焦?fàn)t炭化室爐墻竄漏的檢測(cè)及治理

陳君安，安占來(lái)

（河鋼集團(tuán)，河北 石家莊 050031）

0 引言

受?chē)?guó)家產(chǎn)業(yè)政策影響，焦化行業(yè)環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，尤其是焦?fàn)t煙道廢氣方面，對(duì)硫氧化物、氮氧化物和顆粒物含量均有明確的排放標(biāo)準(zhǔn)。如何降低焦?fàn)t煙道廢氣中硫氧化物和氮氧化物，是焦化行業(yè)一段時(shí)間以來(lái)高度關(guān)注的課題。眾所周知，焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中，受生產(chǎn)操作的影響，炭化室爐墻的磚縫之間會(huì)產(chǎn)生縫隙，同時(shí)爐墻墻磚也可能發(fā)生破損，這些縫隙或者缺角漏洞會(huì)導(dǎo)致炭化室內(nèi)荒煤氣竄漏至燃燒室，顯著增加煙道廢氣中硫氧化物的含量。高效率判斷炭化室爐墻的竄漏程度，及時(shí)采取有效措施防止?fàn)t墻竄漏加劇，既是降低煙道廢氣中硫氧化物的重要手段，又是焦?fàn)t操作者亟待解決的問(wèn)題[1-2]。

1 焦?fàn)t煙道廢氣排放的要求

根據(jù)《GB l6171—2012 煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求2015 年1 月1 日起企業(yè)執(zhí)行限值標(biāo)準(zhǔn)，即焦?fàn)t煙道氣排放限值執(zhí)行：ρ（SO2）≤50 mg/m3，ρ（NOx）≤500 m3，同時(shí)依據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)部“關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別批復(fù)限值的公告”，按照國(guó)務(wù)院批復(fù)實(shí)旌的《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染物防治“十三五”規(guī)劃》的相關(guān)要求，重點(diǎn)地區(qū)京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、三區(qū)十群19 個(gè)?。▍^(qū)、市）47 個(gè)地級(jí)及以上城市，十三五期間焦?fàn)t煙道氣排放限值執(zhí)行：ρ（SO2）≤530 mg/m3，ρ（NOx）≤150 m3。實(shí)踐表明，上述排放標(biāo)準(zhǔn)，僅僅依靠焦?fàn)t自身操作基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，所以，近年焦化企業(yè)為實(shí)現(xiàn)排放達(dá)標(biāo)，都借助焦?fàn)t煙道氣的脫硫脫硝來(lái)實(shí)現(xiàn)。

脫硫脫硝工藝中，如果能從源頭對(duì)廢氣中的硫氧化物、氮氧化物和顆粒物含量進(jìn)行控制，從而降低焦?fàn)t煙道廢氣中有害物質(zhì)的濃度，對(duì)降低脫硫脫硝運(yùn)行成本有較好的效果。由于煙道氣中的氮氧化物含量主要與煤氣燃燒彈溫度有關(guān)，硫氧化物的含量的控制就引起了焦?fàn)t生產(chǎn)者更大的關(guān)注。

2 煙道廢氣中硫氧化物的來(lái)源

煙道廢氣中的SO2含量主要取決于兩個(gè)方面，一是加熱用煤氣中硫化物的含量，焦化廠都會(huì)對(duì)荒煤氣進(jìn)行凈化處理在燃燒，此時(shí)煤氣中ρ（H2S）達(dá)到20～20 mg/m3左右，當(dāng)空氣過(guò)剩系數(shù)ɑ 值為1.5 時(shí)，每立方米焦?fàn)t煤氣燃燒將會(huì)產(chǎn)生約7 m3的廢氣，其中的硫元素主要以SO2的形式存在于燃燒廢氣中，其質(zhì)量濃度約為6～90 mg/m3。在鋼廠自備焦化廠，焦?fàn)t加熱用煤氣通常為混合煤氣，其中燃燒用煤氣的含硫量主要由配入的焦?fàn)t煤氣決定，而混合煤氣中焦?fàn)t煤氣質(zhì)量配比約為3%～5%，因此混合煤氣中含硫更少。焦?fàn)t煙道廢氣中的SO2的另一個(gè)來(lái)源，主要是荒煤氣通過(guò)炭化室爐墻竄漏至燃燒室燃燒產(chǎn)生。據(jù)估算[3]，煤在干餾過(guò)程中，約有15%～35%的硫轉(zhuǎn)入到荒煤氣中，其中95%以上以H2S形式存在，其余為有機(jī)硫。荒煤氣發(fā)生量為20 000 m3/h，加熱煤氣占比45%，為9 000 m3/h，漏氣率6%，入爐煤硫質(zhì)量占比為0.6%，荒煤氣中ρ（H2S）為5 500 mg/m3，計(jì)算得到由于荒煤氣竄漏帶入廢氣中的SO2為174 mg/m3，當(dāng)漏氣率降低為3%時(shí)，由于荒煤氣竄漏帶入廢氣中的SO2為87 mg/m3。因此，如能有效降低焦?fàn)t炭化室爐墻的竄漏，就能降低廢氣中的硫氧化物的含量，降低后續(xù)焦?fàn)t煙道廢氣脫硫環(huán)節(jié)的負(fù)荷。

3 炭化室爐墻竄漏程度的檢測(cè)

有效檢測(cè)焦?fàn)t爐墻竄漏程度，及時(shí)采取有效措施提高焦?fàn)t炭化室爐墻的密封效果，是焦?fàn)t操作人員減少焦?fàn)t荒煤氣竄漏的重點(diǎn)。焦?fàn)t生產(chǎn)的操作者主要是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)法、氣體成分測(cè)試來(lái)辨別爐墻竄漏。例如根據(jù)推焦后對(duì)爐墻的肉眼觀測(cè)或?qū)t墻墻面石墨層的附著情況來(lái)判斷爐墻的狀態(tài)；部分工作人員為檢測(cè)爐墻串漏選擇將廢舊掃把放入燃燒室焚燒，獲得濃煙，通過(guò)觀察相鄰炭化室或看火孔的煙霧情況來(lái)辨別爐墻竄漏情況，該檢測(cè)方法存在檢測(cè)位置難以定準(zhǔn)，且可能會(huì)有煙灰落入蓄熱室，影響焦?fàn)t加熱穩(wěn)定性；部分工作人員選擇將焦油渣和鋸末按一定比例混合均勻，用自制裝置放入燃燒室中，通過(guò)在看火孔附近加煤口及兩側(cè)看火孔觀測(cè)混合物質(zhì)燃燒不充分產(chǎn)生的煙霧來(lái)辨別串漏部位，該方法同樣有定位不準(zhǔn)的缺點(diǎn)[4]。

有部分工作人員選擇利用爐墻竄漏后，煙道廢氣成分會(huì)發(fā)生變化，來(lái)辨別爐墻竄漏情況，比如采集小煙道廢氣，并對(duì)試樣進(jìn)行分析。借助氣體分析儀測(cè)量樣本氣體中某些氣體的成分（H2、CH4、N0、O2、CO、CO2），并對(duì)比送加熱煤氣和不送加熱煤氣、裝煤和不裝煤時(shí)的指標(biāo)，來(lái)找出砌體的滲漏點(diǎn)及其大小[5]。

邯鋼焦化廠的工作人員選擇對(duì)比交換過(guò)程中小煙道廢氣中SO2的含量，來(lái)監(jiān)測(cè)爐墻的竄漏程度[6]。

4 焦?fàn)t爐墻竄漏檢測(cè)及治理

本文利用對(duì)比焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中燃燒系統(tǒng)交換前后中小煙道廢氣中SO2的含量（表1），來(lái)監(jiān)測(cè)爐墻的竄漏程度，并采取相應(yīng)爐墻維護(hù)措施。通過(guò)觀察爐墻的石墨化程度、墻面平整度和推焦電流，梳理可能竄漏炭化室號(hào)，對(duì)重點(diǎn)炭化室相應(yīng)的燃燒廢氣進(jìn)行取樣分析。其中小煙道1 和小煙道2、小煙道3 和小煙道4、小煙道5 和小煙道6 分別為3 個(gè)炭化室兩側(cè)燃燒室對(duì)應(yīng)的廢氣排放煙道。

表1 小煙道廢氣中SO2 的質(zhì)量濃度

對(duì)比小煙道廢氣中SO2含量，交換過(guò)程中小煙道1 和小煙道2 的廢氣成分中SO2含量最高，6 號(hào)炭化室兩側(cè)爐墻存在明顯竄漏，需要重點(diǎn)檢測(cè)兩側(cè)爐墻狀況；交換過(guò)程中小煙道3 和小煙道4 的廢氣成分中SO2含量較高，23 號(hào)炭化室兩側(cè)爐墻存在竄漏隱患，需要重點(diǎn)關(guān)注兩側(cè)爐墻狀況；交換過(guò)程中小煙道5 和小煙道6 的廢氣成分中SO2含量較低，38 號(hào)炭化室兩側(cè)爐墻爐墻狀況較好。

針對(duì)檢測(cè)分析結(jié)果，在推焦后重點(diǎn)觀察了6 號(hào)炭化室和23 號(hào)炭化室兩側(cè)爐墻，墻磚并沒(méi)有明顯的破損，但是爐頭和爐頂部位磚縫較明顯，決定增加爐墻石墨量來(lái)解決該竄漏問(wèn)題。主要采取了減少6 號(hào)和23 號(hào)炭化室的裝煤量、適當(dāng)調(diào)小相應(yīng)炭化室對(duì)應(yīng)的荒煤氣氨水閥門(mén)等操作。歷經(jīng)5 個(gè)結(jié)焦周期，再次對(duì)相應(yīng)炭化室對(duì)應(yīng)小煙道在交換過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行取樣分析。

通過(guò)對(duì)比小煙道廢氣中SO2含量的檢測(cè)（表2），可知相應(yīng)炭化室對(duì)應(yīng)小煙道在交換過(guò)程中的ρ（SO2）含量基本恢復(fù)至100mg/m3左右，爐墻竄漏問(wèn)題得到明顯改善。

表2 維護(hù)后小煙道廢氣中SO2 的質(zhì)量濃度

5 結(jié)論

1）近年，環(huán)保檢查對(duì)焦?fàn)t廢氣中SO2含量控制較嚴(yán)格，焦企為實(shí)現(xiàn)排放要求，增加了廢氣脫硫系統(tǒng)，如果能從源頭減少?gòu)U氣中SO2含量，可以有效減少脫硫劑的消耗，降低運(yùn)行成本。

2）焦?fàn)t炭化室爐墻的密封效果對(duì)煙道廢氣中SO2的含量有影響，檢測(cè)交換過(guò)程中煙道廢氣的SO2含量，可以有效判斷焦?fàn)t爐墻的密封狀態(tài)；及時(shí)對(duì)有竄漏的炭化室爐墻進(jìn)行處理，如增加炭化室內(nèi)煤氣壓力，增加石墨附著，可以有效減少煤氣竄漏，降低煙道廢氣的SO2含量。