.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《燃煤电厂湿法烟气脱硫玻璃钢材料研究及玻璃钢烟道设计制造.pdf（81页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、武汉理工大学硕士学位论文燃煤电厂湿法烟气脱硫玻璃钢材料研究及玻璃钢烟道设计制造姓名：孙九霄申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：王继辉20071101武汉理I：人学硕+学位论文摘要玻璃纤维增强塑料经过合理的选材、设计、制造和安装，用于湿法脱硫系统的结构和整套装置中，具有使用寿命长，运行可靠等特点，在国外已有广泛的应用，技术经济分析是可行的。但玻璃纤维增强塑料是各向异性的材料，其优良的性能来之于合理的设计、正确的选材和严格的生产工艺控制，因此，对用于湿法脱硫系统电厂排烟冷却塔玻璃钢烟道的材料选择、产品设计、制造工艺、实验方法、检测方法及安装等方面开展研究具有重要的工程实际意义。本文针对大功率发
2、电机组循环水排烟冷却塔玻璃钢烟道与玻璃钢烟囱内衬的关键材料田产化及设计和制造问题，系统研究了七家树脂生产商的1 5 种乙烯基酯树脂及由这些树脂制作各种玻璃钢试样的力学的性能，形成了玻璃钢烟道、烟囱内衬结构设计所需的基础数据。根据这些数据，设计和监造了三河电厂3 0 0 M W 机组脱硫塔玻璃钢烟道。本文系统评价了7 家厂商1 5 个牌号的乙烯基酯树脂、浇注体和玻璃钢的性能。试验确定了高温测试时的保温时间和三个高温测试温度点：8 0 和1 0 0、1 2 0。通过试验，发现高温树脂与低温树脂在温度较低时，即距玻璃化转变温度较远时，强度保留率差别不大，在较高温度时，高温树脂和低温树脂才呈现出明显的
3、差距。对高温拉伸试验时夹持端出现的打滑现象，本文从细观力学角度对此现象进行了详细的分析，认为主要原因如下：央持力不够，夹具齿形问题，单向纤维增强复合材料层间剪切性能在高温时下降较快。高温试验时，拉伸强度的保留率普遍高于弯曲强度和压缩强度。将研究所得的材料数据用于三河电厂玻璃钢烟道的设计、制备。强度分析中，轴向应力安全系数均大于要求的安全系数8，稳定分析中，全系数可达3 9 5，远大于稳定安全系数要求取值。结果表明该管道设计满足强度及稳定性要求。在3#烟道的制作过程中，全部达到设计要求，目前该玻璃钢烟道已正常运行，表明本文的工作具有重要的工程应用意义。关键词：排烟烟道，乙烯基酯树脂，玻璃钢，材料
4、评价，结构设计武汉理l+人学硕十学位论文A b s t r a c tG l a s sf i b e rr e i n f o r c e dp l a s t i c sh a v el o n gu s el i f ea n dr u n n i n gc r e d i b i l i t yu s e di nw e tF G Ds y s t e mb yr e a s o n a b l em a t e r i a lc h o i c e，d e s i g n，m a n u f a c t u r i n ga n di n s t a l l i n g I tw a
5、 sw i d e l yu s e d，i t sa n a l y s i so ft e c h n o l o g ya n de c o n o m yi sf e a s i b l e B u tF R Pa t ea n i s o t r o p i cm a t e r i a l s，i t se x c e l l e n tp e r f o r m a n c ei sd u et or e a s o n a b l ed e s i g n，c o r r e c tm a t e r i a lc h o o s i n ga n ds t r i c tc
6、o n t r o l l i n go fp r o d u c ep r o c e s s S ot h er e s e a r c ho nF R Pf l u eu s e di nw e tF G Ds y s t e mi ne l e c t r i c i t yp l a n t sh a v ei m p o r t a n te n g i n e e r i n gs i g n i f i c a n c e，e s p e c i a l l yt h er e s e a r c ho ni t sm a t e r i a lc h o o s i n g,
7、p r o d u c td e s i g n，m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s，e x p e r i m e n tm e t h o d s，t e s tm e t h o d sa n di n s t a l l i n g，a n dS Oo n I nt h ev i e wo ft h ep r o b l e m so ft h ek e ym a t e r a i a l sh o m ep r o d u c t i o n、d e s i g na n dm a n u f a c t u r i n go fF R P
8、f l u ec o n d u i to fc o o l i n gt o w e ri nt h eg r e a tp o w e re n g i n es e t，t h ep e r f o r m a n c eo f1 5t y p ev i n y lr e s i n ss u p p l i e db y7r e s i np r o d u c e ri ss t u d i e di nt h i sr e p o r t t h ef o u n d a t i o nd a t e si st e s t e da n dc o l l e c t e d 1
9、1 1 eF R Ps m o k ec a n a lo f3 0 0 M We n g i n es e ti ne l e c t r i c i t yg e n e r a t i n gs t a t i o no fS A N H Ei sd e s i g n e da n dm a n u f a c t u e do nt h eb a s eo ft h ef o u n d a t i o nd a t e s T h em a i nc o n c l n s i o n s：T h ep r o p e r t i e so fr e s i n s r e s i
10、 nc a s t i n g s F R Po f1 5 t y p eo fv i n y lr e s i n sa t em e a s u r e d T h et e m p e r a t u r ek e e p i n gt i m ei nt h eh i g ht e m p e r a t u r et e s t i n gi sd e t e r m i n e db yt e s t i n g；T h et e s t i n gt e m p e r a t u r ep o i n t si s8 0。C、1 0 0*Ca n d1 2 0 a c c e
11、d i n gt ot h et e s t i n go fT g I nt h et e m p e r a t u r ef a rf r o mt h eT g，t h es t r e n g t hr e t a i nr a t eh a v el i t t l ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h eh i i g ht e m p e r a t u r er e s i na n dt h el o wt e m p e r a t u r er e s i n I nt h et e m p e r a t u r en e a tt
12、 h eT g,t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h eh i 曲t e m p e r a t u r er e s i na n dt h el o wt e m p e r a t u r er e s i nb e c o m em o r eb i g g e r I nt h eh i g ht e m p e r a t u r ee x t e n d i n gt e s t i n g,s o m eo ft h es a m p l e sw e r es k i p e do nt h eh o l d i n ge n d
13、T h er e a s o n sa t em o s t l yt h et h r e e，3 群S A N H E，3：武汉理=人学硕十学位论文a s s u r a n c ec o e f f i c i e n to fh o o ps t r e s si s1 7 7，w h i c hi sb i g g e rt h a nt h er e q u i r e da s s u r a n c ec o e f f i c i e n t；i nt h es t a b i l i t ya n a l y s i s a s s u r a n c ec o e f f
14、 i c i e n ti s3 9 5 w h i c hi sb i g g e rt h a nr e q u i r e dv a l u e5 0 T h er e s u l t ss h o w e dt h ed e s i g no fs m o k ec a n a lm e e tt h er e q u i r e m e n to fs t r e n g t ha n ds t a b i l i t y I nt h ep r o c e s s e so f 斟t o w e rf l u ec o n d u i t a l li t e m sm e e t
15、t h ed e s i g nr e q u i r e m e n ta n dt h et e c h n o l o g ya g r e e s T h eF R Pf l u ec o n d u i tW a su s e du pt os n u f fa tp r e s e n t S ot h ew o r ko ft h i sd i s q u i s i t i o nh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a t i o ni np r o j e c ta p p l i c a t i o n K e y w o r d s
16、：f l u ec o n d u i t，v i n y lr e s i n，F R P m a t e r i a le s t i m a t e，c o n f i g u r a t i o nd e s i g nI I独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签刍：乳血。雷同期：趔2：厦，幽关于
17、论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：盈I 盘重导师签名：圣渔堵。同期：型21 !丝武汉理T 大学硕士学位论文第一章绪论1 1 研究背景及国内外现状中国是燃煤大国，煤炭约占一次能源消费总量的7 5。根据环境状况评估报告，我国燃煤排放的二氧化硫(S 0 2)已经连续多年超过2 0 0 0 万吨，居世界首位，2 0 0 6 年，我国二氧化硫排放总量高达2 5 9 4 4 力吨，比2 0 0 5 年相比
18、增加了4 6 3万吨，增长1 8。由于经济技术方面的原因，我国二氧化硫的排放一直处于失控状态，排放量呈逐年上升趋势，二氧化硫使我国的酸雨污染逐年加重，酸阿面积不断扩大。为遏制酸阿污染的进一步发展，困家颁布了火电厂大气污染物排放标准(G B l 3 2 2 3-1 9 9 6)，并采取一系列措施加快二氧化硫治理。烟气脱硫(F l u eG a sD e s u l f u r i z a t i o n，简称F G D)是当今燃煤火电厂控制二氧化硫排放的主要措施。国务院在国务院关于酸阿控制区和二氧化硫污染控制区有关问题的批复(国函 1 9 9 8 5 号文)中规定：新建、改建燃煤含硫量大于1 的
19、火电厂，必须配套建设脱硫设施；现有燃煤含量大于1 的火电厂，必须在2 0 1 0 年前分期分批建成脱硫设施或采取其他降低二氧化硫排放的措施。该批复附件中还明确：长江以南、四川与云南以东的1 4 个省、市和自治区总面积为1 0 9万平方公罩(占国土面积的1 1 4)的区域规划为酸雨和二氧化硫两控区，在此两控区内，将对工业污染源二氧化硫排放实行分阶段控制“1。但在火电厂烟气脱硫建设初期，国内产业化发展相对滞后。由于技术方面的原因，以I j i 国内烟气脱硫工程所用的设备绝大多数从国外进口，国内负责土建和安装，平均造价高达1 0 0 0 元1 2 0 0 元人民币千瓦，严重影响了烟气脱硫工程建设的发
20、展，而且已建成的采用国外进口设备工程，在运行中备品备件都需要从国外进口，这样不但增加运行成本，也因备品备件不能及时更换而影响设备的正常运行。为降低烟气脱硫成本，技术和设备国产化十分必要。2 0 0 0 年2 月，原国家经贸委在关于印发(火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化要点)的通知(国经贸资源 2 0 0 0 1 5 6 号文)中指出：“烟气脱硫关键技术与设备国产化是降低工程造价、加快火电厂二氧化硫治理速度，提高机电制造企业竞争能力，培育新的经济增长点的需要。”随着产业的发展，目前大部分相关设备已可以国内制造，但关键设备仍需武汉理l：人学硕七学位论文要进L l 1 l。为促进产业更快发展，2
21、0 0 5 年5 月，国家发改委在关于加快火电厂烟气脱硫产业化发展的若干意见(发改环资 2 0 0 5 7 5 7 号)中提出了加快火电厂烟气脱硫产业发展的主要任务，即通过3 年努力，建立健全火电厂烟气脱硫产业化市场监管体系，完善火电厂烟气脱硫技术标准体系和主流工艺设计、制造、安装、调试、运行、检修、后评估等技术标准、规范；主流烟气脱硫设备的本地化率达到9 5 以上，烟气脱硫设备的可用率达到9 5 以上。”。在国家政策指导下，我国火电厂烟气脱硫设施建设规模不断扩大。到2 0 0 4年年底，全国约有2 0 0 0 力千瓦装机的烟气脱硫设施投运或建成，约3 0 0 0 多万千瓦装机的烟气脱硫设施正
22、在施工建设。预计在未来1 0 年内，约有3 亿千瓦装机的烟气脱硫装置投运和建设。1 1 1 烟气脱硫(F G D)目前控制二氧化硫污染的技术可分为四类：即煤燃烧酊脱硫，燃烧中脱硫，燃烧后烟气脱硫(F G D)以及煤转化过程中脱硫。其中F G D 是控制二氧化硫污染最行之有效的途径。烟气脱硫(F G D)始于2 0 世纪5 0 年代，据囡际能源机构煤炭研究所组织的调查，1 9 9 2 年末全世界1 7 个国家的燃煤电厂安装了各种烟气脱硫设备6 4 6 套，总装机容量达1 6 7G W。其中美国3 0 8 套、德国2 0 8 套、日本5 1 套。湿法脱硫工艺占世界安装F G D 机组总容量的8 1
23、 1 8。我国电力部门从2 0 世纪7 0 年代开始研究S 0 2 控制问题，2 0 世纪8 0 年代中期加大试验研究力度，9 0 年代首次在重庆珞璜电厂两台3 6 0 M W 机组上安装了石灰石一石膏湿法烟气脱硫装置。到目前为止，已有1 5 4 0 M W 脱硫机组在运行，工艺包括典型湿法、简易湿法、半干法、电子束法、海水脱硫、炉内喷钙等脱硫技术”。烟气脱硫的基本原理是化学反应中的酸碱中和反应。烟气中的S 0 2 通过与碱性物质发生反应，生成亚硫酸盐或者硫酸盐，从而将烟气中的S 0 2 脱除。烟气脱硫技术按是否有水参加和脱硫产物的干湿形态可分为干法、半干法和湿法三大类。湿法烟气脱硫(W F
24、G D)以其成熟的工艺，低的钙硫L L(C a S)(钙利用率高)，高的反应速率及脱硫效率和操作的可靠性，在F G D 中占主导地位。最主要的脱硫法是用石灰石浆液I 吸收S 0 2，脱硫效率在不同条件下都可以超过9 0。该技术以石灰浆液作为脱硫剂，在I 吸收塔内对烟气进行喷淋洗涤，使烟气中的S 0 2 反应生成C a S 0 3，同时向吸收塔的浆液中鼓入宅气，强制使C a S 0 3 氧化为C a S 0 4武汉理I：大学硕十学位论文(石膏)，脱硫的副产品为石音。但脱硫产物的处理比较麻烦，脱硫过程的反应温度低于露点，锅炉燃烧所生成的S 0 2 中，有-d,部分(0 5 一2)转化为S 0 3，
25、并与烟气中的水蒸气结合生成硫酸蒸汽。当烟气温度降至一定值时，硫酸蒸汽就会凝结，脱硫后的烟气不利于扩散，一般需经再加热才能从烟囱排出且对设备或烟道造成腐蚀。4。吸收一氧化系统的脱硫塔是脱硫工艺的核心。脱硫塔分为3 段，自上而下依次为除水雾段、喷淋吸收段和浆液池氧化段。不同的工艺参数决定塔的结构设计根据燃煤、脱硫效率和稳定性要求、吸收剂的成份、现场条件和对副产品质量的要求等综合情况确定。脱硫塔设计的关键是根掘烟气在吸收塔内的流场、喷淋层中石灰浆分布场及氧化段混合浆液p H 值的分布场柬决定塔内喷嘴的参数和向茜方式、氧化段浆液p H 值的控制及筒体结构f 简体内擘必须防腐和防结垢1 等，需要进行大量
26、的理论计算，利用计算机技术、丰富的实际经验和试验设备对流程进行模拟”：。美国的A B B、B&W、德国的D B A、N o e l l 2 K R S 及B i s c o f f 的湿法工艺原理、系统的总体构成大致相同，但各有特点。如加强化学反应的控制；调整D H 值，提高石灰石的溶解；向循环液中添加有机酸，降低液气比，缩小脱硫塔尺寸，减少电耗，从而降低基建投资和运行费用；选用适当材料，如合金钢、陶瓷、非金属材料等防腐衬里；提高气液传质效率，建造大尺寸吸收塔，有的已做到1 炉1 塔或2 炉1 塔。1 台3 0 0 M W 机组采用1 炉1 塔，可降低基建投资1 2 2 9 和运行费用1 0
27、2 3；通过冷却塔排放洁净烟气以提高烟气抬升高度，可省去气一气换热器；适当提高烟气的流速，以减少塔的尺寸；研究高性能的除雾器，提高除雾效果、降低塔高等“。1 1 2 烟塔合一(1)烟塔合一技术概念随着湿法脱硫技术的发展和同臻成熟，产生了脱硫后烟气从烟囱排放的困难。众所周知，烟气经石灰石(湿法)脱硫后，烟温一般在5 0 左右，5 04 C 的烟气与室外空气密度差甚小，再考虑到烟囱壁散热导致的烟气温降(烟囱非双曲线形)，其流动特性不及冷却塔，加上气候变化的影响，致使经脱硫后5 0 的烟气通过烟囱排放存在着困难。因此，不得不对5 0 的烟气进行加热，这样，势必导致系统复杂，仞投资及运行费用增加“。武
28、汉理T 大学硕士学付论文l 大j 此，烟塔合一技术应运向生，并获得了应用。火电厂烟气经除尘、脱硫后借助冷却塔的热空气抬升作用经冷却塔排放即为烟塔合一技术。国外将吸收塔和烟囱合二为一的设备，简称烟塔。德国目I j 普遍采用直通式烟塔合一工艺，即锅炉排放烟气经除尘脱硫后直接经冷却塔排入大气。烟气从配水装置上方进入冷却塔，与冷却水不接触。由于烟气温度r 约5 0。O)高于塔内湿空气温度，发生混和换热现象将对塔内气体流动工况产生一定影响。塔内气体向上流动的原动力是湿空气(或湿空气与烟气的混和物)产生的热浮力，克服流动阻力而使气体流动。研究指出“，进入冷却塔的烟气密度低于塔内气体的密度，会对冷却塔的热浮
29、力产生正面影响。由于进入冷却塔的烟气所占容积份额较小，其对塔内气体流速的影响甚微。烟气是在配水装置以上进入冷却塔，对配水装置区间段阻力不产生影响，对总阻力的影响甚微，工程上可忽略不计。近年来，在德国新建的闭式循环的发电厂，无论大小，几乎都看不见代表发电厂的烟囱，取而代之的都是用冷却塔将脱硫后的烟气排放到大气中去。由于采用冷却塔排放脱硫后的净烟气，烟气直接引入冷却塔淋水填料的上部而排入大气，烟气通过冷却塔排放，温度一般在5 0，所以脱硫后的净烟气无需再加热(以提高烟气的抬升高度和扩散程度)，这样就省去了烟气加热装置，进一步简化了湿法脱硫系统。常规烟囱排烟的烟气系统及烟塔合一的烟气系统如图1 1
30、所示。图1 1 常规烟囱排烟的烟气系统及烟塔合一的烟气系统(2)烟塔合一技术的环境效益采用烟塔合一技术有利于烟气抬升以及烟气中污染物的稀释和扩散，有利4武汉理下大学硕十学位论文于提高环境质量。利月j 冷却塔巨大热量和热空气的提升力对湿烟气进行抬升，使之渗入大气逆温层中。尽管气流温度低，但总体积流量较大，在大多数天气条件下，其烟气抬升高度高于烟囱排放。根据S a a r b e r g w e r k e A G 及R h e i N i s c h W e s t f a l i s c h e s E l e k t r i z i t a t s w e r k A G 于1 9 8 4
31、1 9 8 5 年间在V o l k l i n g e n 实验电站测得结果I l。”1，1 0 0 m 高的冷却塔和1 7 0 m高的烟囱排放烟气扩散“照相”对比，烟囱排放烟云在距离排放点附近时抬升很快，之后烟云中心高度基本停留在4 5 0 m，烟云轮廓中后部渐宽；冷却塔烟云在排放原点中等距离处的抬升高度迅速超过烟囱烟云抬升高度，达到6 0 0 m 仍然缓慢上升，最后在7 0 0 m 时升势趋缓，其烟云的轮廓较烟囱排放烟云要窄，因此扩散的距离也更远。由此可见，尽管传统炯囱一般比冷却塔要高，烟囱排放的烟气温度也比冷却塔排出的混合气体温度要高，但利用冷却塔排烟时，由于烟气与冷却塔中的水汽混合后
32、，大量的水汽能将烟气分散冲淡，这种大量的混合气流有着巨大的抬升力，能使其渗入到大气的逆温层中：另一方面，这种混合气流还具有一种惯性，使其对风的敏感度比烟囱排放的烟气对风的敏感度要低，后者极易被风吹散。在可比情况下利用冷却塔排放的烟气比烟囱排放的烟气气流更大，上升的时间也更长，扩散高度更高，因而认为利用冷却塔排放烟气的污染比烟囱排放低，利于降低环境污染，保护环境。用烟囱排放烟气，除了烟囱的基建投资外，还有气热交换器、钢结构、基础和烟道的投资及气热交换器的运行、保养费用。用冷却塔排放烟气则不需要这些投资和费用。但由于冷却塔中增加了烟气的排放，烟气中残留的化学成分多为酸性，会腐蚀混凝土及钢筋，因此需
33、要采取更完善的防腐措施，这部分会使冷却塔的投资增加5 o。据称，冷却塔排放烟气总费用将节约3 0。烟塔脱硫装置(F G D 装置)分为内置式和外置式两种，早期试验时，F G D装置是放在塔内的(如福克林根电厂是采用内置式)，其冷却塔必须是横流塔。随着技术的进步，内置式已不采用，全部采用外置式(F G D 装置放在塔外)，采用该方式的冷却塔均为逆流塔。冷却塔结构设计的主要技术问题有：入塔烟道的结构设计，包括入塔烟道的材质及入塔烟道的支撑结构；冷却塔筒壁的开孔、筒壁设计验算与工程措施；冷却塔的防腐技术。武汉理1=大学硕十学位论文1 1 3 烟气脱硫与烟道防腐蚀玻璃钢复合材料的应用及研究(1)烟气脱
34、硫工艺结构材料的选择、决策原则烟气通过湿法F G D 系统时，吸收剂与烟气的相互作用将产生一系列不同的腐蚀环境区域。根据F G D 工艺湿润部分划分的常规烟囱腐蚀环境区域详见图1 2和表1 1 1。图1 2 单同路、逆流、常规烟囱石灰年i 行灰F G D 系统中腐蚀环境区表1 1 单同路、逆流、常规烟囱开路塔F G D 系统中的腐蚀环境区域武汉理I：人学硕士学位论文注：F l I P，F i b e rR e i n f o r c e dP l a s t i c，玻璃纤维增强塑料，玻璃钢。F G D 材料的选择是否成功，关键在于所选材料的性能能否达到预期的要求。在材料选择过程中，最重要的设
35、计决策原则之一是F G D 系统是否始终运行在氯离子浓度设计值范围内，而不考虑将来燃煤和氯离子控制法规的变化。一旦氯离子浓度在设计时有限制要求，而系统采用合余材料建造，则必须保证氯离子武汉理f：人学硕士学位论文浓度不超过设计的最人值。F G D 材料选择失败的原因之一是严格的水质法规。要减少工艺过程中的废水排放，如果没有安装脱氯装置，严格的水平衡将引起氯离子浓度增加。在建设初期，可通过选用防腐能力更强的合会材料、或选择没有氯离子限制要求的替换材料，如强化树脂、橡胶内衬、磁砖、玻璃钢等，它们可灵活地达到未来氯离子控制的要求。在设计、施工等各阶段，必须高度重视被喻为“脱硫生命线”的防腐材料，以确保
36、脱硫系统运行的可靠性、利用率和使用寿命。(2)玻璃钢(F R P)的应用、研究玻璃钢是发展较早的一种复合材料，具有十分显著的性能特点。与金属材料或其它无机非会属材料相比，它重量轻、比强度高、电绝缘、耐瞬时超高温、传热慢、隔音、防水、易着色、能透过电磁波，是一种兼具功能和结构特性的新型材料。此外，更为突出的是具有耐酸、耐碱、耐油等优良性能1 1“。玻璃钢的耐腐蚀性，主要取决于树脂。随着科学的不断进步，树脂的性能也在不断提高，尤其在6 0 年代乙烯基酯树脂的诞生，进一步提高了玻璃钢的耐腐蚀性能，并逐步应用在湿法脱硫系统装置中。据美国D o wC h e m i c a lC o m p a n y
37、 早期的一份调查显示旧：脱硫系统中，先期的洗涤塔有7 5 使用高镍合金包覆，2 5 使用钢衬橡胶塔体；在烟道方面：有8 4 采用高镍合会作包覆，8 采用钢衬橡胶材料，8 采用碳钢涂层；在烟囱方面：8 4 采用耐酸砖衬里，8 采用高镍合金包覆，8 采用玻璃钢。调查结果表明，湿法脱硫系统的材料设备造价是相当高的，各种脱硫装置材料的造价如表1 2 所示。表1 2 湿法脱硫系统设备造价表。使用材料造价(元m 2)碳钢涂层钢衬胶用高镍合会包覆2 6 4 63 5 2 65 7 3 5从表1 2 可以看出，用碳钢衬高镍合余包覆的造价比用传统的钢衬胶和碳钢涂层造价要贵得多，但由于采用高镍合金包覆，系统使用寿
38、命长，维修费用低。为了不断降低费用，用户需要在脱硫系统中找到一种使用寿命长而且维修费用低的材料来替换现有的高镍合会材料。自2 0 世纪7 0 年代起，采用乙烯基酯树脂做成的玻璃纤维增强耀料(称作玻璃钢F R P)在许多湿法脱硫系统中获得了成功应用，而且造价大约是高镍合会材料的一半I l8-。武汉理丁大学硕十学位论文表1 3 列出了用酚醛环氧型乙烯皋树脂做成的玻璃钢在温度达1 0 0 时耐强酸、高氯化物腐蚀的情况。玻璃钢的耐腐蚀性能，主要取决于树脂。2 0 世纪6 0年代乙烯基树脂的诞生，进一步提高了玻璃钢的耐腐蚀性能、物理性能以及耐热性。玻璃钢的长期使用温度取决于树脂基体的玻璃化转变温度(T
39、g)和热变形温度(H U n。双酚A 型环氧乙烯基树脂的H D T 高于1 0 5，酚醛改性环氧乙烯基树脂的H D T 高于1 4 5【1 9 1。用乙烯基树脂做成的玻璃钢已成功的替换了因热应力和机械应力产生裂缝的湿法脱硫系统的烟囱衬里，其可用于更高的温度，寿命更长，也更可靠。另外，在腐蚀环境中，玻璃钢的耐磨性能优于钢材，为提高玻璃钢的耐磨性，可以在树脂基体中加入适当的填料。表1 3 耐化学腐蚀性能比较m 装有湿法脱硫系统的燃煤锅炉烟气流程可以简单地用图1 3 表示。炳邋图1 3 湿法脱硫系统的烟气过程在这一过程中，煤炭被加热至1 0 0 0 而产生二氧化碳、水和各种过热酸气。这些高温的烟气先
40、通过热交换器产生蒸气用于发电，烟气温度降至2 0 0 左右，再经过过滤器去除污物和灰尘后进入集液器和吸收塔，温度进一步降至8 0 左右，并通过烟道输送到烟囱释放到大气中。在腐蚀湿法脱硫工艺中，高温是必须考虑的一个问题。因为混合气体在进口的温度范围为1 6 0 到1 8 0，系统中的部件又要承受临时的高温急冷，为了保证系统的使用寿命，人们不得不选昂贵的高镍合会等材料以满足脱硫需要。湿法脱硫系统采用玻璃钢替换价格昂贵的高镍合会材料，不但可以极好地耐酸的腐蚀而且造价低，同时还1 1 f 阻止热震引起的热破坏和分层。根据设备的尺J 和类型、玻璃钢的造价只是高镍合会造价的1 3。表1 4 是9武汉理f+
41、大学硕七学位论文直径4 米和直径1 2 米的吸收塔造价比较，从表中可看出直径4 米的玻璃钢吸收塔造价仅是用高镍合会包覆吸收塔的一半。表1 5 列出了烟囱衬罩的价格比较，在这一表中，玻璃钢的造价仅是用高镍合会包覆作衬罩的造价的5 8。表1 4 不同材料吸收塔的价格比较【9 玻璃钢3 1 6 不锈钢3 1 7 不锈钢高镍合金包覆高镍合金5 7 46 5 69 0 29 8 41 8 8 6价格比率1 01 1 51 5 71 7 13 2 8(3)乙烯基树脂的应用、研究乙烯基酯指的是分子两端含有乙烯基，中问骨架为环氧树脂的一类不饱和聚酯。它们是由不饱和有机一元羧酸(最常用的为丙烯酸和甲基丙类酸)和
42、环氧树脂进行开环酯化反应而得，故也可称为不饱和酸环氧酯“。乙烯基酯树脂工艺性能与不饱和聚酯树脂相似，化学结构与环氧树脂相近，因此可称为结合聚酯树脂和环氧树脂两者的长处而产生的一种新型树脂。其主要特点是：可以通过引发剂的引发而实现迅速固化，其固化工艺与聚酯树脂相同；对玻璃纤维具有优良的渗透和粘接能力，这种性能与环氧树脂相同；通过控制交联结构，可以获得中等或较高的热变形温度，同时获得较大的延伸性；耐化学性能优良。目前乙烯基酯树脂主要用于耐腐蚀、陆上及海上运输、电气绝缘及辐射固化等方面。在化工防腐设备的应用中，乙烯基酯树脂耐酸、耐碱性良好，树脂分子上的侧羟基对玻璃纤维粘接性好，渗透性好，因而对玻璃纤
43、维提供了良好的保护，可充分发挥其强度高的性能，又避免了耐腐蚀性能不足的缺点。加上树脂延伸率高，韧性好，减少了运输、安装过程中的损伤，比其他树脂的应用效果好”“。1 0武汉理工大学硕十学何论文1 2 研究内容目l i ，F G D 采用的主流技术是湿法脱硫技术，其脱硫效率、吸收剂利用率和设备运转率均高达9 0 以上。为大幅度降低脱硫设备的造价，湿式石灰石烟气脱硫已纳入国产化计划，预计2 0 1 0 年国产化率达1 0 0。玻璃钢复合材料造价低，具有优良的耐高温、耐磨蚀性能，是湿法烟气脱硫系统中脱硫塔、烟道和烟囱及衬里的首选材料，其中乙烯基酯树脂的选用是关键。经济、安全的使用玻璃钢材料的前提是准确
44、确定复合材料的力学性能，合理的进行选材、正确的设计玻璃钢结构。而设计的前提是需要准确的基础数据，尤其是玻璃钢的高温性能力学数据。现有情况足，排烟冷却塔玻璃钢烟道与玻璃钢烟囱内衬已经应用于工程中，但对于适应于3 0 0 M W、6 0 0 M W、1 0 0 0 M W 机组循环水采用海水的排烟冷却塔、大型或超大型塔(烟道直径1 0 m 左右)、耐高温(8 0 1 6 0。C)的玻璃钢烟道与玻璃钢烟囱内衬的材料选择与结构设计，随着今年湿法烟气脱硫项目的开工迫切需要进行深入研究：大直径玻璃钢烟道的结构分析研究主要针对大机组采用冷却塔排烟，玻璃钢烟道的可靠性；耐高温玻璃钢烟道的研究主要针对大机组，排
45、烟温度高以及脱硫事故时，机组短时不停机运行玻璃钢烟道的安全可靠性。在这样的背景下，采用国产乙烯基树脂的玻璃钢烟道还需深入研究。研究目的之一是降低工程造价(初步估算可减低玻璃钢烟道制作成本1 5 左右)，避免玻璃钢烟道制作材料完全依赖进口。目的之二是对材料进行研究，为设计积累设计参数与数据，提升烟塔合一技术的实用性。为了推广玻璃钢烟道与烟囱内衬在湿法烟气脱硫中的应用，提高玻璃钢烟道与玻璃钢烟囱内衬的可靠性，现拟系统评价相关材料性能，规范相关技术参数，建立玻璃纤维增强塑料用于湿法烟气脱硫的材料数据库。在已经确定的玻璃钢烟道与烟囱内衬制作工艺的基础上，选取耐高温的乙烯基酯树脂与增强纤维制作试件送国家
46、级权威检测部门检验，对得到的各项数据进行研究，并作为玻璃钢烟道与玻璃钢烟囱内衬结构分析的输入数据。然后采用大型有限元分析软件A N S Y S 分析计算玻璃钢烟道与烟囱内衬，设计出玻璃钢烟道与烟囱内衬的结构。武汉理r 大学硕+学位论文1 3 研究方案排烟冷却塔玻璃钢烟道制作材料准备方案如表1 6 所示。表1 6 排烟冷却塔玻璃钢烟道制作材料准备方案注：增强材料分别选用缠绕纱、单向布、短切毡、方格布(1)树脂性能和结构测试：2 5。C 粘度、凝胶时间、固体含量、红外光谱测试及分析、分子量和分子量分布、热分析。(2)浇注体性能试验：拉伸强度、拉伸弹性模量、延伸率、弯曲强度、弯曲弹性模量、热变形温度
47、、玻璃化转变温度、巴氏硬度。(3)复合材料性能钡5 试：分别在常温和8 0 9 C、1 0 0、1 2 0 测试材料的力学性能，包括：拉伸强度、拉伸弹性模量、延伸率、泊松比、弯曲强度、弯曲弹性模量、压缩强度、压缩弹性模量、剪切强度。(4)对取得的数掘进行分析研究。(5)根据本次玻璃钢试件的测试结果，利用大型有限元分析软件A N S Y S 对排烟冷却塔玻璃钢烟道进行整体的结构分析计算。确定适用于3 0 0 M W 机组玻璃钢烟道制作的树脂、增强纤维和基本铺层工艺。武汉理=人学硕+学竹论文2 1 试验内容第二章材料性能评价实验2 1 1 乙烯基酯树脂及性能评价(1)乙烯基酯树脂分类目前国内外研究
48、和生产的乙烯基酯树脂大致可分为以下几类【2 2,2 3 l：由甲基丙烯酸(M)和双酚A 环氧树脂(E)为主要原料的M E 型乙烯基酯；由丙烯酸(A)和双酚A 环氧树脂为主要原料的A E 型乙烯基酯；由甲基丙烯酸和酚醛多环氧树脂(F)为主要原料的M F 型；由丙烯酸和酚醛多环氧树脂为主要原料的A F 型；由甲基丙烯酸、富马酸(F)和双酚A 环氧树脂为主要原料的M F E 型以及由甲基丙烯酸和含溴双酚A 环氧树脂为主要原料的M E X 型等(表2 1)。即使是同样原料组成的乙烯基酯树脂，由于原料配比不同、生产工艺不同和固化条件不同等因素，其固化产品(浇铸体)也会具有不同的物理和化学性能。表2 1
49、耐腐蚀环氧乙烯基酯树脂的分类(按化学组成)乙烯基酯类型主要原料特点M EA EM FM F E心A F E不饱和酸甲基丙烯酸(M)丙烯酸(A)甲基丙烯酸(M)甲基丙烯酸(M)、富马酸(F)丙烯酸丙烯酸(A)、富马酸(D环氧树脂E 型环氧E 型环氧F 型环氧E 型环氧F 型环氧E 型环氧M E X甲基丙烯酸(M)E X 型环氧通用型韧性耐高温通用型韧性、耐高温韧性阻燃(2)乙烯基酯树脂结构及其对性能的影响(1)M E 和A E 型环氧乙烯基酯分子的化学结构如下：武汉理丁人学硕士学能论文式中R 为H 或C H 3f 2)M F E 和A F E 型环氧乙烯基酯分子的化学结构如下：式中R 为H 或C
50、 H 3。由此可见，M E 型和M F E 型乙烯基酯的分子结构非常相近，只是由于扩链剂富马酸的存在使M F E 型乙烯基酯的分子量比M E 型的扩大了几乎1 倍。环氧乙烯基酯的酯基密度小且都处于可交联双键的邻近，由于化学结构上的这一特点与疏水的苯乙烯发生共聚交联反应生成网状结构后具有高度的水解稳定性1 2 4 2 5 J。必须指出的是，环氧乙烯基酯在固化前的水解稳定性都是很差的，只有当树脂充分交联固化后，它们的优异性能(包括物理性能、耐化学性能)才显现出来。由于在合成乙烯基酯树脂过程中采用的原料及合成方法的不同，树脂的性能差别甚大，以致在实际使用中，由于选用的基体树脂或增强材料的不适当而导致