球團工藝活性焦脫硫脫硝系統運行問題分析

楊 柳，王 飛，毛 瑞

(1江蘇沙鋼集團有限公司；2江蘇省（沙鋼）鋼鐵研究院環保資源研究室，江蘇張家港 215625）

引言

活性焦脫硫脫硝工藝是目前工業化應用效果較成熟的煙氣治理工藝，能夠滿足當前煙氣超低排放的治理要求［1-3］。沙鋼球團車間2 號球團生產線為鏈篦機—回轉窯工藝，采用活性焦脫硫脫硝系統。該系統于2019 年投入生產運行，經過調試運行，保證了球團工藝的煙氣達到超低排放標準，運行效果較好。在調試過程中也出現了一些問題，主要表現在：（1）凈化塔的垂直大煙道出現腐蝕現象；（2）凈化塔內出現粘結物，特別是在噴氨區域，粘結物堵塞了部分煙氣通道，降低了系統的運行效率。針對出現的問題進行了現場調研和取樣分析，以期找到問題原因，為整改措施提供方案。

1 垂直大煙道的腐蝕

鏈篦機—回轉窯工藝煙氣從鏈篦機抽干段和預熱I 段的風箱經由主引風機抽出，再經過除塵系統，由垂直大煙道鼓入凈化塔進行脫硫脫硝。活性焦脫硫脫硝系統自運行以來，根據工藝要求，當煙氣溫度大于130 ℃時，垂直大煙道內置的噴淋裝置會對煙氣進行降溫。垂直大煙道在安裝噴淋裝置的下部區域出現了一定的腐蝕。對垂直大煙道下部收集的噴淋廢液進行過濾，廢液呈透明的藍綠色。對廢液進行化學分析，結果如表1所示。

表1 噴淋廢液的化學分析結果

經過分析可知，噴淋廢液中含有1.24%的氯元素，并含有部分亞鐵離子，且廢液pH 值2～3，呈酸性。噴淋裝置采用工業水對煙氣進行噴淋降溫，且垂直大煙道采用不銹鋼材質，所以大煙道的腐蝕應是煙氣中的腐蝕物溶于噴淋水導致的。對垂直大煙道下部腐蝕嚴重的區域形成的腐蝕物進行化學成分分析，結果如表2所示。從結果可知，腐蝕粘結物中含有較高的鉻、鎳元素，遠高于粉塵中的鉻、鎳元素的含量，說明不銹鋼材質的管壁被嚴重腐蝕。腐蝕物中還含有較高的氯、氟元素。基于此推測，煙氣中的含有氟化氫、氯化氫等溶于噴淋水形成的酸性溶液導致垂直大煙道的管壁腐蝕。

表2 垂直大煙道腐蝕粘結物的化學成分 %

2 凈化塔內的粘結物分析

凈化塔內噴氨區域的粘結現象較明顯，如圖1所示。

圖1 噴氨區的粘結現象

粘結物堵塞了噴氨區與活性焦區域的連接通道，活性焦的下降管道也出現了粘結物。對噴氨區的粘結物取樣進行化學分析和物相檢測，結果分別如表3和圖2所示。

圖2 噴氨區粘結物的物相檢測結果

表3 噴氨區粘結物的化學分析結果 %

綜合分析，粘結物的主要成分為氯化銨，其中氯含量高達66.92%。煙氣中可能含有大量的氯化氫氣體，遷移至凈化塔的噴氨區域與氨氣反應形成了氯化銨，氯化銨的升華溫度為350 ℃，凈化塔噴氨區的溫度為120 ℃左右，在此溫度下生成的氯化銨結晶，粘附在凈化塔壁面上造成堵塞。

3 煙氣中氯的來源分析

球團礦粉中含有一定量的氯元素，沙鋼球團精粉和輔料中的氯含量如表4所示。

表4 球團精粉和輔料中的氯含量 %

對其中的秘魯精粉和澳洲精粉進行水洗試驗，對水洗后的溶液進行蒸發結晶，對結晶物進行X 射線衍射分析，結果如圖3 和圖4 所示。從結果可知，球精粉中的氯化物主要是氯化鈉和氯化鎂等鹽類。

圖3 秘魯精粉水洗結晶物的物相組成

球精粉經造球后進入鏈篦機回轉窯系統，在高溫下會進行一系列的物理化學變化。經過熱力學分析與計算，在表5 列舉了生球中氯化物在鏈篦機回轉窯系統中可能發生的化學反應［4］。

圖4 澳洲精粉水洗結晶物的物相組成

表5 礦粉中氯化物在鏈篦機回轉窯系統中可能發生的化學反應

從表5 中所列的化學反應可知，礦粉中的氯化物在鏈篦機回轉窯系統內會發生反應生成氯化氫氣體。在各反應中水蒸氣均是必要的反應物，水蒸氣主要由生球經鏈篦機帶入系統。其中反應（1）～（3），礦粉中氯化物與水蒸氣和礦粉中氧化硅在溫度超過一定值時即可以發生反應生成氯化氫氣體；反應（4）～（12）則是在低于某一溫度值時反應便會發生，礦粉中的氯化物需要與水蒸氣和二氧化硫或二氧化氮或二氧化碳反應生成氯化氫氣體，但所需的二氧化硫或二氧化氮或二氧化碳是在回轉窯的高溫段生成的。

圖5 是鏈篦機內部氣流分布的示意圖，生球首先經鼓干段烘干部分水分，然后進入抽干段繼續烘干，在抽干段和預熱I 段具有生球帶入的水分，同時具有從回轉窯和預熱II 段帶來的二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳氣體，并且抽干段的溫度在250～500 ℃之間，預熱I段溫度在700～900 ℃之間，結合上述對表5 中的化學反應的分析，可知在抽干段和預熱I段具備發生表5中所示化學反應的條件，能夠產生氯化氫氣體。氯化氫氣體隨煙氣進入垂直大煙道，一部分溶于噴淋水中形成酸性溶液，腐蝕了煙道管壁，一部分氯化氫氣體進入凈化塔與氨水反應生成氯化銨結晶，粘結在塔壁上形成堵塞。

圖5 鏈篦機內部氣流分布示意圖

根據對球團工藝中氯元素的收入項和支出項的分析計算，得出球團工藝的氯元素平衡，如表6所示。從結果可知，球團生產過程中，由各類原輔料帶入的氯元素質量為69.53 kg/h，其中約90%進入了煙氣系統，給脫硫脫銷系統造成了較大的負擔。

表6 球團工藝的氯元素平衡計算表

4 防止氯腐蝕的可行措施

上述分析可知，在鏈篦機中形成的氯化氫氣體是造成垂直大煙道腐蝕和凈化塔氯化銨堵塞的根本原因。垂直大煙道需要做防腐改造，如果不進行防腐改造，長此以往可能造成垂直大煙道鋼結構強度的破壞，嚴重的可能出現安全事故。為了降低氯的腐蝕，可采取以下措施。

（1）可嘗試在垂直大煙道的噴淋處采用堿性溶液噴淋降溫，最大程度地吸收煙氣中的氯化氫氣體。現在的噴淋水為沙鋼工業水，可采用堿性溶液（比如氨水、氫氧化鈉、碳酸氫鈉溶液等）吸收煙氣中的氯化氫氣體，減少其進入凈化塔的量。

（2）對噴淋裝置進行技術改造，提高噴淋霧化水的均勻性和覆蓋范圍，最大程度地吸收煙氣中的氯化氫氣體。

（3）增強鏈篦機的烘干效率。從煙氣中氯化氫氣體的生成機理可知，水蒸氣是氯化氫生成的必要反應物，若將生球團在鏈篦機鼓干段就盡量烘干，使進入鏈篦機抽干段和預熱I 段的水蒸氣降低，即可降低氯化氫氣體的生成［5］。

（4）限制高氯球團原輔料的使用量。通過對球團原輔料的氯含量分析，限制對高氯原料的使用比例，從源頭降低進入鏈篦機回轉窯系統的氯含量。

5 結語

5.1 活性焦脫硫脫硝系統的大煙道腐蝕為酸腐蝕，凈化塔內噴氨區形成的粘結物為氯化銨，鏈篦機-回轉窯系統內生成的氯化氫氣體是導致腐蝕和粘結物堵塞的根本原因。

5.2 在球團鏈篦機-回轉窯工藝中，球團生球水分在鏈篦機高溫區發生一系列 化學反應，能夠生成氯化氫氣體，生球帶入的水分是生成氯化氫氣體的必要反應物。

5.3 為了降低腐蝕和粘結堵塞的問題，可從源頭降低高氯原料的使用比例，同時推對鏈篦機工序進行優化，使其在低溫區將生球烘干，從而削弱氯化氫的生產條件，在末端增加防腐和吸收氯化氫氣體的裝置能大幅降低氯化氫對系統的影響。