焦爐煙氣脫硫脫硝常見故障處理

劉振國，韓瑞飛

（遷安中化煤化工有限責任公司，河北唐山 064404）

0 引言

煉焦生產中，一般利用焦爐煤氣或高爐煤氣燃燒進行加熱，為焦爐提供熱量，而產生的焦爐廢氣中含有大量的二氧化硫和氮氧化物[1]，對環境造成了污染。國家對于焦爐煙囪污物排放提出新的調整與任務，制定了相應的排放標準[2]。遷安中化煤化工有限責任公司擁有6 座55 孔JN60-82 型6 m 焦爐，設計年產焦炭330 萬噸，配套建設有3 座煙氣脫硫脫硝系統用于煙氣凈化，每兩座焦爐共用一套。

1 系統原理

焦爐煙氣脫硫脫硝系統主要分為脫硝和脫硫兩大部分，脫硝采用的是應用廣泛、脫硝效率較高的SCR 法脫硝技術[3]，脫硫則采用是以氨水為脫硫劑的濕法脫硫技術。濕法脫硫在脫硫塔內進行，脫硫塔從下往上主要分為氧化段、濃縮段、吸收段和水洗段，其中濃縮段主要是利用系統循環溶液對煙氣進行噴淋降溫，并除去循環溶液中一定量的水分，噴淋后的溶液經濃縮段底部回流管流入循環槽，再由二級循環泵將循環槽內的溶液輸送至濃縮段噴淋管道進行噴淋，如此反復循環（圖1）。

圖1 脫硫塔濃縮段噴淋系統工藝流程

2 存在問題

在整個脫硫脫硝系統運行中，發現脫硫塔濃縮段噴淋系統存在以下5 個問題：①脫硫塔濃縮段結晶問題嚴重，經常堵塞噴淋管道及噴頭；②濃縮段噴淋泵故障較多；③脫硫塔入口煙氣溫度高，影響塔內防腐使用壽命；④脫硫塔內濃縮段噴淋管道檢維修不便，作業難度較大；⑤循環槽需備用改造。

3 問題處理與改進

3.1 濃縮段噴淋系統結晶問題嚴重

新建脫硫脫硝系統投運一段時間后，發現系統煙氣降溫效果下降，檢查發現脫硫塔內噴淋管道、塔壁等部位均有大量結晶物存在，清理困難且硬度較大。經取樣化驗分析，結晶物的主要成份為CaSO4·2H2O 結晶體，難溶于水。隨著脫硫系統運行時間的增長，塔內壁、管道的結晶物不斷增多，逐步堵塞噴淋系統的管道與噴頭，致使噴淋系統效果下降，煙氣溫度升高，破壞脫硫塔內壁的防腐。同時，當脫硫塔內壁上附著的結晶物增加到一定程度后，還會出現局部脫落，并將塔內壁上的防腐材料一并粘掉，塔內壁防腐能力下降，進而導致塔內壁出現局部腐蝕甚至泄漏等嚴重后果（圖2）。另外，濃縮段塔壁內部的結晶物脫落后會逐步堆積，當堆積量較大時會堵塞濃縮段底部的回流孔，導致循環溶液無法回流至循環槽，使得濃縮段液位不斷升高，當液位高度超過煙道入口時循環溶液會通過煙道倒灌入風機殼體內，導致風機停機。

圖2 脫硫塔噴淋管道結晶情況

通過分析發現，系統原用水的硬度較大、約150 mg/L，在脫硫過程中容易形成CaSO4·2H2O結晶體。經過工藝調整，將系統用水改為干熄焦余熱鍋爐所使用的除鹽水，其硬度在10 mg/L 左右，使用一段時間后對系統進行停機檢查，發現塔內壁、噴淋管道等以前的結晶部位已基本上沒有結晶物，系統噴淋效果良好，有效保證了系統的穩定運行（圖3）。

圖3 脫硫塔噴淋管道及塔壁結晶情況

3.2 脫硫塔噴淋泵故障較多

脫硫塔二級循環泵主要負責脫硫塔濃縮段與循環槽之間的液體循環，使用過程中經常出現泵電流小的問題，使得泵流量減少，導致濃縮段噴淋效果下降，系統煙氣溫度升高等一系列問題。總結分析后認為，導致二級循環泵電流減小的原因主要有：系統結晶嚴重堵塞泵入口的濾芯或噴淋管道、噴頭等部位；其他異物堵塞泵入口的濾芯或管道；系統長時間運行后產生的污物較多，并容易產生泡沫，導致泵入口流量減小；泵葉輪故障。

針對系統結晶和異物問題導致泵電流減小，應改進工藝用水，采用硬度較低的水源并定期清理泵的入口濾芯。由于廢煙氣內含有一定的焦油、粉塵等雜質，使用一段時間后系統循環溶液污物的不斷增多，循環溶液在回流入循環槽時，在流體運動的沖擊下更容易產生泡沫，當液位較低時泵入口會進入一定量的汽泡，進而導致泵的流量降低，因此需要定期對系統循環溶液進行排污，以減少污物。

循環泵長時間運轉后，由于日常檢查不及時、系統腐蝕、磨損等原因，會導致葉輪出現不同程度的損壞，這樣應及時進行檢修更換。另外，還應根據系統的氯離子濃度選擇適應的葉輪材料，如317 不銹鋼或2205、2507 等雙相不銹鋼材料，以延長葉輪的使用壽命，降低設備的故障率。

3.3 脫硫塔入口煙氣溫度高

脫硫系統的前端設有熱管式煙氣換熱器，其主要作用之一就是對脫硝后的原煙氣進行換熱、降溫，保證進入脫硫系統的煙氣溫度小于150 ℃。但隨著系統使用時間的延長，在脫硫系統之前的熱管式換熱器因內部積料、腐蝕等原因，會導致換熱器換熱效率逐步下降，這會使進入脫硫塔的煙氣溫度隨之升高，根據現場使用情況了解到，脫硫塔入口煙道溫度最高時曾達到205 ℃，而脫硫塔內的防腐層最高耐溫150～180 ℃，嚴重影響脫硫塔內防腐層的使用壽命，給整個系統的運行帶來不利影響。

同時，脫硫系統前端的熱管式換熱器，因更換難度大，且更換時需要系統停機才可進行，為保障環保設施的持續穩定運行，減少設備停機，經過共同研討最終決定采取在脫硫塔煙道入口前加裝降溫霧化噴槍，將水通過霧化噴槍霧化后噴入煙道內與熱煙氣進行混合，達到煙氣降溫的目的。經過現場實際使用，煙氣經過霧化噴槍降溫后溫度可以下降約30 ℃，降溫效果明顯。為了滿足不同的工況，也可以多裝幾只噴槍、通過閥門調節開關，以更加合理地控制煙氣降溫的效果。

3.4 脫硫塔濃縮段噴淋管道檢維修不便

為確保溶液經過管道噴淋噴頭后形成的覆蓋面能充滿整個塔的斷面、保證噴淋效果，濃縮段噴淋管道在塔內按照一定的幾何結構布置。但原設計濃縮段噴淋管道安裝位置位于管道支撐結構的下方，且管道采用玻璃鋼材料，當管道出現異物堵塞噴頭、噴頭脫落、管道泄漏等故障時，檢維修作業難度較大。當噴頭或管道需要檢修時，因位于支撐結構下方且距離底部高差較大，所以需要搭設吊架、跳板等臨時檢修平臺才能進行檢維修作業，施工難度大，存在一定的安全隱患且作業時間較長。經過研討決定采取如下措施：①為方便作業、提高檢維修作業的效率，縮短作業時間，提高安全性，將原有的噴淋管道放置于管道支撐結構的上方；②為保障噴淋效果，將連接噴頭的支管延長并加裝彎頭，使得每一個噴頭的平面分布位置不變；③考慮到玻璃鋼材料的拆裝、維護有一定局限性，接口進行粘接時需要的固化時間比較長，且當使用周期較長時，隨著玻璃鋼材料的性能老化、下降，故障率也會增加，因此改造時將噴淋管道的材料更換為2205 雙相鋼，并將管道分成多個管段，管段之間用法蘭連接；④噴淋所使用的噴頭也改為法蘭結構，通過法蘭與管道進行連接。

改造后的脫硫塔濃縮段噴淋管道，當出現故障需要處理時，能夠很便捷地進行拆卸、安裝，操作簡單，有效地提高了檢維修作業的效率，縮短了作業時間，避免設備的長時間停機，降低了設備故障率，為設備的穩定運行提供了條件。

3.5 循環槽備用改造

循環槽作為脫硫塔濃縮段噴淋系統的中間儲液槽，是噴淋系統的重要組成部分。循環槽原設計為槽體采用Q235 材料，內部做玻璃鱗片防腐層。當使用周期較長時，受玻璃鱗片防腐層性能下降、施工質量等多方面因素的影響，防腐層容易發生損壞，進而導致罐體出現泄漏現象。但因循環槽未設計備用設備，當循環槽出現漏點時，要想徹底處理只能將噴淋系統關閉，而關閉噴淋系統又會使得脫硫塔內煙氣溫度升高，容易破壞脫硫塔內的防腐層，影響整個系統的穩定運行。

針對這些不利因素，經過深入現場實際進行調研，將脫硫系統中作為整個系統停機檢修時臨時儲存循環溶液的檢修槽進行改造，使其成為循環槽的備用槽。同時，考慮到系統的強腐蝕性，改造時管道采用PPH（PolyProplyene-Homo，均聚聚丙烯）材料，在循環槽入口管道上加裝一個三通并安裝控制閥門：一路管道仍按原路返回循環槽，一路管道經新加裝的PPH 管道回流至檢修槽，再通過管道上安裝的控制閥門分別單獨控制兩路管道，實現管路的在線切換。同時，在檢修槽與二級循環泵之間加裝聯通管道，管道接口引至循環槽與二級循環泵之間的聯通管上，聯通管道上分別布置閥門進行控制，至此濃縮段的循環溶液就可以實現在檢修槽、二級循環泵、脫硫塔濃縮段三者之間的連續循環，讓檢修槽成為循環槽的備用槽。

此外，因為循環槽與檢修槽的結構稍有區別，在改造過程中還需要對檢修槽內部的防腐層進行修復、加固，以確保檢修槽能長期穩定運行。改造后，當循環槽出現漏點或管道出現泄漏等故障時，可以通過管道上設置的控制閥門進行切換，將循環槽切出、投入檢修槽進行使用，這樣可以在不影響系統運行的情況下離線檢修循環槽，消除設備故障，保障環保設備穩定運行。

4 結論

焦爐廢氣是國家重點治理的廢氣之一[4]，隨著脫硫脫硝技術的不斷成熟，為有效治理焦爐廢氣污染物提供了技術保障[5]。對脫硫脫硝系統運行中常見的故障及系統的不足進行分析、總結，并針對各類故障、不足之處提出相應的改進方法，能夠有效降低設備故障率，確保環保設備系統的穩定運行，具有良好的社會效益，為同類設備故障處理提供參考。