梁振海 侯撐選 楊中英

(咸陽陶瓷研究設(shè)計院 陜西 咸陽 712000)

前言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，整個社會對能源的需求量越來越大。在諸多的能源種類中，盡管近年來新能源(太陽能、風(fēng)能)及技術(shù)發(fā)展進入了快速通道，但新能源的利用還不能滿足快速發(fā)展的工業(yè)需求，不能滿足隨著人們生活水平提高所帶來的能源消耗需求。所以煤炭和石油仍然是現(xiàn)今及以后很長一段時間內(nèi)的主要能源來源。我國是煤炭消費大國，煤炭占到一次性能源消費總量的65%左右。由于煤炭的直接燃燒，排放了大量的二氧化硫、氮氧化物和煙塵。而這些氣體及煙塵對人們的身體健康及生態(tài)環(huán)境造成了極其嚴(yán)重的危害，也對我國的經(jīng)濟、社會能否可持續(xù)發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，政府為了進一步加強了對環(huán)境污染治理的政策指導(dǎo)，提高了排放標(biāo)準(zhǔn)和要求，使得脫硫行業(yè)得到了較快的發(fā)展。

目前市場已較成熟的煙氣脫硫技術(shù)有：石灰石-石膏法、鈉堿法、氨吸收法、磷銨復(fù)合肥法、氯化銨法、海水脫硫。在這些技術(shù)中濕法脫硫技術(shù)占 58% , 濕法脫硫中石灰一石膏法占63.7%以上 。石灰石-石膏法濕法脫硫，采用石灰石、石灰等作為脫硫吸收劑，在吸收塔內(nèi)吸收劑漿液與煙氣充分接觸混合，煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣(或氫氧化鈣)以及鼓入的氧化空氣進行化學(xué)反應(yīng)從而被脫除，最終脫硫副產(chǎn)物為石膏。該技術(shù)的脫硫效率一般大于95%，可達98%以上。SO2排放濃度一般小于100 mg/m3，可達50 mg/m3以下。這種技術(shù)在美國的采用率為80%，在德國的采用率為90%，在日本的采用率為75%。

1 脫硫噴嘴的使用要求

脫硫噴嘴是濕法脫硫系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，在煙氣濕法脫硫系統(tǒng)中，噴霧噴嘴的主要功能是把大量的石灰石(CaCO3)乳化液在一定的工作條件下霧化為液滴，使液滴與煙氣中的SO2接觸而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)最終生成石膏(CaSO3)，從而達到煙氣脫硫的目的。在實際的化學(xué)反應(yīng)過程中，噴嘴的霧化效果越好，乳化液滴的比表面積越大，SO2氣體接觸越充分，使得體系中的化學(xué)反應(yīng)越完全，從而提高脫硫效率，達到最佳的脫硫效果。

脫硫噴嘴除了供給液體流動的壓力、流速外還決定了液體通過噴嘴時的流動狀態(tài)，而流動狀態(tài)決定了霧滴的大小，噴嘴的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)決定了以上因素，故此優(yōu)化脫硫噴嘴的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)就成了提高脫硫效率的關(guān)鍵要素。

在脫硫吸收塔中，由于工況條件的惡劣，對脫硫噴嘴的材質(zhì)提出了苛刻的要求。在脫硫塔中，除了煙氣有一定的溫度，而通過噴嘴的石灰石乳化液作為吸收劑有較強的腐蝕性，煙氣中的SO2也有著腐蝕性(盡管和噴嘴接觸面積小)，這樣就對脫硫噴嘴材料的選擇提出了較高要求。首先要求噴嘴材料具有防腐、耐磨、耐高溫的良好功能，材料還必須有良好的可加工性，能制作出各種復(fù)雜形狀的構(gòu)件，且滿足材料要求，以滿足對噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

2 脫硫噴嘴的發(fā)展

脫硫噴嘴的材質(zhì)早期為鑄鐵質(zhì)，雖然該材質(zhì)成形時可以保證較標(biāo)準(zhǔn)的尺寸，但由于該材質(zhì)不耐磨、不耐腐蝕，使用壽命很短(大約1個禮拜左右)，使得脫硫系統(tǒng)頻繁更換噴嘴而會影響脫硫塔的正常運轉(zhuǎn)，因此該材質(zhì)不適宜做脫硫噴嘴。

近年來出現(xiàn)了氮化硅結(jié)合碳化硅和碳化硅材質(zhì)的脫硫噴嘴，雖然碳化硅材質(zhì)有良好的材料性能，可以滿足工況下的惡劣條件，但由于碳化硅材質(zhì)的脫硫噴嘴制造成本較高，同時噴嘴內(nèi)部尺寸的偏差較大，也限制了發(fā)展。

而氮化硅的高溫性能優(yōu)良，可以用作碳化硅制品的結(jié)合劑。氮化硅結(jié)合碳化硅制品是近20年來發(fā)展起來的一種高科技碳化硅材料。其制作工藝是：在碳化硅顆?；旌衔镏?，加入15%～25%的細(xì)硅粉，在高溫爐中通入高純氮氣，以一定的溫度和壓力曲線控制氮化反應(yīng)燒結(jié)，硅和氮把堅硬的碳化硅結(jié)合起來，形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，氮化硅結(jié)合碳化硅的制品具有良好的物化性能和高溫性能。氮化硅結(jié)合碳化硅材料具有多種優(yōu)良的材料性能，其材料堅硬，莫氏硬度大于8，在非金屬材料中屬于硬度材料，常溫強度高，在1 200～1 400 ℃高溫下，幾乎保持與常溫相當(dāng)?shù)膹姸群陀捕龋瑹崤蛎浵禂?shù)小，具有良好的熱震穩(wěn)定性、抗高溫蠕變能力、抗氧化、耐腐蝕。因此該材料在特殊的制作工藝條件下，可以制得比其它陶瓷材料相對尺寸精度較高的產(chǎn)品。氮化硅結(jié)合碳化硅材質(zhì)的脫硫噴嘴耐磨性好、性能可靠、使用壽命長。脫硫噴嘴材質(zhì)的發(fā)展趨勢是氮化硅結(jié)合碳化硅材質(zhì)代替目前普遍使用的合金材質(zhì)。經(jīng)驗表明，合金噴嘴使用壽命達300 h，會損壞嚴(yán)重，而氮化硅結(jié)合碳化硅材質(zhì)得噴嘴壽命可應(yīng)用到10年左右。因此近年來脫硫行業(yè)使用的脫硫噴嘴幾乎全是氮化硅結(jié)合碳化硅材質(zhì)的噴嘴。

氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴能夠廣泛用于火力發(fā)電廠、水泥廠、食品廠、耐火材料加工廠以及燃煤鍋爐等，只要是在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙塵和廢氣，都可以使用螺旋脫硫除塵噴嘴。在還沒出現(xiàn)氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴的時候，有的工廠已經(jīng)使用了脫硫設(shè)備，但是效果并不是很好。比如會積水、造成二次污染，并且不能夠達到良好的脫硫效率，浪費水資源，不能夠很好地利用水資源脫硫，所以說使用氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴作用非常重要。氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴，具有很好的脫硫除塵效果，投入的環(huán)保費用少，安裝維修簡單方便，受到各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴的型號、類型多種，在具體脫硫工作時，有多種可匹配的選擇。選擇氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴還能使用在化工、食物、醫(yī)藥等出產(chǎn)化肥、農(nóng)藥和藥品等粉狀物的地方。氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴能夠在各個領(lǐng)域廣泛使用，并且使用效率高于傳統(tǒng)的脫硫設(shè)備。

氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴廣泛應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域，廢氣脫硫、氣體冷卻、蒸發(fā)冷卻、洗滌與漂淋過程、除塵、防火滅火、環(huán)?；ば袠I(yè)、脫硫塔脫硫、氣體洗滌、陶瓷廠除塵塔、垃圾焚化廠、煉鋼轉(zhuǎn)爐中煙道除塵降溫、脫硫、除塵、洗滌、冷卻、消防、清潔、去污、氣體冷卻、加、濕噴腐蝕性液體等。