焦爐炭化室爐墻竄漏的檢測及治理

陳君安，安占來

（河鋼集團，河北 石家莊 050031）

0 引言

受國家產業政策影響，焦化行業環保要求的日趨嚴格，尤其是焦爐煙道廢氣方面，對硫氧化物、氮氧化物和顆粒物含量均有明確的排放標準。如何降低焦爐煙道廢氣中硫氧化物和氮氧化物，是焦化行業一段時間以來高度關注的課題。眾所周知，焦爐生產過程中，受生產操作的影響，炭化室爐墻的磚縫之間會產生縫隙，同時爐墻墻磚也可能發生破損，這些縫隙或者缺角漏洞會導致炭化室內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，及時采取有效措施防止爐墻竄漏加劇，既是降低煙道廢氣中硫氧化物的重要手段，又是焦爐操作者亟待解決的問題[1-2]。

1 焦爐煙道廢氣排放的要求

根據《GB l6171—2012 煉焦化學工業污染物排放標準》要求2015 年1 月1 日起企業執行限值標準，即焦爐煙道氣排放限值執行：ρ（SO2）≤50 mg/m3，ρ（NOx）≤500 m3，同時依據國家環境保護部“關于執行大氣污染物特別批復限值的公告”，按照國務院批復實旌的《重點區域大氣污染物防治“十三五”規劃》的相關要求，重點地區京津冀、長三角、珠三角、三區十群19 個省（區、市）47 個地級及以上城市，十三五期間焦爐煙道氣排放限值執行：ρ（SO2）≤530 mg/m3，ρ（NOx）≤150 m3。實踐表明，上述排放標準，僅僅依靠焦爐自身操作基本無法實現，所以，近年焦化企業為實現排放達標，都借助焦爐煙道氣的脫硫脫硝來實現。

脫硫脫硝工藝中，如果能從源頭對廢氣中的硫氧化物、氮氧化物和顆粒物含量進行控制，從而降低焦爐煙道廢氣中有害物質的濃度，對降低脫硫脫硝運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，硫氧化物的含量的控制就引起了焦爐生產者更大的關注。

2 煙道廢氣中硫氧化物的來源

煙道廢氣中的SO2含量主要取決于兩個方面，一是加熱用煤氣中硫化物的含量，焦化廠都會對荒煤氣進行凈化處理在燃燒，此時煤氣中ρ（H2S）達到20～20 mg/m3左右，當空氣過剩系數ɑ 值為1.5 時，每立方米焦爐煤氣燃燒將會產生約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，其質量濃度約為6～90 mg/m3。在鋼廠自備焦化廠，焦爐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爐煤氣決定，而混合煤氣中焦爐煤氣質量配比約為3%～5%，因此混合煤氣中含硫更少。焦爐煙道廢氣中的SO2的另一個來源，主要是荒煤氣通過炭化室爐墻竄漏至燃燒室燃燒產生。據估算[3]，煤在干餾過程中，約有15%～35%的硫轉入到荒煤氣中，其中95%以上以H2S形式存在，其余為有機硫。荒煤氣發生量為20 000 m3/h，加熱煤氣占比45%，為9 000 m3/h，漏氣率6%，入爐煤硫質量占比為0.6%，荒煤氣中ρ（H2S）為5 500 mg/m3，計算得到由于荒煤氣竄漏帶入廢氣中的SO2為174 mg/m3，當漏氣率降低為3%時，由于荒煤氣竄漏帶入廢氣中的SO2為87 mg/m3。因此，如能有效降低焦爐炭化室爐墻的竄漏，就能降低廢氣中的硫氧化物的含量，降低后續焦爐煙道廢氣脫硫環節的負荷。

3 炭化室爐墻竄漏程度的檢測

有效檢測焦爐爐墻竄漏程度，及時采取有效措施提高焦爐炭化室爐墻的密封效果，是焦爐操作人員減少焦爐荒煤氣竄漏的重點。焦爐生產的操作者主要是通過經驗法、氣體成分測試來辨別爐墻竄漏。例如根據推焦后對爐墻的肉眼觀測或對爐墻墻面石墨層的附著情況來判斷爐墻的狀態；部分工作人員為檢測爐墻串漏選擇將廢舊掃把放入燃燒室焚燒，獲得濃煙，通過觀察相鄰炭化室或看火孔的煙霧情況來辨別爐墻竄漏情況，該檢測方法存在檢測位置難以定準，且可能會有煙灰落入蓄熱室，影響焦爐加熱穩定性；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，通過在看火孔附近加煤口及兩側看火孔觀測混合物質燃燒不充分產生的煙霧來辨別串漏部位，該方法同樣有定位不準的缺點[4]。

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

邯鋼焦化廠的工作人員選擇對比交換過程中小煙道廢氣中SO2的含量，來監測爐墻的竄漏程度[6]。

4 焦爐爐墻竄漏檢測及治理

本文利用對比焦爐生產過程中燃燒系統交換前后中小煙道廢氣中SO2的含量（表1），來監測爐墻的竄漏程度，并采取相應爐墻維護措施。通過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，對重點炭化室相應的燃燒廢氣進行取樣分析。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 個炭化室兩側燃燒室對應的廢氣排放煙道。

表1 小煙道廢氣中SO2 的質量濃度

對比小煙道廢氣中SO2含量，交換過程中小煙道1 和小煙道2 的廢氣成分中SO2含量最高，6 號炭化室兩側爐墻存在明顯竄漏，需要重點檢測兩側爐墻狀況；交換過程中小煙道3 和小煙道4 的廢氣成分中SO2含量較高，23 號炭化室兩側爐墻存在竄漏隱患，需要重點關注兩側爐墻狀況；交換過程中小煙道5 和小煙道6 的廢氣成分中SO2含量較低，38 號炭化室兩側爐墻爐墻狀況較好。

針對檢測分析結果，在推焦后重點觀察了6 號炭化室和23 號炭化室兩側爐墻，墻磚并沒有明顯的破損，但是爐頭和爐頂部位磚縫較明顯，決定增加爐墻石墨量來解決該竄漏問題。主要采取了減少6 號和23 號炭化室的裝煤量、適當調小相應炭化室對應的荒煤氣氨水閥門等操作。歷經5 個結焦周期，再次對相應炭化室對應小煙道在交換過程中產生的廢氣進行取樣分析。

通過對比小煙道廢氣中SO2含量的檢測（表2），可知相應炭化室對應小煙道在交換過程中的ρ（SO2）含量基本恢復至100mg/m3左右，爐墻竄漏問題得到明顯改善。

表2 維護后小煙道廢氣中SO2 的質量濃度

5 結論

1）近年，環保檢查對焦爐廢氣中SO2含量控制較嚴格，焦企為實現排放要求，增加了廢氣脫硫系統，如果能從源頭減少廢氣中SO2含量，可以有效減少脫硫劑的消耗，降低運行成本。

2）焦爐炭化室爐墻的密封效果對煙道廢氣中SO2的含量有影響，檢測交換過程中煙道廢氣的SO2含量，可以有效判斷焦爐爐墻的密封狀態；及時對有竄漏的炭化室爐墻進行處理，如增加炭化室內煤氣壓力，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。