[發明專利]基于3D打印和硼硅酸鹽玻璃的脫硫排煙煙囪建造方法

有效

• 申請號: 201310432852.3
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103524022A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 韓建國;閻培渝
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C03B19/00
• 分類號: C03B19/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于土木工程和環境保護技術領域，特別涉及一種基于3D打印和硼硅酸鹽玻璃的脫硫排煙煙囪建造方法。

背景技術

我國是世界上煤炭資源的最大生產國，2011年我國的煤炭產量占世界生產總量的50%。我國同時也是煤炭資源的消費大國，消費數額占本國煤炭生產總量的94%。煤是火力發電廠的常用燃料，截止到2011年底，我國發電裝機容量10.5億千瓦，其中，水電2.3億千瓦，火電7.6億千瓦，核電1191萬千瓦，風電4700萬千瓦，即火力發電占我國裝機總量的72.4%。煤作為一種化石燃料，其主要的可燃組分是碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）和硫（S），其中碳在完全燃燒后生成二氧化碳（CO₂）、氫在燃燒后生成水（H₂O），氮在高溫下與氧形成氮的氧化物N_XO，N_XO會污染大氣，為有害物質。硫在燃燒后生成二氧化硫（SO₂）和少量的三氧化硫（SO₃）。SO₂和SO₃在與煙氣中的水分結合后形成亞硫酸（H₂SO₃）和硫酸（H₂SO₄），會造成煙囪外側鋼筒和金屬管道的腐蝕，同時，SO₂和SO₃排放到大氣后還會對大氣造成污染，導致酸雨和人類的呼吸道疾病。

2011年，我國SO₂排放總量為2218萬噸，其中電力行業排放量占45%。為避免或減緩火力發電過程中排放SO₂造成的空氣污染，目前最主要和最有效的方法是進行煙氣脫硫，其中濕法煙氣脫硫是采用最多的脫硫工藝，占世界全部脫硫裝置的90%以上。在濕法煙氣脫硫過程中，通常采用的方法是石灰-石膏濕法脫硫技術，其具體方法是：首先將石灰石經過破碎、研磨、制成漿液后輸送到吸收塔，在吸收塔內漿液經循環泵送到噴淋裝置；之后，煙氣在吸收塔中與噴淋的石灰石漿液接觸，其中的SO₂與CaCO₃反應后生成的亞硫酸鈣，亞硫酸鈣經氧化處理生成硫酸鈣（二水石膏）；最后，硫酸鈣從吸收塔中排出。由于石灰-石膏濕法脫硫方法是氣-液反應，因此其脫硫反應快、效率高，當脫硫控制措施適宜時，其脫硫率可達90-95%。

但即便是在上述很高的脫硫率情況下，煙氣中依然存在未被脫除的SO₂；同時，在燃煤發電過程中，煤中約有0.5-2%的硫在燃燒的過程中被轉化為SO₃，在濕法脫硫過程中，相對于SO₂，SO₃的脫除效率較差，大約只有20%的SO₃被脫除，其余的則被煙氣帶出，同時，煙氣中剩余的SO₂，在過量空氣存在以及煤燃燒后生成的灰分中V₂O₅的催化作用下，會轉化為SO₃。經過濕法脫硫后，煙氣的溫度會下降，其中的SO₃會溶解于煙氣因冷凝而產生的液體中，形成硫酸溶液并造成煙囪的腐蝕。

當煙囪內部的煙氣溫度低于硫酸的露點溫度時，在煙囪的內壁上會出現因冷凝現象而產生的液體，通常稱為冷凝液，該冷凝液具有很高的酸度，其pH值通常為2.0左右，根據我國GB50046-2008《工業建筑防腐蝕設計規范》，pH為2.0的硫酸對鋼筋混凝土和鋼材均表現為強腐蝕作用。要避免冷凝液對煙囪的腐蝕，首先需了解火電廠脫硫排煙煙囪的主要結構型式。火電廠的煙囪依據其結構型式，可分為單筒式、套筒式和多管式。單筒式煙囪主要采用鋼筋混凝土結構，內襯材料采用耐火磚、耐酸磚和漂珠內襯磚等，使用耐酸砂漿砌筑而成。套筒式或多管式，外筒一般采用鋼筋混凝土結構，內筒使用普通鋼、纖維增強樹脂和耐蝕金屬等。當前，國內外大型火力發電廠一般采用套筒式或多管式，且內筒以鋼或纖維增強樹脂為主，由于纖維增強樹脂通常存在易老化、耐高溫性能差和可燃的特性，因此，常使用普通鋼來建造煙囪的內筒。