淺析以石油焦為燃料的玻璃熔窯余熱鍋爐運行故障原因及解決措施

顏興健

（南寧浮法玻璃有限責任公司 南寧 530409）

0 引言

目前，保證煙氣穩(wěn)定達標的排放是采用石油焦粉為主要燃料的平板玻璃生產(chǎn)線所面臨的一大難題。石油焦是原油經(jīng)蒸餾將輕重質(zhì)油分離后，重質(zhì)油再經(jīng)熱裂后轉(zhuǎn)化而成的產(chǎn)品。從外觀上看，為形狀不規(guī)則、大小不一的黑色塊狀（或顆粒），有金屬光澤，具多孔隙結(jié)構(gòu)，主要的元素組成為碳，占有80%以上，含氫1.5%～8%，其余的成分為氧、氮、硫和金屬元素。石油焦灰份中含有的主要元素為鐵、硅、鈣、鋁、鈉、鎂，還含有少量的釩、鈦、鉻、鎳、錳等。根據(jù)含硫量的不同，可分為高硫焦、中硫焦和低硫焦3種，石油焦質(zhì)量標準（ZBE 44002—86）將生焦分為1號、2號和3號，每個號又分為A焦和B焦兩類，規(guī)定1號焦硫分不大于0.5% （A焦）及0.8% （B焦），2號焦為不大于1.0% （A焦）及1.5% （B焦），3號焦為不大于2.0% （A焦）及3.0% （B焦）。玻璃生產(chǎn)中加入的芒硝以及含硫的石油焦粉燃料，均會形成并釋放SO2。部分SO2會進一步被氧化成SO3，并與煙氣中的水蒸氣結(jié)合成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽遇冷會冷凝形成硫酸，這種現(xiàn)象在鍋爐末端蒸發(fā)器特別容易形成，從而腐蝕換熱管片。為處理排放煙氣里含有的大量氮氧化物，需加入氨氣對煙氣進行脫硝，此時逃逸的氨氣在鍋爐低溫段與SO3形成的硫酸氫氨也會腐蝕鍋爐換熱管片。本文旨在總結(jié)分析煙氣處理系統(tǒng)的故障原因，并提出解決措施。

1 故障原因

1.1 脫硝催化設(shè)計不合理

脫硝催化設(shè)計不合理，日常維護不到位，導(dǎo)致催化劑失效，促成氨逃逸，形成酸腐蝕。

逃逸的氨氣會在鍋爐低溫段第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組蒸發(fā)器的管片上形成硫酸氫氨，硫酸氫氨酸性極強，其pH值可以達到1，因此對管壁腐蝕很快，管道腐蝕到壁厚只有1.5 mm左右會發(fā)生爆管。在設(shè)計脫硝催化劑時，考慮的余量不夠，導(dǎo)致催化劑未到設(shè)計年限便失效。再加上日常對催化劑的維護不到位，沒有及時清理催化劑表面形成的大量灰覆蓋，阻隔了脫硝反應(yīng)的進行，降低了脫硝效率，造成大量得不到反應(yīng)的氨氣逃逸。

1.2 石油焦灰份大，容易引起鍋爐負壓大

灰份大的石油焦粉在熔窯內(nèi)燃燒后，剩余不可燃燒的灰份會進入到鍋爐高低溫過熱器，在管間很容易積灰形成搭橋，導(dǎo)致整組蒸發(fā)管迎風面堵塞，煙氣無法通過，最終導(dǎo)致鍋爐被迫停爐清洗。不可燃燒的灰份還會進入到脫硝催化劑中，導(dǎo)致脫硝催化劑中毒，為了控制氮氧化物排放指標，系統(tǒng)會自動加大噴氨量，此時大量逃逸的氨氣，又會在鍋爐低溫段管片上形成硫酸氫氨，腐蝕換熱管片。

1.3 鍋爐排煙溫度過低，形成酸冷凝

煙氣中部分SO2會進一步被氧化成SO3，且與煙氣中的水蒸氣結(jié)合成硫酸蒸汽。煙氣中硫酸蒸汽的凝結(jié)溫度稱為酸露點，比水露點要高很多。煙氣SO3（或者說硫酸蒸汽）含量越多，酸露點就越高，煙氣中的酸露點可達140～160 ℃，甚至更高。原鍋爐設(shè)計的排煙溫度為180 ℃，但是給水溫度只有150 ℃，即最后一組除氧蒸發(fā)器的管內(nèi)水溫是150 ℃，這樣就處在了酸露點的范圍，煙氣中的酸蒸汽極易冷凝，冷凝形成的硫酸附著在管壁上形成腐蝕，典型的凹坑狀腐蝕，最終導(dǎo)致漏水。

1.4 漏風

鍋爐本體腐蝕漏風，人孔門漏風，吹灰器漏風，保溫不佳等問題加劇設(shè)備腐蝕。鍋爐運行中發(fā)現(xiàn)，在爐壁漏風的地方，管道腐蝕越嚴重，究其原因是漏風造成局部低溫，形成酸冷凝。爐膛腐蝕穿孔，極易發(fā)生在膨脹節(jié)處。首先是膨脹節(jié)的焊接質(zhì)量不好，容易存在氣孔或沙眼，有一個點漏風就會存在腐蝕，從點到面形成較大面積的漏風，最終因冷風進入接觸管道形成酸冷凝，腐蝕管道。其次是膨脹節(jié)處保溫施工不好，膨脹節(jié)保溫側(cè)是不規(guī)則型，且一般位于鋼結(jié)構(gòu)橫梁處，保溫施工難度大，因此保溫效果不佳，導(dǎo)致膨脹節(jié)溫度偏低，容易在膨脹節(jié)處形成酸冷凝，導(dǎo)致膨脹節(jié)腐蝕，最終穿孔漏風。

1.5 SCR脫硝裝置噴氨加劇氨逃逸

選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)（簡稱SCR技術(shù)）在國外應(yīng)用較為普遍，針對石油焦粉作為燃料的玻璃熔窯，煙氣處理系統(tǒng)也大多數(shù)采用該項技術(shù)。SCR脫硝裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、脫硝效率高、運行可靠、便于維護等優(yōu)點。隨著催化劑性能的改進和反應(yīng)操作條件的優(yōu)化，SCR技術(shù)日趨成熟。但是，在煙氣脫硝的同時，催化劑使部分煙氣中SO2轉(zhuǎn)化成SO3。在脫硝工藝上，要進行噴氨，煙氣內(nèi)的氨氣在遇到SO3時，會反應(yīng)形成硫酸氫氨，其具有極強的腐蝕性，在鍋爐換熱管上會形成酸腐蝕。隨著氨逃逸的加劇，形成的硫酸氫氨就會不斷地增加。

由于玻璃熔窯的特殊性，在左右火燃燒過程中會造成左右火排放的煙氣量及成分不一致，特別是在熔窯中后期，差別會更大。煙氣排放指標控制為小時均值排放值達標，但是熔窯換火是20 min一個周期，每個周期的煙氣成分及煙氣量不一樣，就會出現(xiàn)在控制單位時間均值的過程中，左右火實際需求的氨氣量不一致。實際控制中1 h內(nèi)噴氨量是相對穩(wěn)定的，因此會有其中一個火20 min內(nèi)噴氨過量，多余的氨氣就會形成氨逃逸，在催化層遇到SO3形成硫酸氫氨。硫酸氫氨跟隨煙氣到達鍋爐換熱管，容易冷凝造成酸腐蝕。

2 解決措施

2.1 增加脫硝催化劑設(shè)計余量

因為石油焦灰份控制波動大，不可燃燒的灰份會跟隨煙氣到達催化劑層覆蓋在催化劑上，且極易堵塞，堵塞加劇會非?？?，從而阻隔脫硝反應(yīng)。傳統(tǒng)的兩層催化劑設(shè)計存在較大的使用風險，設(shè)計時應(yīng)再增加一層到兩層，確保較大的余量。在石油焦燃料灰份波動的情況下，有一定的余量應(yīng)對，而不至于出現(xiàn)大面積失效的情況。

2.2 加強對脫硝催化劑的日常維護

鍋爐運行過程中注意每一層的壓降情況，通過壓降分析，判斷催化劑是否堵塞，停機檢修時要及時對每層催化劑進行清理。根據(jù)催化劑的使用壽命，可以在使用中期，對催化劑進行取樣檢測，檢測其活性，當有一半催化劑只剩余50%活性時，不建議繼續(xù)使用。結(jié)合使用過程中氨氣用量和后端鍋爐管壁腐蝕情況，及時更換催化劑。

2.3 確保焊接質(zhì)量

焊縫沙眼及氣孔對漏風危害非常大，極易形成由點及面的腐蝕，雙面焊接可以有效降低沙眼及氣孔的概率。膨脹節(jié)處在施工過程中的焊接難度較大，且保溫施工也難以真正的確保質(zhì)量，為了降低膨脹節(jié)的腐蝕速率，建議鍋爐內(nèi)低溫段膨脹節(jié)采用316L不銹鋼，厚度4 mm，盡可能延緩膨脹節(jié)的腐蝕，延長使用壽命。在鍋爐保溫施工上，增加保溫層厚度，嚴把保溫施工質(zhì)量，特別注意膨脹節(jié)處的保溫，一定要做到保溫棉貼金屬面，不留空洞。按全雙面焊接的施工要求，對鍋爐箱體、穿管及膨脹節(jié)進行焊接施工，確保焊接質(zhì)量。

2.4 增加密封罩

蒸發(fā)器爐膛穿管位置是容易腐蝕穿孔的隱患點，內(nèi)外存在溫差，容易造成酸冷凝。因此在鍋爐每一組蒸發(fā)器的集箱外，增加密封罩，形成兩道密封屏障，隔絕空氣對流。同時在密封罩內(nèi)增加保溫，避免穿管位置溫度下降，形成酸冷凝。兩道措施，可以較好地降低穿管位置的漏風腐蝕，降低漏風風險。

2.5 增加換熱器

增加水-水換熱器提高省煤器的給水溫度，即在鍋爐給水泵出口到省煤器入口增加換熱器。排煙溫度達到210 ℃以上，減少酸露點冷凝，減少省煤器的酸腐蝕。給水泵是一個瓶頸，過高的溫度，容易造成水泵損壞，耐高溫耐高壓的給水泵制造成本大，在給水泵出口端的管路上增加換熱器是較優(yōu)的選擇。

2.6 控制脫硝噴氨量，降低氨逃逸

因為玻璃熔窯左右火的煙氣成分和煙氣量不一致，即在脫硝工藝控制的時候盡可能做到動態(tài)調(diào)節(jié)，可以根據(jù)煙氣排放氮氧化物指標的情況，調(diào)節(jié)脫硝前氨氣投入量，減少氨逃逸，減少硫酸氫氨的形成，從而保護鍋爐蒸發(fā)器不受硫酸氫氨冷凝腐蝕。

2.7 避免鍋爐低負荷運行

硫酸氫氨在低溫下具有吸濕性，在140～230℃的溫區(qū)很容易形成冷凝附著，附著在換熱管壁上的硫酸氫氨會造成腐蝕。硫酸氫氨的形成是可逆的，將溫度升高到316 ℃即可使硫酸氫氨升華，因此提高鍋爐運行溫度，可以有效降低換熱管及爐膛腐蝕的風險。

3 效果

根據(jù)多年來的摸索改進，按以上措施逐步控制優(yōu)化，鍋爐腐蝕情況有了較明顯的改善。

（1）降低了洗爐頻次

鍋爐從原來的每2個月清洗一次，到現(xiàn)在可以每4～6個月清洗一次，減少了停啟爐次數(shù)，避免停啟爐過程中的低負荷運行腐蝕。

（2）減緩了換熱管腐蝕

原來每個洗爐周期檢查，管壁外徑減少0.2～0.5 mm，即半年約減少1.5 mm，優(yōu)化后半年外徑減少0.5 mm。原來鍋爐運行一年后換熱管開始爆管漏水，現(xiàn)新鍋爐運行一年半時間，換熱管情況良好。

（3）減輕了膨脹節(jié)、人孔門及爐膛腐蝕

以前每次洗爐檢查，都發(fā)現(xiàn)大量的穿孔腐蝕，人孔門腐蝕損壞情況，目前該現(xiàn)象已極大減少。

4 結(jié)語

通過對脫硝系統(tǒng)中的脫硝催化劑增加設(shè)計余量、控制噴氨量、加強對脫硝催化劑的日常維護，可以減少氨逃逸，減少硫酸氫氨形成，減少硫酸氫氨附著，這是整個系統(tǒng)運行防止堵塞或者腐蝕爆管的關(guān)鍵。取消除氧蒸發(fā)器，采用汽包補汽進行除氧以提高鍋爐排煙溫度，可避免余熱鍋爐低負荷運行。按全雙面焊接的施工要求，對鍋爐箱體、穿管及膨脹節(jié)進行焊接施工，保證焊接質(zhì)量，可減少鍋爐漏風，確保鍋爐保溫工作。