焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝常見故障處理

劉振國(guó)，韓瑞飛

（遷安中化煤化工有限責(zé)任公司，河北唐山 064404）

0 引言

煉焦生產(chǎn)中，一般利用焦?fàn)t煤氣或高爐煤氣燃燒進(jìn)行加熱，為焦?fàn)t提供熱量，而產(chǎn)生的焦?fàn)t廢氣中含有大量的二氧化硫和氮氧化物[1]，對(duì)環(huán)境造成了污染。國(guó)家對(duì)于焦?fàn)t煙囪污物排放提出新的調(diào)整與任務(wù)，制定了相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)[2]。遷安中化煤化工有限責(zé)任公司擁有6 座55 孔JN60-82 型6 m 焦?fàn)t，設(shè)計(jì)年產(chǎn)焦炭330 萬噸，配套建設(shè)有3 座煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)用于煙氣凈化，每?jī)勺範(fàn)t共用一套。

1 系統(tǒng)原理

焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)主要分為脫硝和脫硫兩大部分，脫硝采用的是應(yīng)用廣泛、脫硝效率較高的SCR 法脫硝技術(shù)[3]，脫硫則采用是以氨水為脫硫劑的濕法脫硫技術(shù)。濕法脫硫在脫硫塔內(nèi)進(jìn)行，脫硫塔從下往上主要分為氧化段、濃縮段、吸收段和水洗段，其中濃縮段主要是利用系統(tǒng)循環(huán)溶液對(duì)煙氣進(jìn)行噴淋降溫，并除去循環(huán)溶液中一定量的水分，噴淋后的溶液經(jīng)濃縮段底部回流管流入循環(huán)槽，再由二級(jí)循環(huán)泵將循環(huán)槽內(nèi)的溶液輸送至濃縮段噴淋管道進(jìn)行噴淋，如此反復(fù)循環(huán)（圖1）。

圖1 脫硫塔濃縮段噴淋系統(tǒng)工藝流程

2 存在問題

在整個(gè)脫硫脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)脫硫塔濃縮段噴淋系統(tǒng)存在以下5 個(gè)問題：①脫硫塔濃縮段結(jié)晶問題嚴(yán)重，經(jīng)常堵塞噴淋管道及噴頭；②濃縮段噴淋泵故障較多；③脫硫塔入口煙氣溫度高，影響塔內(nèi)防腐使用壽命；④脫硫塔內(nèi)濃縮段噴淋管道檢維修不便，作業(yè)難度較大；⑤循環(huán)槽需備用改造。

3 問題處理與改進(jìn)

3.1 濃縮段噴淋系統(tǒng)結(jié)晶問題嚴(yán)重

新建脫硫脫硝系統(tǒng)投運(yùn)一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)煙氣降溫效果下降，檢查發(fā)現(xiàn)脫硫塔內(nèi)噴淋管道、塔壁等部位均有大量結(jié)晶物存在，清理困難且硬度較大。經(jīng)取樣化驗(yàn)分析，結(jié)晶物的主要成份為CaSO4·2H2O 結(jié)晶體，難溶于水。隨著脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，塔內(nèi)壁、管道的結(jié)晶物不斷增多，逐步堵塞噴淋系統(tǒng)的管道與噴頭，致使噴淋系統(tǒng)效果下降，煙氣溫度升高，破壞脫硫塔內(nèi)壁的防腐。同時(shí)，當(dāng)脫硫塔內(nèi)壁上附著的結(jié)晶物增加到一定程度后，還會(huì)出現(xiàn)局部脫落，并將塔內(nèi)壁上的防腐材料一并粘掉，塔內(nèi)壁防腐能力下降，進(jìn)而導(dǎo)致塔內(nèi)壁出現(xiàn)局部腐蝕甚至泄漏等嚴(yán)重后果（圖2）。另外，濃縮段塔壁內(nèi)部的結(jié)晶物脫落后會(huì)逐步堆積，當(dāng)堆積量較大時(shí)會(huì)堵塞濃縮段底部的回流孔，導(dǎo)致循環(huán)溶液無法回流至循環(huán)槽，使得濃縮段液位不斷升高，當(dāng)液位高度超過煙道入口時(shí)循環(huán)溶液會(huì)通過煙道倒灌入風(fēng)機(jī)殼體內(nèi)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停機(jī)。

圖2 脫硫塔噴淋管道結(jié)晶情況

通過分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)原用水的硬度較大、約150 mg/L，在脫硫過程中容易形成CaSO4·2H2O結(jié)晶體。經(jīng)過工藝調(diào)整，將系統(tǒng)用水改為干熄焦余熱鍋爐所使用的除鹽水，其硬度在10 mg/L 左右，使用一段時(shí)間后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)壁、噴淋管道等以前的結(jié)晶部位已基本上沒有結(jié)晶物，系統(tǒng)噴淋效果良好，有效保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行（圖3）。

圖3 脫硫塔噴淋管道及塔壁結(jié)晶情況

3.2 脫硫塔噴淋泵故障較多

脫硫塔二級(jí)循環(huán)泵主要負(fù)責(zé)脫硫塔濃縮段與循環(huán)槽之間的液體循環(huán)，使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)泵電流小的問題，使得泵流量減少，導(dǎo)致濃縮段噴淋效果下降，系統(tǒng)煙氣溫度升高等一系列問題?？偨Y(jié)分析后認(rèn)為，導(dǎo)致二級(jí)循環(huán)泵電流減小的原因主要有：系統(tǒng)結(jié)晶嚴(yán)重堵塞泵入口的濾芯或噴淋管道、噴頭等部位；其他異物堵塞泵入口的濾芯或管道；系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后產(chǎn)生的污物較多，并容易產(chǎn)生泡沫，導(dǎo)致泵入口流量減小；泵葉輪故障。

針對(duì)系統(tǒng)結(jié)晶和異物問題導(dǎo)致泵電流減小，應(yīng)改進(jìn)工藝用水，采用硬度較低的水源并定期清理泵的入口濾芯。由于廢煙氣內(nèi)含有一定的焦油、粉塵等雜質(zhì)，使用一段時(shí)間后系統(tǒng)循環(huán)溶液污物的不斷增多，循環(huán)溶液在回流入循環(huán)槽時(shí)，在流體運(yùn)動(dòng)的沖擊下更容易產(chǎn)生泡沫，當(dāng)液位較低時(shí)泵入口會(huì)進(jìn)入一定量的汽泡，進(jìn)而導(dǎo)致泵的流量降低，因此需要定期對(duì)系統(tǒng)循環(huán)溶液進(jìn)行排污，以減少污物。

循環(huán)泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于日常檢查不及時(shí)、系統(tǒng)腐蝕、磨損等原因，會(huì)導(dǎo)致葉輪出現(xiàn)不同程度的損壞，這樣應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢修更換。另外，還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的氯離子濃度選擇適應(yīng)的葉輪材料，如317 不銹鋼或2205、2507 等雙相不銹鋼材料，以延長(zhǎng)葉輪的使用壽命，降低設(shè)備的故障率。

3.3 脫硫塔入口煙氣溫度高

脫硫系統(tǒng)的前端設(shè)有熱管式煙氣換熱器，其主要作用之一就是對(duì)脫硝后的原煙氣進(jìn)行換熱、降溫，保證進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣溫度小于150 ℃。但隨著系統(tǒng)使用時(shí)間的延長(zhǎng)，在脫硫系統(tǒng)之前的熱管式換熱器因內(nèi)部積料、腐蝕等原因，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱效率逐步下降，這會(huì)使進(jìn)入脫硫塔的煙氣溫度隨之升高，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況了解到，脫硫塔入口煙道溫度最高時(shí)曾達(dá)到205 ℃，而脫硫塔內(nèi)的防腐層最高耐溫150～180 ℃，嚴(yán)重影響脫硫塔內(nèi)防腐層的使用壽命，給整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來不利影響。

同時(shí)，脫硫系統(tǒng)前端的熱管式換熱器，因更換難度大，且更換時(shí)需要系統(tǒng)停機(jī)才可進(jìn)行，為保障環(huán)保設(shè)施的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，減少設(shè)備停機(jī)，經(jīng)過共同研討最終決定采取在脫硫塔煙道入口前加裝降溫霧化噴槍，將水通過霧化噴槍霧化后噴入煙道內(nèi)與熱煙氣進(jìn)行混合，達(dá)到煙氣降溫的目的。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，煙氣經(jīng)過霧化噴槍降溫后溫度可以下降約30 ℃，降溫效果明顯。為了滿足不同的工況，也可以多裝幾只噴槍、通過閥門調(diào)節(jié)開關(guān)，以更加合理地控制煙氣降溫的效果。

3.4 脫硫塔濃縮段噴淋管道檢維修不便

為確保溶液經(jīng)過管道噴淋噴頭后形成的覆蓋面能充滿整個(gè)塔的斷面、保證噴淋效果，濃縮段噴淋管道在塔內(nèi)按照一定的幾何結(jié)構(gòu)布置。但原設(shè)計(jì)濃縮段噴淋管道安裝位置位于管道支撐結(jié)構(gòu)的下方，且管道采用玻璃鋼材料，當(dāng)管道出現(xiàn)異物堵塞噴頭、噴頭脫落、管道泄漏等故障時(shí)，檢維修作業(yè)難度較大。當(dāng)噴頭或管道需要檢修時(shí)，因位于支撐結(jié)構(gòu)下方且距離底部高差較大，所以需要搭設(shè)吊架、跳板等臨時(shí)檢修平臺(tái)才能進(jìn)行檢維修作業(yè)，施工難度大，存在一定的安全隱患且作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)。經(jīng)過研討決定采取如下措施：①為方便作業(yè)、提高檢維修作業(yè)的效率，縮短作業(yè)時(shí)間，提高安全性，將原有的噴淋管道放置于管道支撐結(jié)構(gòu)的上方；②為保障噴淋效果，將連接噴頭的支管延長(zhǎng)并加裝彎頭，使得每一個(gè)噴頭的平面分布位置不變；③考慮到玻璃鋼材料的拆裝、維護(hù)有一定局限性，接口進(jìn)行粘接時(shí)需要的固化時(shí)間比較長(zhǎng)，且當(dāng)使用周期較長(zhǎng)時(shí)，隨著玻璃鋼材料的性能老化、下降，故障率也會(huì)增加，因此改造時(shí)將噴淋管道的材料更換為2205 雙相鋼，并將管道分成多個(gè)管段，管段之間用法蘭連接；④噴淋所使用的噴頭也改為法蘭結(jié)構(gòu)，通過法蘭與管道進(jìn)行連接。

改造后的脫硫塔濃縮段噴淋管道，當(dāng)出現(xiàn)故障需要處理時(shí)，能夠很便捷地進(jìn)行拆卸、安裝，操作簡(jiǎn)單，有效地提高了檢維修作業(yè)的效率，縮短了作業(yè)時(shí)間，避免設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，降低了設(shè)備故障率，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了條件。

3.5 循環(huán)槽備用改造

循環(huán)槽作為脫硫塔濃縮段噴淋系統(tǒng)的中間儲(chǔ)液槽，是噴淋系統(tǒng)的重要組成部分。循環(huán)槽原設(shè)計(jì)為槽體采用Q235 材料，內(nèi)部做玻璃鱗片防腐層。當(dāng)使用周期較長(zhǎng)時(shí)，受玻璃鱗片防腐層性能下降、施工質(zhì)量等多方面因素的影響，防腐層容易發(fā)生損壞，進(jìn)而導(dǎo)致罐體出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。但因循環(huán)槽未設(shè)計(jì)備用設(shè)備，當(dāng)循環(huán)槽出現(xiàn)漏點(diǎn)時(shí)，要想徹底處理只能將噴淋系統(tǒng)關(guān)閉，而關(guān)閉噴淋系統(tǒng)又會(huì)使得脫硫塔內(nèi)煙氣溫度升高，容易破壞脫硫塔內(nèi)的防腐層，影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)這些不利因素，經(jīng)過深入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行調(diào)研，將脫硫系統(tǒng)中作為整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)檢修時(shí)臨時(shí)儲(chǔ)存循環(huán)溶液的檢修槽進(jìn)行改造，使其成為循環(huán)槽的備用槽。同時(shí)，考慮到系統(tǒng)的強(qiáng)腐蝕性，改造時(shí)管道采用PPH（PolyProplyene-Homo，均聚聚丙烯）材料，在循環(huán)槽入口管道上加裝一個(gè)三通并安裝控制閥門：一路管道仍按原路返回循環(huán)槽，一路管道經(jīng)新加裝的PPH 管道回流至檢修槽，再通過管道上安裝的控制閥門分別單獨(dú)控制兩路管道，實(shí)現(xiàn)管路的在線切換。同時(shí)，在檢修槽與二級(jí)循環(huán)泵之間加裝聯(lián)通管道，管道接口引至循環(huán)槽與二級(jí)循環(huán)泵之間的聯(lián)通管上，聯(lián)通管道上分別布置閥門進(jìn)行控制，至此濃縮段的循環(huán)溶液就可以實(shí)現(xiàn)在檢修槽、二級(jí)循環(huán)泵、脫硫塔濃縮段三者之間的連續(xù)循環(huán)，讓檢修槽成為循環(huán)槽的備用槽。

此外，因?yàn)檠h(huán)槽與檢修槽的結(jié)構(gòu)稍有區(qū)別，在改造過程中還需要對(duì)檢修槽內(nèi)部的防腐層進(jìn)行修復(fù)、加固，以確保檢修槽能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。改造后，當(dāng)循環(huán)槽出現(xiàn)漏點(diǎn)或管道出現(xiàn)泄漏等故障時(shí)，可以通過管道上設(shè)置的控制閥門進(jìn)行切換，將循環(huán)槽切出、投入檢修槽進(jìn)行使用，這樣可以在不影響系統(tǒng)運(yùn)行的情況下離線檢修循環(huán)槽，消除設(shè)備故障，保障環(huán)保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)論

焦?fàn)t廢氣是國(guó)家重點(diǎn)治理的廢氣之一[4]，隨著脫硫脫硝技術(shù)的不斷成熟，為有效治理焦?fàn)t廢氣污染物提供了技術(shù)保障[5]。對(duì)脫硫脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中常見的故障及系統(tǒng)的不足進(jìn)行分析、總結(jié)，并針對(duì)各類故障、不足之處提出相應(yīng)的改進(jìn)方法，能夠有效降低設(shè)備故障率，確保環(huán)保設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，具有良好的社會(huì)效益，為同類設(shè)備故障處理提供參考。