Si3N4-SiC脱硫喷嘴在脱硫行业的应用*

梁振海 侯撑选 杨中英

(咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)

前言

随着我国经济的快速发展，整个社会对能源的需求量越来越大。在诸多的能源种类中，尽管近年来新能源(太阳能、风能)及技术发展进入了快速通道，但新能源的利用还不能满足快速发展的工业需求，不能满足随着人们生活水平提高所带来的能源消耗需求。所以煤炭和石油仍然是现今及以后很长一段时间内的主要能源来源。我国是煤炭消费大国，煤炭占到一次性能源消费总量的65%左右。由于煤炭的直接燃烧，排放了大量的二氧化硫、氮氧化物和烟尘。而这些气体及烟尘对人们的身体健康及生态环境造成了极其严重的危害，也对我国的经济、社会能否可持续发展提出了严峻的挑战。因此，政府为了进一步加强了对环境污染治理的政策指导，提高了排放标准和要求，使得脱硫行业得到了较快的发展。

目前市场已较成熟的烟气脱硫技术有：石灰石-石膏法、钠碱法、氨吸收法、磷铵复合肥法、氯化铵法、海水脱硫。在这些技术中湿法脱硫技术占 58% , 湿法脱硫中石灰一石膏法占63.7%以上 。石灰石-石膏法湿法脱硫，采用石灰石、石灰等作为脱硫吸收剂，在吸收塔内吸收剂浆液与烟气充分接触混合，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙(或氢氧化钙)以及鼓入的氧化空气进行化学反应从而被脱除，最终脱硫副产物为石膏。该技术的脱硫效率一般大于95%，可达98%以上。SO2排放浓度一般小于100 mg/m3，可达50 mg/m3以下。这种技术在美国的采用率为80%，在德国的采用率为90%，在日本的采用率为75%。

1 脱硫喷嘴的使用要求

脱硫喷嘴是湿法脱硫系统中的关键部件，在烟气湿法脱硫系统中，喷雾喷嘴的主要功能是把大量的石灰石(CaCO3)乳化液在一定的工作条件下雾化为液滴，使液滴与烟气中的SO2接触而发生化学反应最终生成石膏(CaSO3)，从而达到烟气脱硫的目的。在实际的化学反应过程中，喷嘴的雾化效果越好，乳化液滴的比表面积越大，SO2气体接触越充分，使得体系中的化学反应越完全，从而提高脱硫效率，达到最佳的脱硫效果。

脱硫喷嘴除了供给液体流动的压力、流速外还决定了液体通过喷嘴时的流动状态，而流动状态决定了雾滴的大小，喷嘴的结构和材质决定了以上因素，故此优化脱硫喷嘴的结构和材质就成了提高脱硫效率的关键要素。

在脱硫吸收塔中，由于工况条件的恶劣，对脱硫喷嘴的材质提出了苛刻的要求。在脱硫塔中，除了烟气有一定的温度，而通过喷嘴的石灰石乳化液作为吸收剂有较强的腐蚀性，烟气中的SO2也有着腐蚀性(尽管和喷嘴接触面积小)，这样就对脱硫喷嘴材料的选择提出了较高要求。首先要求喷嘴材料具有防腐、耐磨、耐高温的良好功能，材料还必须有良好的可加工性，能制作出各种复杂形状的构件，且满足材料要求，以满足对喷嘴的结构设计要求。

2 脱硫喷嘴的发展

脱硫喷嘴的材质早期为铸铁质，虽然该材质成形时可以保证较标准的尺寸，但由于该材质不耐磨、不耐腐蚀，使用寿命很短(大约1个礼拜左右)，使得脱硫系统频繁更换喷嘴而会影响脱硫塔的正常运转，因此该材质不适宜做脱硫喷嘴。

近年来出现了氮化硅结合碳化硅和碳化硅材质的脱硫喷嘴，虽然碳化硅材质有良好的材料性能，可以满足工况下的恶劣条件，但由于碳化硅材质的脱硫喷嘴制造成本较高，同时喷嘴内部尺寸的偏差较大，也限制了发展。

而氮化硅的高温性能优良，可以用作碳化硅制品的结合剂。氮化硅结合碳化硅制品是近20年来发展起来的一种高科技碳化硅材料。其制作工艺是：在碳化硅颗粒混合物中，加入15%～25%的细硅粉，在高温炉中通入高纯氮气，以一定的温度和压力曲线控制氮化反应烧结，硅和氮把坚硬的碳化硅结合起来，形成致密的网络结构。因此，氮化硅结合碳化硅的制品具有良好的物化性能和高温性能。氮化硅结合碳化硅材料具有多种优良的材料性能，其材料坚硬，莫氏硬度大于8，在非金属材料中属于硬度材料，常温强度高，在1 200～1 400 ℃高温下，几乎保持与常温相当的强度和硬度，热膨胀系数小，具有良好的热震稳定性、抗高温蠕变能力、抗氧化、耐腐蚀。因此该材料在特殊的制作工艺条件下，可以制得比其它陶瓷材料相对尺寸精度较高的产品。氮化硅结合碳化硅材质的脱硫喷嘴耐磨性好、性能可靠、使用寿命长。脱硫喷嘴材质的发展趋势是氮化硅结合碳化硅材质代替目前普遍使用的合金材质。经验表明，合金喷嘴使用寿命达300 h，会损坏严重，而氮化硅结合碳化硅材质得喷嘴寿命可应用到10年左右。因此近年来脱硫行业使用的脱硫喷嘴几乎全是氮化硅结合碳化硅材质的喷嘴。

氮化硅结合碳化硅脱硫喷嘴能够广泛用于火力发电厂、水泥厂、食品厂、耐火材料加工厂以及燃煤锅炉等，只要是在生产过程中产生的烟尘和废气，都可以使用螺旋脱硫除尘喷嘴。在还没出现氮化硅结合碳化硅脱硫喷嘴的时候，有的工厂已经使用了脱硫设备，但是效果并不是很好。比如会积水、造成二次污染，并且不能够达到良好的脱硫效率，浪费水资源，不能够很好地利用水资源脱硫，所以说使用氮化硅结合碳化硅脱硫喷嘴作用非常重要。氮化硅结合碳化硅脱硫喷嘴，具有很好的脱硫除尘效果，投入的环保费用少，安装维修简单方便，受到各行业的广泛应用。氮化硅结合碳化硅脱硫喷嘴的型号、类型多种，在具体脱硫工作时，有多种可匹配的选择。选择氮化硅结合碳化硅脱硫喷嘴还能使用在化工、食物、医药等出产化肥、农药和药品等粉状物的地方。氮化硅结合碳化硅脱硫喷嘴能够在各个领域广泛使用，并且使用效率高于传统的脱硫设备。

氮化硅结合碳化硅脱硫喷嘴广泛应用于环保领域，废气脱硫、气体冷却、蒸发冷却、洗涤与漂淋过程、除尘、防火灭火、环保化工行业、脱硫塔脱硫、气体洗涤、陶瓷厂除尘塔、垃圾焚化厂、炼钢转炉中烟道除尘降温、脱硫、除尘、洗涤、冷却、消防、清洁、去污、气体冷却、加、湿喷腐蚀性液体等。