焦?fàn)t煤氣雜質(zhì)含量對鍋爐生產(chǎn)的影響

張 燕

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

1 問題的提出

隨著萊鋼技改工程的實施，萊鋼生產(chǎn)規(guī)模的不斷發(fā)展壯大，增強了煤氣管網(wǎng)的調(diào)配能力。尤其是新1#、2#焦?fàn)t的投產(chǎn)，使得焦?fàn)t煤氣在一段時間內(nèi)相對富裕，發(fā)生了放散的情況。

為大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，提高經(jīng)濟效益，作為平衡煤氣管網(wǎng)壓力、降低煤氣放散、減少環(huán)境污染的程度、最大限度地滿足蒸汽供應(yīng)需求的鍋爐系統(tǒng)，根據(jù)公司要求顧全大局、系統(tǒng)思考，進(jìn)行了與之相適應(yīng)的一系列改造。

但是，由于焦?fàn)t煤氣中含有硫化物、焦油等雜質(zhì)，水分高，過量燃用極易引起空氣預(yù)熱器等設(shè)備的低溫化學(xué)腐蝕和低溫粘結(jié)灰堵塞隱患，嚴(yán)重制約著鍋爐的負(fù)荷，危及著鍋爐設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 3#鍋爐進(jìn)行了改燒焦?fàn)t煤氣改造，運行良好，效果明顯，蒸汽負(fù)荷在70 t/h，排煙溫度在120℃左右，達(dá)到了合理和充分利用焦?fàn)t煤氣、減少煤氣放散、穩(wěn)定煤氣系統(tǒng)壓力的目的，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益，是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)挖潛增效、節(jié)能降耗的重要途徑和有效措施。但是，隨著運行時間的推移，一些問題也逐漸顯現(xiàn)出來：鍋爐運行工況越來越差、負(fù)荷難以提高、爐膛負(fù)壓難以保證、引風(fēng)機轉(zhuǎn)子粘灰引起振動超標(biāo)、低溫段結(jié)渣、腐蝕嚴(yán)重等等。特別是負(fù)荷較低的情況下，排煙溫度在90℃左右，低溫段腐蝕更為嚴(yán)重。具體表現(xiàn)為：

（1）引風(fēng)機轉(zhuǎn)子粘灰引起振動超標(biāo)、低溫段結(jié)渣、腐蝕嚴(yán)重（90℃溫度低于露點造成低溫腐蝕）。

（2）空氣預(yù)熱器管束堵塞嚴(yán)重（空氣預(yù)熱器管束堵塞80%以上）。

（3）鍋爐運行工況差，最終導(dǎo)致3#鍋爐即使在焦?fàn)t煤氣大量富裕的情況下也難以增加焦?fàn)t煤氣燃用量。經(jīng)過一年多的運行，該爐出力變得嚴(yán)重不足，負(fù)荷最多帶到30 t/h，鍋爐各項運行參數(shù)均嚴(yán)重偏離設(shè)計工況，設(shè)備已無法安全運行，根據(jù)這種情況，為降低焦?fàn)t煤氣放散，我們對9#、、10#鍋爐進(jìn)行了增燒焦?fàn)t煤氣嘗試。

2.2 9#、10#鍋爐建成后，進(jìn)行了大量燃用焦?fàn)t煤氣的嘗試，蒸汽負(fù)荷在120 t/h，焦?fàn)t煤氣帶負(fù)荷50%左右，排煙溫度在120℃左右，也基本達(dá)到了合理和充分利用煤氣、減少煤氣放散和穩(wěn)定煤氣系統(tǒng)壓力的目的。經(jīng)過一段時間的運行，一些問題也逐漸顯現(xiàn)出來：鍋爐運行工況越來越差、負(fù)荷難以提高、爐膛負(fù)壓還是難以保證等等。9#鍋爐停爐后，對其進(jìn)行全面檢查發(fā)現(xiàn)：①調(diào)節(jié)擋板、轉(zhuǎn)子粘灰、腐蝕嚴(yán)重。調(diào)節(jié)擋板卡澀、開關(guān)困難，葉片多處開焊、極易脫落。②一級空氣預(yù)熱器積灰、腐蝕嚴(yán)重。空氣流通管堵塞60%以上。煙道內(nèi)部積灰高度在200 mm左右。這與燃燒焦?fàn)t煤氣有直接關(guān)系，看來燃燒焦?fàn)t煤氣對設(shè)備造成的危害相當(dāng)嚴(yán)重。9#鍋爐運行時間不到2年，從空氣預(yù)熱器檢查情況來看，空氣預(yù)熱器堵塞、腐蝕已相當(dāng)嚴(yán)重，如果這樣繼續(xù)下去，設(shè)備將很難正常運行。我們不得不對9#鍋爐空氣預(yù)熱器、引風(fēng)機轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)擋板等備件進(jìn)行了更換。

2.3 根據(jù)3#、9#、10#鍋爐運行情況，我們進(jìn)行了改造，通過增燒50%高爐煤氣的辦法提高鍋爐排煙溫度，來降低低溫腐蝕。我們既要保證在焦?fàn)t煤氣富余情況下盡可能多燒焦?fàn)t煤氣，又要保證焦?fàn)t煤氣不足的情況下?lián)綗糠指郀t煤氣，提高尾部排煙溫度，防止低溫腐蝕?；谝陨弦笪覀儗?#鍋爐進(jìn)行了如下改造：

（1）改造燃燒器以滿足在不同燃料結(jié)構(gòu)情況下鍋爐運行工況需求。

（2）改造空氣預(yù)熱器，達(dá)到正常使用工況和防腐目的。

（3）更換引風(fēng)機部分配件并進(jìn)行防腐，達(dá)到正常使用工況目的。

（4）焦?fàn)t煤氣手動蝶閥改為電動蝶閥；更換熱風(fēng)門和煤氣閘閥；優(yōu)化系統(tǒng)使之操作合理、維護(hù)方便。實踐證明，改造有一定效果，但因為焦?fàn)t煤氣含硫量太高，一直無法從根本上解決鍋爐低溫腐蝕問題。

3 焦?fàn)t煤氣內(nèi)雜質(zhì)對設(shè)備的影響

焦?fàn)t煤氣在凈化之前的荒煤氣內(nèi)含有大量的水、焦油、苯及硫化物和氧化物，同時包括部分氨等物質(zhì)。焦?fàn)t荒煤氣通過凈化除去部分雜質(zhì)，但是仍然含有較多，對煤氣的輸送、儲存、使用帶來諸多困難。特別是對軋材線上加熱爐的影響十分嚴(yán)重，具體如下：

3.1 焦油的影響

焦?fàn)t荒煤氣中所含的焦油蒸汽在凈化過程中大部分冷凝后被凈化，但是仍有一部分呈霧態(tài)或小油滴仍然存在于煤氣中。由于沉降速度小于煤氣流速，所以在煤氣輸送過程中沉降一部分，還有一部分就帶到了用戶處。在加熱爐的燒嘴處，由于燒嘴的通徑較小，會由于焦油不斷的沉降造成堵塞。

3.2 苯的影響

苯在溫度低于60℃后開始在煤氣內(nèi)析出，但是在凈化后仍含有較多。隨著煤氣的輸送，溫度會逐步降低，同時在環(huán)境氣候發(fā)生變化時也會造成苯的析出。苯析出后會在管道內(nèi)壁上懸掛，久而久之會造成堵塞。

3.3 雜質(zhì)多的影響

由于煤氣內(nèi)所含的雜質(zhì)很多不具有燃燒性或者燃燒后的熱值比煤氣要小，直接造成煤氣的熱值下降。同時由于雜質(zhì)過多，在燃燒過程中火焰不穩(wěn)定，對鋼坯的加熱存在不均勻性，導(dǎo)致加熱時間長，效果也不好等問題。

4 低溫腐蝕和低溫粘結(jié)灰堵塞的機理

煤氣中的硫和硫化物在燃燒時生成二氧化硫。二氧化硫與煙氣中的氧氣化合成三氧化硫，三氧化硫與煙氣中的水蒸氣化合成硫酸蒸汽。當(dāng)受熱面溫度低于硫酸蒸汽的露點時，硫酸蒸汽就會在受熱面上凝結(jié)成硫酸腐蝕受熱面。三氧化硫的形成有兩種方式：一種是二氧化硫在高溫下（火焰中心）與氧原子化合成三氧化硫，即：SO2+[O]=SO3；另一種是在煙道中遇催化劑（Fe2O3或V2O5）時與煙氣中的過剩氧反應(yīng)生成三氧化硫，即：2SO2+O2=2SO3。煙氣中的三氧化硫含量是很少的，但即使很少的三氧化硫含量也會使煙氣露點升高很多，如當(dāng)煙氣中的硫酸蒸汽含量為0.005%時，硫酸露點就升高到130℃～150℃，即提高了受熱面發(fā)生腐蝕的上限溫度。

當(dāng)受熱面壁溫低于煙氣中的水蒸氣露點時,煙氣中的二氧化硫直接溶于水生成亞硫酸（H2SO3）對管壁金屬產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，加快了腐蝕速度。另外低溫腐蝕和低溫粘結(jié)灰是相互促進(jìn)的，硫酸蒸汽的凝結(jié)一方面發(fā)生腐蝕，另一方面發(fā)生粘結(jié)灰，發(fā)生低溫腐蝕后，腐蝕表面潮濕粗糙，煙氣中的灰粒附著在受熱面上，造成積灰、堵灰加劇。

5 結(jié)論

在鍋爐運行中，焦?fàn)t煤氣雜質(zhì)如含塵、硫分、煤焦油等對鍋爐造成一定危害。含塵主要造成焦?fàn)t煤氣管道阻塞，爐膛受熱面掛灰，煙道集灰等，導(dǎo)致吸熱效率下降，煙道阻力增大等問題。硫分燃燒后生成硫化物，在低溫下與煙氣中水分結(jié)合反應(yīng)，形成酸性物質(zhì)，造成受熱面腐蝕。煤焦油導(dǎo)致煤氣閥門以及細(xì)管道堵塞，降低輸送能力，而且污染環(huán)境。該物質(zhì)燃燒后附著力較強，粘結(jié)在受熱面上，很難清除，造成熱效率下降。因此焦?fàn)t煤氣雜質(zhì)含量對生產(chǎn)帶來的影響應(yīng)是關(guān)注的重點。