Si3N4
——SiC脫硫霧化噴嘴在電力行業(yè)的應(yīng)用初探*

和嬌嬌 王 萌 羅 娟 梁振海

(咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院有限公司 陜西 咸陽(yáng) 71200)

前言

中國(guó)是一個(gè)能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主的發(fā)展中國(guó)家。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，煤炭消費(fèi)量逐年提升，盡管出臺(tái)了一系列強(qiáng)有力的節(jié)能減排措施，但硫氧化物、氮氧化物排放量仍位居世界第一。當(dāng)前中國(guó)大氣環(huán)境形勢(shì)十分嚴(yán)峻，部分區(qū)域和城市大氣霧霾現(xiàn)象突出，許多地區(qū)主要污染物排放量超過環(huán)境容量。而電力行業(yè)是排放二氧化硫和氮氧化物的最多的行業(yè)。電力行業(yè)排放的二氧化硫和氮氧化物主要來(lái)自火力發(fā)電中煤炭或其他石化燃料的燃燒。為了加快推動(dòng)能源生產(chǎn)及消費(fèi)革命，進(jìn)一步提升煤電高效清潔發(fā)展水平，國(guó)家發(fā)展改革委、環(huán)保部、國(guó)家能源局聯(lián)合制定了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》。因此，隨著超凈排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，電力行業(yè)脫硫系統(tǒng)的更新改造必然存在，故脫硫噴嘴的品種和需求量將會(huì)不斷增大。

1 氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴

脫硫噴嘴早期為鑄鐵質(zhì)，該類噴嘴成形時(shí)可以保證較標(biāo)準(zhǔn)的尺寸，但是該材質(zhì)不耐腐蝕、不耐磨、使用壽命短(約為1周)，使得脫硫裝置頻繁更換噴嘴，從而影響脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行，故脫硫系統(tǒng)在目前階段中不宜使用此類材質(zhì)。

氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合材料是以SiC和Si為主要組分，在SiC顆?；旌衔镏屑尤爰?xì)硅粉后，加入其他添加劑形成試樣，在高溫爐中通入氮?dú)膺M(jìn)行氮化燒結(jié)，在一定溫度和壓力制度下形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故氮化硅結(jié)合碳化硅材料具有耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、熱穩(wěn)定性好、抗高溫蠕變性好、熱膨脹系數(shù)小等多種優(yōu)良性能，其材料堅(jiān)硬、莫氏硬度大，在非金屬材料中屬于硬度材料。因此，該材料在一定的制作工藝條件下，可以制成相對(duì)尺寸精確度高的產(chǎn)品。該材質(zhì)制成的脫硫噴嘴性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、耐磨性好，替代了普遍使用的合金材質(zhì)噴嘴。有經(jīng)驗(yàn)表明，氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴的使用壽命可達(dá)10年，而合金類噴嘴的壽命達(dá)300 h后，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞，就需要更換。

氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴具有良好的脫硫除塵效果，在使用過程中，投入環(huán)保費(fèi)用少，安裝維修簡(jiǎn)單，品種型號(hào)多樣，具有多種可匹配的選擇性。燃煤火電廠環(huán)保減排裝置脫硫系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之-就是脫硫霧化噴嘴。由于脫硫吸收塔中的運(yùn)行工況條件十分惡劣，所以對(duì)脫硫霧化噴嘴制作材料提出了較為嚴(yán)格的要求。噴嘴材質(zhì)要具有防腐蝕、耐磨損、耐高溫等特點(diǎn)，材料還必須具有較低的熱膨脹系數(shù)以保證產(chǎn)品的精確尺寸，可制作多種復(fù)雜形狀構(gòu)件，進(jìn)而滿足材料以及噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。由于氮化硅結(jié)合碳化硅材料具有上述特點(diǎn)，氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫霧化噴嘴現(xiàn)階段常用于火電廠的濕法脫硫裝置中。

2 電力行業(yè)對(duì)脫硫噴嘴的需求

在火力發(fā)電的脫硫技術(shù)中常用的有：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)中常用的是石灰石-石膏法濕法脫硫，這種技術(shù)在美國(guó)的采用率為80%，德國(guó)的采用率為90%，日本的采用率為75%?，F(xiàn)階段氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴主要用于利用濕法脫硫(石灰石-石膏法)的火電廠脫硫設(shè)備系統(tǒng)中。在對(duì)鍋爐煙氣進(jìn)行脫硫處理時(shí)，采用石灰石乳化液通過脫硫噴嘴完成霧化，使霧化后的微小液滴與煙氣充分接觸而生成CaSO3(石膏)的沉淀物，從而完成對(duì)煙氣中的SO2的吸收。

根據(jù)當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)實(shí)情況，火力發(fā)電的將長(zhǎng)期作為生產(chǎn)生活的主要供應(yīng)源，其中燃煤發(fā)電在火力發(fā)電中占據(jù)主導(dǎo)地位。2017年，我國(guó)火力發(fā)電量再次位居世界第一，總量接近6.5萬(wàn)億kW·h。而且未來(lái)5年內(nèi)，仍將以3.45%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率增加。我國(guó)火電發(fā)電量在總發(fā)電量中的占比達(dá)71.60%；燃煤發(fā)電量在火電發(fā)電量中的占比達(dá)91.07%，燃?xì)獍l(fā)電、燃油發(fā)電量占比小。按照我國(guó)超級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)政策，產(chǎn)能在200 MW以上的火電廠必須配置脫硫系統(tǒng)。

截止2017年底，我國(guó)的火電廠年產(chǎn)出為4.2萬(wàn)億kW，消耗燃煤11.2萬(wàn)億t。在2015年，電力行業(yè)的SO2排放約727.8萬(wàn)t，占工業(yè)SO2排放量的39.3%。一般情況下，脫硫設(shè)備投資占脫硫系統(tǒng)總投資的 10%～15%，火電廠的脫硫市場(chǎng)占到其中相當(dāng)大的一部分?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)約有1 200多家大型(產(chǎn)能>200 MW)發(fā)電企業(yè)，若其中有70%的企業(yè)使用濕法脫硫系統(tǒng)，按設(shè)計(jì)慣例，產(chǎn)能200 MW火電企業(yè)一套脫硫系統(tǒng)需700只脫硫噴嘴，300 MW機(jī)組一套脫硫系統(tǒng)需960只脫硫噴嘴，再計(jì)入脫硫噴嘴的壽命約60 000 h，更換所需的數(shù)量，每年脫硫噴嘴的市場(chǎng)需求量約30萬(wàn)只。

我國(guó)的電力需求會(huì)越來(lái)越大，而新型能源(太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等)所帶來(lái)的電力增量并不能滿足全部的電力需求，所以在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)還將繼續(xù)新建火電廠，加上已經(jīng)安裝脫硫裝置火電廠的更新改造，那么脫硫系統(tǒng)就必然運(yùn)行，對(duì)氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴的需求就會(huì)始終存在。

3 氮化硅結(jié)合碳化硅脫硫噴嘴在其他行業(yè)的應(yīng)用

氮化硅結(jié)合碳化硅陶脫硫噴嘴型號(hào)品種多樣，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)尺寸精確，在脫硫系統(tǒng)中匹配度較高。所以該類噴嘴廣泛應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域：氣體冷卻、廢氣脫硫、洗滌與漂淋過程、蒸發(fā)冷卻、防火滅火、陶瓷廠除塵、氣體洗滌、垃圾焚化廠、煉鋼轉(zhuǎn)爐煙道中的除塵降溫等。