濕法脫硫塔在線高效大修技術的開發與應用

張思平，劉 俊，鐘宏平，尹希龍

（新余鋼鐵股份有限公司燒結廠，江西 新余 338000）

濕法脫硫就是煙氣在脫硫塔內與自上而下噴淋脫硫劑(如石灰石漿液)逆流接觸，煙氣中的SO2等其他污染物被脫硫劑所吸收,煙氣凈化后外排。由于進入脫硫塔的煙氣中含有大量的SO2、HF、HCL、NOX等腐蝕性氣體，特別是漿液中的SO32-、SO42-、F-、CL-液相成分[1-3]，它們會對脫硫塔及煙囪形成強烈的腐蝕，造成脫硫塔結構受損和塔內設施功能大幅降低。國內濕法脫硫塔一般運行3～5年需安排一次大修，大修普遍采用的方法是生產系統長時間停機或將煙氣轉至備用脫硫系統。前一種方法一般需停機20～30天，對整條生產線影響大，經濟損失大；后一種方法需要增加建設一套脫硫系統，資金、場地投入大。

江西新余鋼鐵公司燒結廠共有五套“石灰石-石膏”煙氣濕法脫硫裝置，均采用一機一塔生產模式。對于脫硫塔的腐蝕，由于都難以長時間退出生產實施大修,一般只能安排小修小補。其中8#燒結機煙氣脫硫系統（入口煙氣濕態、工況下流量為每小時216萬m3，于2016年11月10日建成投產）經過四年的運行，脫硫塔及煙囪本體出現大范圍腐蝕穿孔現象。特別是脫硫塔的“頸脖子”變徑段小頭處的穿孔尤為嚴重，有大小孔洞四十余處，最大孔洞為500mm×300mm。作為支撐53m高煙囪的主要受力部位,該區域鋼板腐蝕穿孔、變薄，其結構受力變弱，煙囪有隨時傾倒的危險。另一方面，脫硫塔漿液區塔壁、塔底頻繁腐蝕穿孔漏漿又給生產、環保及安全造成了不良影響。

因此，有必要對8#燒結機脫硫塔實施煙囪更換等大修，以保證脫硫塔的安全、穩定運行。但由于8#燒結機的生產與公司11#高爐的生產是一一對應關系，8#脫硫系統停機受11#高爐生產的制約，最多停機檢修時間只有五天。如何在不影響8#燒結機、11#高爐正常生產的情況下，短時間內完成對8#脫硫塔的在線大修是本項目開發的難點之一；脫硫塔內存在除霧器等易燃品，如何確保在線大修時不發生火災是開發的另一個難點。本文通過對脫硫塔在線高效大修，解決了大修時間短、大修難以實施的問題，以期為濕法脫硫塔大修提供借鑒。

1 解決方法

（1）時間不足問題。針對大修工作量大、時間緊的問題，本項目計劃打破常規，開創性地將脫硫塔煙囪切割的工作轉移至生產時實施，以空間換時間，從而解決時間不足的問題。

（2）在線切割脫硫塔著火燃燒可能性分析。脫硫塔錐形段下方是除霧器層，PP材質的除霧器是易燃品。煙囪在線切割實施的前提和難點是要保證除霧器和玻璃鱗片不能著火燃燒，否則將造成脫硫塔燒毀，釀成重大經濟損失。

檢索近年來國內脫硫塔發生的四十余起火災事故，其事故原因都是在脫硫塔建設、檢修時因施工不當引燃了防腐材料或除霧器所致，沒有一起火災事故是在脫硫塔生產運行時發生的。這主要是脫硫塔運行時，攜帶大量水分、溫度為45℃～55℃的凈煙氣在通過煙囪的過程中，煙溫不斷下降。當濕煙氣溫度降到飽和溫度以下時，煙氣中的飽和態水遇壁面而冷凝析出，大量水珠附著塔壁，致塔壁潮濕。同時，煙氣在上升的過程中，煙氣中的水汽會凝結成“霧”，這些“霧”會將切割落下的火星熄滅，不會造成潮濕的除霧器著火。模擬仿真實驗也證明了這一點[4]。

而煙囪內壁防腐材料玻璃鱗片本身為非易燃品，易燃燒的是玻璃鱗片的輔材稀釋劑、固化劑，這些輔材極易燃燒也極易揮發，隨著玻璃鱗片的固化和使用，易燃燒的揮發分早已完全揮發。經試驗，在無外在干擾情況下，充分固化的玻璃鱗片在氣割槍火焰的持續高溫烘烤下只能產生“徐燃”[5，6]。而脫硫塔煙囪內壁涂刮的玻璃鱗片厚度僅有2±0.2mm，在含水煙氣的沖刷及內壁潮濕的情況下，玻璃鱗片的“徐燃”也將不會發生。

因此，在脫硫正常生產情況下,含有大量的水分的煙氣能夠將切割時產生的火星熄滅，不會導致除霧器、塔壁玻璃鱗片著火燃燒。同時為進一步防止火災，保障安全,切割作業時,密切監控脫硫塔出口煙氣溫度,每十分鐘手動開啟三級除霧器沖洗水沖洗10秒。

2 總體方案

本項目新鋼8#燒結機脫硫塔(含煙囪)總高度90m，其中原煙囪高度53m，內徑6.3m，錐形段大小頭為6.3m/13.4m、高度5.4m，其材質均為Q235B，筒體為焊接連接。

項目開發分二個階段，分步實施。一是為確保8#脫硫塔煙囪不傾倒發生重大安全事故，在8#燒結機、脫硫正常生產運行的情況下，先割除脫硫塔煙囪+90.0～+70.0m段,減輕錐形段小頭處的負荷，然后對+37.0～+60.0m段貼補和加固；并在脫硫塔旁預制+31.4～+70.0m新錐形段和煙囪。二是利用公司系統檢修、8#燒結機與11#高爐同步停機5天的機會，快速完成脫硫塔+31.4～+70.0m段更換，同時對脫硫塔內部部分設施進行更換、維修。

新煙囪及錐形段材質選用耐腐蝕性能較好的耐候鋼板制作,為快速安裝煙囪，新煙囪采用分段法蘭連接。限于第二階段時間緊，經綜合考慮，新制煙囪高度為33m，內徑不變，新錐形段尺寸不變，安裝后脫硫塔及煙囪總高度為70m，新煙囪壁厚同原煙囪對應高度厚度相同。為防止煙囪法蘭連接處受飽和煙氣的腐蝕，煙囪各段兩端200mm長筒體及法蘭采用耐腐蝕性能優質的2205不銹鋼制作。煙囪制作完成后,焊接在線檢測各管接，便于檢測設備的快速安裝。煙囪及錐形段所有焊接工作完成后，對其做好玻璃鱗片防腐。

為快速、方便割除煙囪，在安全充分保障的情況下,煙囪在線切割采取吊籠載人法。經吊裝核算，采用兩部220t汽車吊機，各掛吊籠，在各段煙囪切割線下約1m高度，環外壁四點分布，割取吊耳，掛卡扣鋼絲繩，另用一部300t主吊機保牢分段煙囪，再由施工切割員在吊籠內進行環壁切割作業。煙囪拆除吊裝時，為防止筒體變形，采取四點吊裝方式分段吊裝，吊點均勻分布在筒體四周[7-14]。

3 影響分析

本項目在第一、二階段工作結束后,脫硫塔(含煙囪)總高度均為70m,較原脫硫塔總高度降低20m。脫硫塔總高度的降低可能會影響塔內煙氣流速,進而影響脫硫效率，而塔內煙氣流速與煙囪煙氣出口流速緊密相關。因此，可以用煙囪煙氣出口流速來表征塔內煙氣流速。

根據經驗公式估算煙氣出口溫度：

式中：Ts-煙氣出口溫度；Tb-FGD煙氣溫度；H-煙囪高度。

因此可知，標高90m處的煙氣溫度比標高70m處低大約2℃。在相同狀況下，煙氣出口流速主要與煙氣流量、排氣壓力和煙氣溫度有關，由于煙囪內徑不變，煙氣流量、排氣壓力與之前也基本相同，而煙氣溫度變化很小，可以忽略不計。因而,脫硫塔總高度改變后煙囪內的煙氣流速基本保持不變,對脫硫塔內氣液接觸的脫硫反應也基本沒有影響。

從大氣污染物排放和擴散角度來講，煙囪高度的降低不利于煙氣的清潔排放。但目前冶金行業對脫硫塔煙囪高度還沒有明確的要求，行業內脫硫塔煙囪高度普遍為70m～90m。本項目完成后煙囪高度為70m，在業內允許高度范圍內。

4 大修實施

（1）在開機正常生產的情況下，分四段將脫硫塔煙囪+90.0～+70.0m段一一拆除。切割時，要保證有大量煙氣排出,防止切割火花落入下部引燃除霧器。

（2）對脫硫塔煙囪+37.0～+60.0m段進行貼補和加固。環煙囪圓周每隔一米圓弧焊接∟80角鋼加固,煙囪穿孔處用鋼板貼補或挖補。

（3）在公司系統檢修停機五天內,拆除原+70.0～+31.4m段筒體，安裝新制+31.4～+70.0m段筒體。按脫硫塔維修順序,制定每天24小時維修計劃,分時分批安排維修隊伍進入,順利完成了+31.0～+70.0m段煙囪更換、三級除霧器更換、擋水環更換、塔體挖補、防腐等大修工作。

5 實施效果

項目實施后，8#燒結機脫硫塔煙囪可能傾倒的重大安全隱患得到徹底消除，塔壁頻繁腐蝕穿孔漏漿給生產、環保及安全帶來的影響也得到了有效杜絕，保障了8#燒結機乃至11#高爐的生產，降低了維修費用。同時，脫硫塔內部設施經過大修，其脫硫效果和運行成本也得到大大改善。平均脫硫效率由93.8%提高到97.6%，減少了一臺循環泵的投入使用，每年可節省電費及備件費用151萬元，具有非常大的安全、經濟及環保效益。

5.1 煙囪筒體傾斜量

大修后煙囪筒體向西傾斜12mm，低于28mm標準，新煙囪安全可靠。

表1 大修前、后煙囪筒體傾斜比較

5.2 平均脫硫效率

項目開發應用后,脫硫塔平均脫硫效率達到了97.6%左右,與大修前平均脫硫效率93.8%相比，提高了近5個百分點。脫硫生產投入循環泵的臺數由原來的三臺降為二臺，減少了一臺循環泵的投入，同時也降低了供漿次數，節約了脫硫劑，降低了生產成本。

表2 大修前平均脫硫效率

圖1 大修前平均脫硫效率

表3 大修后平均脫硫效率

圖2 大修后平均脫硫效率

5.3 煙囪出口平均流速、壓力

因為大修前、后煙氣出口溫度變化較小，故可忽略煙氣溫度對煙氣流速的影響。計算大修前、后煙囪出口平均流速：

經計算得出脫硫塔大修前、后的煙囪出口平均流速變化較小。根據?大氣污染治理工程技術導則?HJ2000-2010之5.3污染氣體的排放相關規定，煙氣出口流速宜取15～20m/s，維修后的8#脫硫塔煙囪出口平均流速與規定基本相吻合，煙囪煙氣壓力也變化較小，大修效果較好。

表4 大修前、后煙囪出口平均流速、壓力

圖3 大修前煙氣流量

圖4 大修后煙氣流量

圖5 大修前煙氣壓力

圖6 大修后煙氣壓力

6 結語

應用國內獨創的濕法脫硫塔在線維修技術，新鋼8#燒結機濕法脫硫塔大修取得了圓滿的成功。不僅在無備用脫硫塔、無任何影響系統正常生產的情況下，完成了大修，而且通過大修，提高了脫硫效率，大大節省了維修成本和生產成本，消除了安全隱患。具有安全、高效、實用、經濟的特點。

目前，全國濕法脫硫裝置有幾千套，普遍都存在脫硫塔腐蝕問題，尤其煙囪腐蝕更甚。本項目的開發與應用為濕法脫硫塔在線大修提供了借鑒，也為企業脫硫工藝規劃布局提供了借鑒。