催化煙氣脫硫脫硝余熱鍋爐激波吹灰器腐蝕研究

陳明

摘????? 要：針對催化煙氣脫硫脫硝裝置余熱鍋爐的激波吹灰器腐蝕問題，對該余熱鍋爐的激波吹灰器使用情況和腐蝕情況進(jìn)行介紹。通過對腐蝕原因的分析，提出了應(yīng)對措施，從而減少裝置腐蝕破損和現(xiàn)場動火等特殊作業(yè)帶來的風(fēng)險與隱患，提高鍋爐運(yùn)行效率和安全運(yùn)行周期，保證催化裂化煙氣達(dá)標(biāo)排放。

關(guān)? 鍵? 詞：脫硫脫硝；激波吹灰；腐蝕

中圖分類號：TK223.27???? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A?? ??文章編號： 1004-0935（2023）11-1606-04

隨著環(huán)境問題日益凸顯，人們對環(huán)境保護(hù)越來越重視，環(huán)保問題也成為了制約企業(yè)發(fā)展的重要原因之一。為滿足煙氣排放要求，某石化公司為其? 140萬t·a^-1重油催化裂化裝置配套建設(shè)了催化煙氣脫硝除塵脫硫裝置，于2014年12月底一次開車成功，并經(jīng)近年來的調(diào)整優(yōu)化與改造，達(dá)到煙氣SO₂排放質(zhì)量濃度≤50 mg·m^-3、NO_X排放質(zhì)量濃度??? ≤100 mg·m^-3、粉塵排放質(zhì)量濃度≤10 mg·m^-3，滿足本地區(qū)污染物控制要求。

1? 裝置流程及吹灰器工作原理

1.1? 裝置簡要流程

該公司建設(shè)的催化裂化煙氣脫硝除塵脫硫裝置（簡稱脫硫脫硝），采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)、（雙循環(huán)）新型湍沖文丘里除塵脫硫技術(shù)及靜電除塵器除塵等。裝置包括額定蒸發(fā)量??? 56.7 t·h^-1的余熱鍋爐1臺、SCR脫硝單元、除塵脫硫單元以及相應(yīng)的氨制備區(qū)、廢水處理單元、高鹽水蒸發(fā)結(jié)晶（MVR）單元等。

催化裂化裝置高溫?zé)煔饨?jīng)過煙機(jī)做工后，由DN2200的管道從爐底引入爐膛，經(jīng)2臺對向布置的燃燒器補(bǔ)燃煙氣中CO后（爐膛溫度約750 ℃），依次經(jīng)過水保護(hù)段、兩級過熱器、蒸發(fā)一段、蒸發(fā)二段、脫硝模塊、高低溫省煤器，高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐各受熱面時會對受熱面進(jìn)行傳熱并逐步降溫至170～200 ℃。經(jīng)尾部煙道蝶閥及煙道提升后，自上而下進(jìn)入激冷塔，經(jīng)急冷以及自下而上的逆噴噴嘴降溫（約55～60 ℃）后，進(jìn)入綜合塔，自下而上依次經(jīng)過消泡器、除沫器、折流板除霧器、氣旋除霧器、靜電除塵器后經(jīng)煙囪（約80 m高）排入大氣。由于催化高溫?zé)煔庵袝y帶一定量的催化劑細(xì)粉，在經(jīng)過余熱鍋爐各受熱面時會沉降、積聚，導(dǎo)致受熱面?zhèn)鳠崮芰ο陆?，鍋爐熱效率降低，并對鍋爐長期的安全平穩(wěn)運(yùn)行造成影響。為及時清除積灰，裝置采用激波吹灰器、聲波吹灰器、蒸汽吹灰器3種方式進(jìn)行清灰^[1]。

1）激波吹灰器：裝置共安裝40臺激波吹灰器，是裝置最重要的吹灰方式，對稱布置在水保護(hù)段、過熱器段等每層受熱面的側(cè)壁上，能夠有效清楚受熱面積灰。

2）蒸汽吹灰器：裝置共安裝4臺蒸汽吹灰器，對稱布置在兩層SCR脫硝模塊上部，主要為了清除脫硝催化劑模塊上的積灰。

3）聲波吹灰器：裝置共安裝4臺，對稱布置在兩層SCR脫硝模塊側(cè)壁，作為蒸汽吹灰器的補(bǔ)充 使用。

1.2? 激波吹灰器組成及工作原理

激波吹灰是一種在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用于燃煤鍋爐、生物質(zhì)鍋爐及余熱鍋爐中用于清除受熱面積灰的技術(shù)，關(guān)鍵是制造可控制的燃料爆燃，以產(chǎn)生一道強(qiáng)度可控的激波。激波吹灰器由燃料和空氣的控制器、混合器、點(diǎn)火器、激波發(fā)生器和噴口以及相應(yīng)的控制閥門、電氣、儀表系統(tǒng)等組成。激波吹灰器的工作原理是：將燃料（主要是煉廠干氣）和氧化劑（非凈化風(fēng)）按照一定比例混合形成可燃性的混合氣體，進(jìn)入帶有點(diǎn)火器的混合器中，通過點(diǎn)火器點(diǎn)燃混合氣產(chǎn)生微爆作為瞬時高壓氣源，經(jīng)過特制結(jié)構(gòu)的管道和噴嘴形成強(qiáng)壓縮激波，在高速氣流、聲疲勞和熱清洗等多種能量作用下，使?fàn)t管上的積灰脫落，達(dá)到清灰的目的^[2]。

2? 激波吹灰器腐蝕情況及處置

2.1? 腐蝕情況介紹

該裝置自投用以來運(yùn)行穩(wěn)定，煙氣指標(biāo)均在設(shè)計值范圍內(nèi)，但發(fā)現(xiàn)激波吹灰器的混合器經(jīng)常會出現(xiàn)破損，破損處的形狀成不規(guī)則面狀。經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)破損的混合器處于高溫段（水保護(hù)段、過熱器段、蒸發(fā)一段，爐內(nèi)溫度大于440 ℃）的占90%以上。對破損的激波吹灰混合器進(jìn)行拆卸更換，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部破損處較其他部位減薄情況嚴(yán)重，且內(nèi)部存在積灰。破損處一般為混合器底部附近，如圖1所示，結(jié)合破損內(nèi)部情況，初步判斷為露點(diǎn)腐蝕造成^[3-5]。

2.2? 處置方式

由于吹灰器混合器存在破損，在運(yùn)行時會有爆炸性氣體外溢，形成火源。且混合器破損還會導(dǎo)致作用到爐膛受熱面上的高壓氣體不足，影響吹灰效果。為保證裝置安全需停運(yùn)激波吹灰，這會使鍋爐排煙溫度上升（約5～10 ℃），降低鍋爐熱效率，故必須要及時處理。由于是裝置屬于易燃易爆區(qū)域，為減少補(bǔ)焊等動火作業(yè)帶來的風(fēng)險，作業(yè)部采取鋼扎帶捆扎的方式臨時處理。待條件允許后，檢維修人員在裝置現(xiàn)場使用氣割的方式拆除破損并更換新的混合器。

為驗證混合器破損的原因，選取部分混合器在底部彎頭處加裝保溫，以減少混合器底部的散熱損失降低露點(diǎn)腐蝕。通過1年的實際運(yùn)行觀察，彎頭加裝保溫后的混合器與不加保溫的混合器相比，破損的現(xiàn)象大大減少。

3? 原因分析

3.1? 煉廠干氣質(zhì)量不合格

該裝置激波吹灰器使用的是廠內(nèi)脫硫后的干氣，硫化氫質(zhì)量濃度控制指標(biāo)為≤20 mg·m^-3，但受產(chǎn)氣裝置的波動、干氣脫硫（乙醇胺溶液吸附）裝置運(yùn)行波動等影響，煉廠干氣系統(tǒng)偶爾會出現(xiàn)硫含量超標(biāo)的現(xiàn)象。而含硫的煉廠干氣與非凈化風(fēng)混合爆燃后會生成SO₂、SO₃和水蒸氣等產(chǎn)物，在高溫作用下會產(chǎn)生硫酸蒸氣，且由于混合器處于爐膛外，未經(jīng)保溫處理，導(dǎo)致硫酸蒸氣在混合器璧上遇冷凝結(jié)積存在低點(diǎn)腐蝕設(shè)備。同時，由于干氣脫硫后流程較長，干氣會攜帶一定量的水和溶劑，當(dāng)裝置設(shè)置的瓦斯分液罐脫液不及時或脫硫系統(tǒng)波動時，容易造成進(jìn)激波吹灰器瓦斯帶液現(xiàn)象，影響激波吹灰器的運(yùn)行效果。

3.2? 非凈化風(fēng)含水量大

工廠用風(fēng)分為凈化風(fēng)與非凈化風(fēng)，空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后，一部分壓縮空氣作為非凈化風(fēng)直接進(jìn)入非凈化風(fēng)管網(wǎng)，另一部分壓縮空氣進(jìn)入干燥器進(jìn)行干燥后作為凈化風(fēng)進(jìn)入凈化風(fēng)管網(wǎng)。由于非凈化風(fēng)未經(jīng)其他工藝或流程處理這使得空氣中的水分無法脫出，非凈化風(fēng)含水量大，尤其在陰雨天，或者裝置在冬季運(yùn)行期間，由于氣溫降至０℃以下，非凈化風(fēng)帶水現(xiàn)象十分明顯^[6]。同時，由于余熱鍋爐裝置處于管網(wǎng)末端，用風(fēng)量也較小，更容易帶水。與燃料混合爆炸后，存在的水蒸氣會與煙氣中的硫在一定條件下反應(yīng)生成SO₃，在激波吹灰混合器中凝結(jié)產(chǎn)生腐蝕。

3.3? 保護(hù)風(fēng)壓力不足

由于激波吹灰器運(yùn)行是間歇性的，每臺激波吹灰器在完成一次吹灰工作后，控制系統(tǒng)會自動開啟非凈化風(fēng)控制閥向混合器供風(fēng)，可減少高溫?zé)煔饣亓鞯交旌掀髦杏隼湫纬陕饵c(diǎn)腐蝕損壞設(shè)備，同時可避免煙氣中的催化劑細(xì)粉堵塞混合器噴嘴。保護(hù)風(fēng)的運(yùn)行會受到非凈化風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)壓、保護(hù)風(fēng)走向、系統(tǒng)布局等多方面影響。保護(hù)風(fēng)先經(jīng)過省煤器等低溫段吹灰器，后向高溫段供風(fēng)，這就導(dǎo)致高溫段的保護(hù)風(fēng)壓力不足，高溫?zé)煔獍l(fā)生回流在混合器內(nèi)遇冷凝結(jié)形成露點(diǎn)腐蝕^[7-9]。

3.4? 吹灰器不工作

由于吹灰器的工作原理是通過干氣和非凈化風(fēng)混合爆燃，這需要干氣和非凈化風(fēng)的比例處于干氣的爆炸極限范圍內(nèi)。煉廠干氣為氫氣、甲烷、乙烷等（干氣各組分體積分?jǐn)?shù)見表1），爆炸體積分?jǐn)?shù)約為5%～16%^[10]，范圍較窄，干氣與非凈化風(fēng)的比例不好控制。而受產(chǎn)氣裝置為調(diào)整汽柴油及液化氣收率的操作等影響，干氣各組分體積分?jǐn)?shù)不斷變化，干氣的爆炸極限并不是固定不變的。同時，吹灰器是否工作只能依靠現(xiàn)場操作人員巡檢時依據(jù)聲音判斷，吹灰器單臺不工作的情況較難發(fā)現(xiàn)。即使發(fā)現(xiàn)吹灰器不工作后，由于干氣和非凈化風(fēng)的開度大小只能依據(jù)現(xiàn)場轉(zhuǎn)子流量計和壓力表，通過現(xiàn)場手閥控制，所以調(diào)整不及時且有一定難度。在干氣組分變化時，未及時調(diào)整或調(diào)整不到位會使吹灰器不工作，時間長后易導(dǎo)致粉塵堆積到吹灰器通道，使酸性物質(zhì)堆積對吹灰器造成腐蝕

4? 建議措施

4.1? 嚴(yán)控?zé)拸S干氣的質(zhì)量

加強(qiáng)對干氣系統(tǒng)脫硫裝置的運(yùn)行控制與分析判斷，根據(jù)對乙醇胺溶液相關(guān)指標(biāo)的監(jiān)控，及時采取乙醇胺溶液凈化等措施，保證凈化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行；加強(qiáng)裝置瓦斯分液罐的監(jiān)控，及時進(jìn)行切液操作，避免煉廠干氣中的硫化氫含量超標(biāo)和含水量大的情況出現(xiàn)。

4.2? 調(diào)整保護(hù)風(fēng)的開度

提高保護(hù)風(fēng)量和風(fēng)壓，在條件允許情況下逐一測試每臺吹灰器的保護(hù)風(fēng)大小，排除由于閥門損壞等問題導(dǎo)致的保護(hù)風(fēng)風(fēng)量不足。規(guī)劃保護(hù)風(fēng)系統(tǒng)布局，保證每臺激波吹灰器的保護(hù)風(fēng)壓能夠滿足要求。

4.3? 在激波吹灰混合器外表面做保溫處理

由于混合器處于爐膛之外，而硫酸蒸氣的露點(diǎn)基本在140～160 ℃，故煙氣中的硫酸蒸氣極易在混合器內(nèi)遇冷凝結(jié)，這也是發(fā)生腐蝕的根本原因。經(jīng)保溫處理后，混合器內(nèi)溫度將高于硫酸蒸氣的露點(diǎn)溫度，實踐表明，在混合器外尤其是底部彎頭處做保溫處理，能夠有效減少露點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

4.4? 做好非凈化風(fēng)的脫水控制

為保證進(jìn)入裝置的非凈化風(fēng)壓力穩(wěn)定，在非凈化風(fēng)管網(wǎng)進(jìn)入裝置后，設(shè)有一個非凈化風(fēng)緩沖罐，并設(shè)置必要的安全閥和壓力表，為調(diào)整進(jìn)入裝置的非凈化風(fēng)壓力提供依據(jù)。為減少非凈化風(fēng)帶水和冬季凍凝現(xiàn)象，緩沖罐底部設(shè)有排凝口，可以通過閥門控制排液。在冬季和陰雨天時加大排液的頻次，減少進(jìn)入裝置的非凈化風(fēng)含水量。

5? ?結(jié)束語

催化裂化煙氣脫硫脫硝余熱鍋爐激波吹灰器的混合器破損現(xiàn)象會影響吹灰器吹灰效果，在停運(yùn)激波吹灰器時，受熱面積灰會導(dǎo)致排煙溫度上升，進(jìn)而影響鍋爐熱效率和安全運(yùn)行周期。通過對混合器破損點(diǎn)的具體研究確認(rèn)破損原因是腐蝕形成的，采取在混合器外壁加裝保溫棉等措施，顯著減少腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，并間接地減少了裝置現(xiàn)場動火作業(yè)帶來的風(fēng)險和隱患，提高鍋爐運(yùn)行效率與安全運(yùn)行周期。提出調(diào)整保護(hù)風(fēng)開度、加強(qiáng)非凈化風(fēng)排液等多種措施優(yōu)化運(yùn)行，從根源上減少吹灰器腐蝕問題。

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Study on Corrosion of Shock Wavesoot Blower for FCC Gas

Desulfurization and Denitrification Unit Waste Heat Boiler

CHEN Ming

（Sinopec Qingdao Petrochemical Co.， Ltd.， Qingdao Shandong 266043， China）

Abstract：? Aiming at the problem of corrosion of shock wave soot blower for FCC gas desulfurization and denitrification unit waste heat boiler， service condition and corrosion of the shock wave soot blower for waste heat boiler were introduced. Based on the analysis of corrosion causes， the countermeasures were put forward， so as to reduce the risks and hidden dangers caused by special operations such as corrosion damage of the device and on-site hot work， improve the operation efficiency and safe operation cycle of the boiler， and ensure the emission of FCC flue gas up to standard.

Key words：? Desulfurization and denitrification;? Shock wave soot blowing;? Corrosion