環(huán)保脫硫系統(tǒng)問(wèn)題分析及焚燒爐擋火墻改進(jìn)實(shí)踐

李 強(qiáng) ，周玉青

（1.梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京210039；2.墻州環(huán)境科技服務(wù)（南京）有限公司，江蘇 南京210048；3.南京科技職業(yè)學(xué)院 化工與材料學(xué)院，江蘇 南京210048）

2016 年3 月國(guó)家頒布《長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃綱要》，強(qiáng)調(diào)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，目前空氣污染工業(yè)以SO2、NOx、煙（粉）塵為主的排放是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶經(jīng)濟(jì)危害較為嚴(yán)重的地區(qū)。隨著廢氣排放對(duì)大氣環(huán)境危害的加劇，環(huán)保整治力度加大[1-2]?；て髽I(yè)煙囪廢氣排放是空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的重要監(jiān)控指標(biāo)。我國(guó)新頒布的GB 16297-1996《大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，SO2最高排放濃度（新）為550 mg/m3，相關(guān)大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)SO 排放濃度的要求越來(lái)越嚴(yán)，SO 排放濃度要求低于400 mg/m3，部分地區(qū)要求低于200 mg/m3。長(zhǎng)江沿岸的大型鋼鐵化工企業(yè)排放的廢氣SO2采用多種方法排放[3]。焚燒爐作為脫硫排放系統(tǒng)中將酸性氣體（含H2S，HCN 氣等）經(jīng)混合煤氣燃燒，生成SO2等過(guò)程氣最為關(guān)鍵的設(shè)備之一，如何科學(xué)高效地使用焚燒爐，減少處理廢氣燃燒形成的SO2是環(huán)保工作者和科研人員高度關(guān)注的方向[4]。本文就焚燒爐爐膛內(nèi)加裝擋火墻后對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，較好地解決了排放SO2等過(guò)程氣的問(wèn)題。

1 脫硫工藝設(shè)計(jì)

由上道工序再生塔解析出的酸性氣體經(jīng)真空泵送入到WSA 制酸裝置的焚燒爐燃燒，過(guò)程氣和廢熱鍋爐內(nèi)鍋爐水換熱后，再與一定比例空氣/氨氣混合氣進(jìn)入SCR 反應(yīng)器除雜，除去NOx后的過(guò)程氣進(jìn)入SO2轉(zhuǎn)化器內(nèi)，過(guò)程氣中的SO2在催化劑作用下轉(zhuǎn)化成SO3，并形成H2SO4蒸汽進(jìn)入到WSA 冷凝器中冷凝冷卻，冷凝后形成濃度為98%硫酸流入酸槽，經(jīng)WSA 冷凝器冷卻后的過(guò)程氣最后由煙囪排出（見(jiàn)圖 1）。

圖1 原脫硫工藝流程圖

該套環(huán)保裝置廢氣排放要求煤氣一期、 二期制酸分別于2008 年、2012 年投產(chǎn)，煙囪尾氣均按照GB 16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中“表2 新污染源大氣污染物排放限值” 要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中：SO2≤960 mg/m3，NOx≤240 mg/m3，硫酸霧≤45 mg/m3。

為促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，GB 26132-2010《硫酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》于2011 年3 月1日正式實(shí)施。按照要求，2011 年 10 月 1 日至 2013年9 月30 日現(xiàn)有硫酸企業(yè)執(zhí)行規(guī)定的大氣污染物排放限值，SO2≤860 mg/m3，硫酸霧≤45 mg/m3；2013年10 月1 日起所有硫酸企業(yè)將統(tǒng)一執(zhí)行表5 規(guī)定的大氣污染物排放限值，SO2≤400 mg/m3，硫酸霧≤30 mg/m3； 需要采取特別保護(hù)措施的地區(qū)執(zhí)行規(guī)定的大氣污染物排放限值，SO2≤200 mg/m3，硫酸霧≤5 mg/m3。

2 脫硫制酸環(huán)保系統(tǒng)損害情況

該環(huán)保系統(tǒng)使用后從與2014 年期間經(jīng)常監(jiān)測(cè)到煙囪排放超標(biāo)，在系統(tǒng)日常投用期間發(fā)現(xiàn)WSA 冷凝器進(jìn)口熱風(fēng)量在8 800 m3/h 時(shí)，壓力上升至2.8 kPa，懷疑玻璃管內(nèi)破損比較嚴(yán)重，同時(shí)WSA 冷凝器頂蓋出現(xiàn)滲酸，多次螺絲緊固無(wú)效果，腐蝕嚴(yán)重。SO2床間冷卻器出口管道有泄漏，多次帶壓堵漏后仍然有微量泄漏。壓力調(diào)節(jié)閥波動(dòng)，多次對(duì)調(diào)節(jié)閥氣源管和空氣調(diào)壓閥進(jìn)行保養(yǎng)，仍然有波動(dòng)。汽包人孔泄漏，帶壓堵漏后無(wú)泄漏。WSA 冷凝器出口至煙囪的風(fēng)管腐蝕漏酸。硫酸板式換熱器出口硫酸濃度檢測(cè)下部閥門(mén)腐蝕損壞。對(duì)WSA 制酸裝置的焚燒爐——廢熱鍋爐——SCR 反應(yīng)器——SO2轉(zhuǎn)化器——WSA冷凝器——煙囪等設(shè)備逐一檢查，發(fā)現(xiàn)焚燒爐和WSA 冷凝器出現(xiàn)了嚴(yán)重的損壞，其他設(shè)備也有不同程度的損壞。

2.1 酸氣焚燒爐損壞情況

在輸送過(guò)程中，酸氣必須先經(jīng)過(guò)酸捕霧器和過(guò)濾器，分離出其中的冷凝液及夾帶的雜質(zhì)，再進(jìn)入焚燒爐燃燒，產(chǎn)生含有SO2的工藝氣。

表1 酸性氣體的項(xiàng)目組成

圖2 焚燒爐在系統(tǒng)位置圖

圖3 焚燒爐正面圖

停工檢修打開(kāi)焚燒爐后，焚燒爐煤氣管道阻火器正常無(wú)雜質(zhì)，酸氣燒嘴燒化，酸氣燒嘴兩側(cè)球閥堵塞嚴(yán)重，三通處有1/4 的積萘和焦油（見(jiàn)圖4～圖6），工作層基本完好，無(wú)脫落或松動(dòng)。但磚縫間的火泥部分掉落，形成空縫（火泥選型與鉻剛玉磚不匹配，沒(méi)有燒結(jié)）。高溫酸性氣體，經(jīng)過(guò)縫隙進(jìn)入保溫層，逐漸使輕質(zhì)高鋁澆注料燒損、粉化和失效，并腐蝕和氧化金屬殼體，使殼體變薄或燒穿，酸性氣體泄漏。

圖4 焚燒爐打開(kāi)面圖

2.2 WSA 冷凝器損壞情況

圖5 酸氣管道焦油、萘堵塞圖

圖6 酸氣燒嘴兩側(cè)球閥堵塞圖

廢鍋后的翻板卡死無(wú)動(dòng)作，WSA 冷凝器底部船體正常無(wú)積酸，WSA 冷凝器玻璃管損壞較2016 年有增加，全部損壞玻璃管有100 根左右，WSA 冷凝器頂部下酸管最下層孔眼被堵死，導(dǎo)致頂部管板有積酸腐蝕嚴(yán)重，從而隨著氣流至煙囪進(jìn)口風(fēng)管積酸。中間管板腐蝕也比較嚴(yán)重，酸池內(nèi)酸磚上部粉化嚴(yán)重，WSA 冷凝器內(nèi)各隔層見(jiàn)也有大量積灰需進(jìn)行清掃。煙囪底部積有少量的酸泥。過(guò)程氣冷卻器和床間冷卻器翅片上無(wú)積灰，汽包人孔法蘭和人孔對(duì)應(yīng)位置有裂紋（見(jiàn)圖 7、圖 8）。

圖7 WSA 冷凝器內(nèi)玻璃管損壞立面圖

圖8 WSA 冷凝器內(nèi)玻璃管損壞正面圖

3 進(jìn)脫硫系統(tǒng)焚燒爐燃燒的酸性氣體的影響

焦?fàn)t煤氣相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

燃料氣組成見(jiàn)表3。

由于焚燒爐采用的是真空碳酸鉀法脫硫脫氰裝置輸送來(lái)的酸性氣體，該氣體在燃燒過(guò)程中煤氣含焦油多，焚燒爐噴頭在2 月4 日的拆檢中發(fā)現(xiàn)：其中DN150、Φ900 酸氣管道的噴管內(nèi)積焦油等垃圾，Φ900 酸氣管道的噴管有多處裂紋造成噴頭及管道無(wú)法檢修。原因是制酸裝置長(zhǎng)期運(yùn)行后，焚燒爐進(jìn)口酸氣管道上阻火器、Y 型過(guò)濾器、 燒嘴等會(huì)逐漸堵塞，造成阻力增大，影響了正常生產(chǎn)，隨著生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，造成沸熱鍋爐損壞，氣體溫度過(guò)高，導(dǎo)致制酸裝置的玻璃管溫度過(guò)高。從而使玻璃管損壞，以至于隨后氣體進(jìn)入WSA 后管道以及煙囪，從而導(dǎo)致管道和煙囪的腐蝕嚴(yán)重。

表2 焦?fàn)t煤氣數(shù)據(jù)

表3 燃料氣組成

4 改進(jìn)方案總體思路

我們用耐火磚將爐膛沿周長(zhǎng)砌一圓形帶格柵的墻，該墻起像過(guò)濾網(wǎng)一樣的作用，將爐體內(nèi)焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖约爱a(chǎn)生的焦油等垃圾擋在擋墻外。

施工順序： 對(duì)焚燒爐嘴清堵——爐膛內(nèi)砌擋火墻（圖9～圖11）——廢熱鍋爐連接的管道內(nèi)加襯四氟——更換WAS 冷凝器內(nèi)玻璃管——煙囪彎頭處清酸泥——爐膛升溫——觀察煙囪氣體。

上海市水務(wù)信息化管理部門(mén)在長(zhǎng)期對(duì)IT服務(wù)外包的研究、探索和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，已將IT服務(wù)外包作為服務(wù)延伸和能力深化的有效手段，并逐步形成和建立起了能真實(shí)反映設(shè)施、設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行狀況，滿足實(shí)際運(yùn)維管理需要的IT基礎(chǔ)環(huán)境治理結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。

圖9 焚燒爐設(shè)置擋火墻示意圖

圖10 焚燒爐進(jìn)口正面圖

圖11 爐膛內(nèi)設(shè)置擋火墻實(shí)物圖

4.1 砌筑擋火墻

砌筑材料為鉻鋼玉磚，擋墻按中心線砌筑，當(dāng)爐殼的中心線垂直誤差和半徑誤差符合爐內(nèi)形要求時(shí)采用爐殼為導(dǎo)面進(jìn)行砌筑。爐殼四周全部用鉻鋼玉磚砌實(shí)，爐壁四周全部用鉻鋼玉磚砌筑。砌筑需一次完成。進(jìn)入尾部修補(bǔ)縫隙，并清理雜物后，砌筑擋墻（干擺）。爐內(nèi)修補(bǔ)結(jié)束并清理完畢后，封堵檢修人孔，回裝窯頭（燃燒器）?；謴?fù)熱電偶時(shí)，其四周必須纏緊纖維棉，以防酸性氣體泄漏。

施工使用的材料為鉻鋼玉磚，材料指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 鉻鋼玉磚材料技術(shù)指標(biāo)

4.2 更換WAS 冷凝器玻璃管

根據(jù)改造方案更換WAS 玻璃管，將原舊玻璃管全部更換，確保裝置正常運(yùn)行（見(jiàn)圖12、圖13）。

圖12 吊裝WAS 冷凝器玻璃管現(xiàn)場(chǎng)圖

圖13 安裝WAS 冷凝器玻璃管現(xiàn)場(chǎng)圖

4.3 焚燒爐烘爐

根據(jù)施工順序安排，安裝WAS 冷凝器玻璃管后對(duì)焚燒爐就行烘爐工作。

烘爐的目的是使砌體中的水分蒸發(fā)，達(dá)到烘干烘透。然后再升溫至一定溫度，以便正式投入生產(chǎn)。當(dāng)爐子建成后立即投入生產(chǎn)時(shí)，烘爐可一次性不間斷地進(jìn)行。若在冬季建成后不能立即投產(chǎn)，則應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施：將爐子先進(jìn)行烘烤，使砌體干透，待投產(chǎn)時(shí)再進(jìn)行加熱或?qū)t子保溫使砌體不受凍。

烘爐應(yīng)嚴(yán)格按照烘爐曲線進(jìn)行，分為以下三個(gè)過(guò)程：

（1）水分排出期。爐子從常溫升溫至130 ℃，此時(shí)是泥漿中水分以及砌體內(nèi)部分水分的排出期，此時(shí)應(yīng)緩慢升溫，一般升溫速率不超過(guò)15 ℃/h，同時(shí)在此溫度點(diǎn)要保溫較長(zhǎng)時(shí)間（60 h）。

（2）砌體膨脹期。130～350 ℃砌體開(kāi)始膨脹進(jìn)入膨脹變形期，此時(shí)應(yīng)緩慢升溫，一般升溫速率不超過(guò)20 ℃/h，同時(shí)在此溫度點(diǎn)要保溫較長(zhǎng)時(shí)間（36 h）。

（3）保溫期。從 350 ℃以上以不超過(guò) 20 ℃/h 升高至530 ℃，同時(shí)在此溫度點(diǎn)要保溫較長(zhǎng)時(shí)間（24 h）后自然冷卻。

酸性氣體燃燒爐耐火材料砌筑完成后，應(yīng)至少自然干燥24 h 以上，讓耐火材料中的水分盡可能蒸發(fā)掉。

按烘爐曲線烘爐，根據(jù)烘爐曲線增減熱負(fù)荷完成烘爐，烘爐升溫與保溫時(shí)間等要求見(jiàn)圖14、圖15及表5。

圖14 烘爐曲線圖

圖15 焚燒爐烘爐曲線圖

表5 保溫時(shí)間表

5 效果分析

制酸重新開(kāi)工后，對(duì)制酸2016 年SO2與NOx等跟蹤如下。

以前煙囪尾氣排放指標(biāo)見(jiàn)表6。

表6 煙囪尾氣排放數(shù)據(jù)

改進(jìn)后2016 年制酸煙囪廢氣相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。調(diào)出SO2與NOx進(jìn)行合格率觀察。

根據(jù)表7 的數(shù)據(jù)顯示煙囪氣SO2和NOx數(shù)一月至四月期間均低于表6 的排放數(shù)據(jù)。四月以后無(wú)排放，效果較好。

表7 SO2 與NOx 合格率數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

對(duì)焚燒爐進(jìn)行改進(jìn)增加砌筑擋火墻后，進(jìn)入爐膛內(nèi)燃燒后過(guò)程氣堆積的焦油渣及萘等垃圾方便在檢修時(shí)清理。對(duì)進(jìn)入爐膛內(nèi)的火焰起到緩沖作用，保護(hù)廢熱鍋爐端陶瓷管，使火焰燃燒充分；焚燒爐的酸氣燒嘴燒化，酸氣燒嘴兩側(cè)球閥堵塞明顯減輕，三通處的積萘和焦油變少； 焚燒爐的爐膛保溫層燒損情況變好，無(wú)大面積燒損情況出現(xiàn)；焚燒爐進(jìn)口酸氣管道上阻火器、Y 型過(guò)濾器、燒嘴等處堵塞情況明顯好轉(zhuǎn)，阻力減??；沸熱鍋爐不再損壞；氣體溫度正常，制酸裝置的玻璃管溫度正常；玻璃管不再損壞；管道和煙囪的腐蝕情況得到改善；煙氣排放到達(dá)現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)，2016 年合格率100%。