岩棉保温在火电厂氨法FGD系统中的应用

梁 磊

（江苏中轶环境工程有限公司，江苏宜兴 214214）

岩棉保温在火电厂氨法FGD系统中的应用

梁 磊

（江苏中轶环境工程有限公司，江苏宜兴 214214）

结合神木县洁能综合利用发电厂一期氨法FGD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FGD系统中的推广应用提供参考。

氨法FGD； 保温； 岩棉； 性价比

随着我国火电厂烟气脱硫 （FGD）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]。本文以神木县洁能综合利用发电厂氨法FGD保温工程为实例，介绍岩棉保温在火电厂氨法FGD系统中的应用，为今后推广应用提供参考。

1 氨法FGD系统保温工程工艺确定

1.1 氨法FGD系统介绍

神木县洁能综合利用发电厂一期需建设2×240 t/h燃气锅炉和2×50 MW直接空冷凝汽式发电机组，年利用小时数7 000 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2×28.1万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1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SO2反应，从而脱除SO2。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。

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41.2℃，极端最低气温-30℃，最大风速20.7 m/s，且刮风频率较高。锅炉原烟气温度为150℃，极端条件下金属基体表面将产生180℃的温差，极易引起热应力集中，因此，FGD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。

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100 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→搭设脚手架→表面净化→龙骨焊接→钩钉焊接→岩棉敷设→防潮层敷设 （管道及阀门等特殊部位）→镀锌铁丝网敷设→保护层安装→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FGD系统中的主体设备之一，其主要作用是吸收烟气中的SO2，捕收反应产物硫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；进口烟气温度150℃左右，出口烟气温度70℃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。

表1 保温材料及规格要求

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L25×3角钢作为支撑脚，其水平间距为1.3~1.7m，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100 mm，分双层敷设，通过销钉进行固定，外部敷设孔径为15~20 mm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 25×4自攻螺丝固定在龙骨上面。

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SO2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。

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0.05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。本工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100 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15°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FGD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4 500 m2，保温厚度以100 mm计，保温材料性能及经济性如表2所示。

表2 几种保温材料性能及经济性对比

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FGD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。

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FGD系统保温工程中推广应用。

[1]Balaras C A，DroutsaK.Potentialforenergyconservationinapartment buildings[J].Energy and Buildings,2000,31（2）：143-154.

[2]NFRC 500-2001，Procedure for Determining Fenestration Product Condensation Resistance Values[S].

[3]Cao X Q,Vassen R,Stoever D.Ceramic materials for thermal barrier coatings[J].JournalofEuropeanCeramicsSociety,2004,24（1）：1-10.

Application of Rock Wool Thermal Insulation Structure in Ammonia Method FGD System at Power Plant

LIANG Lei（Jiangsu Zhongyi Environmental Technology Engineering Co.,Ltd.,Yixing 214214，China）

Combined with the thermal insulation project of ammonia method FGD system at Shenmu Clean Energy Integrated Utilization Power Plant,this paper introduces the construction process of rock wool thermal insulation,the thermal insulation necessity of critical equipment of desulfurization system and the effective measures taken in construction.It compares the performance-price ratio of several commonly used thermal insulation forms,providing reference for the application of rock wool thermal insulation in ammonia method FGD system at power plant.

ammonia method FGD;thermal insulation;rock wool;performance-price ratio

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.017

梁 磊 （1984-），男，安徽亳州人，工程师，2009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。

2011-04-02