張思平，劉 俊，鐘宏平，尹希龍

（新余鋼鐵股份有限公司燒結(jié)廠，江西 新余 338000）

濕法脫硫就是煙氣在脫硫塔內(nèi)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(jìn)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(huì)對(duì)脫硫塔及煙囪形成強(qiáng)烈的腐蝕，造成脫硫塔結(jié)構(gòu)受損和塔內(nèi)設(shè)施功能大幅降低。國(guó)內(nèi)濕法脫硫塔一般運(yùn)行3～5年需安排一次大修，大修普遍采用的方法是生產(chǎn)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)或?qū)煔廪D(zhuǎn)至備用脫硫系統(tǒng)。前一種方法一般需停機(jī)20～30天，對(duì)整條生產(chǎn)線影響大，經(jīng)濟(jì)損失大；后一種方法需要增加建設(shè)一套脫硫系統(tǒng)，資金、場(chǎng)地投入大。

江西新余鋼鐵公司燒結(jié)廠共有五套“石灰石-石膏”煙氣濕法脫硫裝置，均采用一機(jī)一塔生產(chǎn)模式。對(duì)于脫硫塔的腐蝕，由于都難以長(zhǎng)時(shí)間退出生產(chǎn)實(shí)施大修,一般只能安排小修小補(bǔ)。其中8#燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫系統(tǒng)（入口煙氣濕態(tài)、工況下流量為每小時(shí)216萬(wàn)m3，于2016年11月10日建成投產(chǎn)）經(jīng)過(guò)四年的運(yùn)行，脫硫塔及煙囪本體出現(xiàn)大范圍腐蝕穿孔現(xiàn)象。特別是脫硫塔的“頸脖子”變徑段小頭處的穿孔尤為嚴(yán)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(qū)域鋼板腐蝕穿孔、變薄，其結(jié)構(gòu)受力變?nèi)酰瑹焽栌须S時(shí)傾倒的危險(xiǎn)。另一方面，脫硫塔漿液區(qū)塔壁、塔底頻繁腐蝕穿孔漏漿又給生產(chǎn)、環(huán)保及安全造成了不良影響。

因此，有必要對(duì)8#燒結(jié)機(jī)脫硫塔實(shí)施煙囪更換等大修，以保證脫硫塔的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。但由于8#燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)與公司11#高爐的生產(chǎn)是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，8#脫硫系統(tǒng)停機(jī)受11#高爐生產(chǎn)的制約，最多停機(jī)檢修時(shí)間只有五天。如何在不影響8#燒結(jié)機(jī)、11#高爐正常生產(chǎn)的情況下，短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)8#脫硫塔的在線大修是本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)之一；脫硫塔內(nèi)存在除霧器等易燃品，如何確保在線大修時(shí)不發(fā)生火災(zāi)是開(kāi)發(fā)的另一個(gè)難點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)脫硫塔在線高效大修，解決了大修時(shí)間短、大修難以實(shí)施的問(wèn)題，以期為濕法脫硫塔大修提供借鑒。

1 解決方法

（1）時(shí)間不足問(wèn)題。針對(duì)大修工作量大、時(shí)間緊的問(wèn)題，本項(xiàng)目計(jì)劃打破常規(guī)，開(kāi)創(chuàng)性地將脫硫塔煙囪切割的工作轉(zhuǎn)移至生產(chǎn)時(shí)實(shí)施，以空間換時(shí)間，從而解決時(shí)間不足的問(wèn)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(zhì)的除霧器是易燃品。煙囪在線切割實(shí)施的前提和難點(diǎn)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(jīng)濟(jì)損失。

檢索近年來(lái)國(guó)內(nèi)脫硫塔發(fā)生的四十余起火災(zāi)事故，其事故原因都是在脫硫塔建設(shè)、檢修時(shí)因施工不當(dāng)引燃了防腐材料或除霧器所致，沒(méi)有一起火災(zāi)事故是在脫硫塔生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)發(fā)生的。這主要是脫硫塔運(yùn)行時(shí)，攜帶大量水分、溫度為45℃～55℃的凈煙氣在通過(guò)煙囪的過(guò)程中，煙溫不斷下降。當(dāng)濕煙氣溫度降到飽和溫度以下時(shí)，煙氣中的飽和態(tài)水遇壁面而冷凝析出，大量水珠附著塔壁，致塔壁潮濕。同時(shí)，煙氣在上升的過(guò)程中，煙氣中的水汽會(huì)凝結(jié)成“霧”，這些“霧”會(huì)將切割落下的火星熄滅，不會(huì)造成潮濕的除霧器著火。模擬仿真實(shí)驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)[4]。

而煙囪內(nèi)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(fā)，隨著玻璃鱗片的固化和使用，易燃燒的揮發(fā)分早已完全揮發(fā)。經(jīng)試驗(yàn)，在無(wú)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(xù)高溫烘烤下只能產(chǎn)生“徐燃”[5，6]。而脫硫塔煙囪內(nèi)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(nèi)壁潮濕的情況下，玻璃鱗片的“徐燃”也將不會(huì)發(fā)生。

因此，在脫硫正常生產(chǎn)情況下,含有大量的水分的煙氣能夠?qū)⑶懈顣r(shí)產(chǎn)生的火星熄滅，不會(huì)導(dǎo)致除霧器、塔壁玻璃鱗片著火燃燒。同時(shí)為進(jìn)一步防止火災(zāi)，保障安全,切割作業(yè)時(shí),密切監(jiān)控脫硫塔出口煙氣溫度,每十分鐘手動(dòng)開(kāi)啟三級(jí)除霧器沖洗水沖洗10秒。

2 總體方案

本項(xiàng)目新鋼8#燒結(jié)機(jī)脫硫塔(含煙囪)總高度90m，其中原煙囪高度53m，內(nèi)徑6.3m，錐形段大小頭為6.3m/13.4m、高度5.4m，其材質(zhì)均為Q235B，筒體為焊接連接。

項(xiàng)目開(kāi)發(fā)分二個(gè)階段，分步實(shí)施。一是為確保8#脫硫塔煙囪不傾倒發(fā)生重大安全事故，在8#燒結(jié)機(jī)、脫硫正常生產(chǎn)運(yùn)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(fù)荷，然后對(duì)+37.0～+60.0m段貼補(bǔ)和加固；并在脫硫塔旁預(yù)制+31.4～+70.0m新錐形段和煙囪。二是利用公司系統(tǒng)檢修、8#燒結(jié)機(jī)與11#高爐同步停機(jī)5天的機(jī)會(huì)，快速完成脫硫塔+31.4～+70.0m段更換，同時(shí)對(duì)脫硫塔內(nèi)部部分設(shè)施進(jìn)行更換、維修。

新煙囪及錐形段材質(zhì)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(shí)間緊，經(jīng)綜合考慮，新制煙囪高度為33m，內(nèi)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(duì)應(yīng)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(zhǎng)筒體及法蘭采用耐腐蝕性能優(yōu)質(zhì)的2205不銹鋼制作。煙囪制作完成后,焊接在線檢測(cè)各管接，便于檢測(cè)設(shè)備的快速安裝。煙囪及錐形段所有焊接工作完成后，對(duì)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(jīng)吊裝核算，采用兩部220t汽車(chē)吊機(jī)，各掛吊籠，在各段煙囪切割線下約1m高度，環(huán)外壁四點(diǎn)分布，割取吊耳，掛卡扣鋼絲繩，另用一部300t主吊機(jī)保牢分段煙囪，再由施工切割員在吊籠內(nèi)進(jìn)行環(huán)壁切割作業(yè)。煙囪拆除吊裝時(shí)，為防止筒體變形，采取四點(diǎn)吊裝方式分段吊裝，吊點(diǎn)均勻分布在筒體四周[7-14]。

3 影響分析

本項(xiàng)目在第一、二階段工作結(jié)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(huì)影響塔內(nèi)煙氣流速,進(jìn)而影響脫硫效率，而塔內(nèi)煙氣流速與煙囪煙氣出口流速緊密相關(guān)。因此，可以用煙囪煙氣出口流速來(lái)表征塔內(nèi)煙氣流速。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(biāo)高90m處的煙氣溫度比標(biāo)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(guān)，由于煙囪內(nèi)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(jì)。因而,脫硫塔總高度改變后煙囪內(nèi)的煙氣流速基本保持不變,對(duì)脫硫塔內(nèi)氣液接觸的脫硫反應(yīng)也基本沒(méi)有影響。

從大氣污染物排放和擴(kuò)散角度來(lái)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(yè)對(duì)脫硫塔煙囪高度還沒(méi)有明確的要求，行業(yè)內(nèi)脫硫塔煙囪高度普遍為70m～90m。本項(xiàng)目完成后煙囪高度為70m，在業(yè)內(nèi)允許高度范圍內(nèi)。

4 大修實(shí)施

（1）在開(kāi)機(jī)正常生產(chǎn)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(shí)，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(duì)脫硫塔煙囪+37.0～+60.0m段進(jìn)行貼補(bǔ)和加固。環(huán)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(bǔ)或挖補(bǔ)。

（3）在公司系統(tǒng)檢修停機(jī)五天內(nèi),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(shí)維修計(jì)劃,分時(shí)分批安排維修隊(duì)伍進(jìn)入,順利完成了+31.0～+70.0m段煙囪更換、三級(jí)除霧器更換、擋水環(huán)更換、塔體挖補(bǔ)、防腐等大修工作。

5 實(shí)施效果

項(xiàng)目實(shí)施后，8#燒結(jié)機(jī)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(chǎn)、環(huán)保及安全帶來(lái)的影響也得到了有效杜絕，保障了8#燒結(jié)機(jī)乃至11#高爐的生產(chǎn)，降低了維修費(fèi)用。同時(shí)，脫硫塔內(nèi)部設(shè)施經(jīng)過(guò)大修，其脫硫效果和運(yùn)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(tái)循環(huán)泵的投入使用，每年可節(jié)省電費(fèi)及備件費(fèi)用151萬(wàn)元，具有非常大的安全、經(jīng)濟(jì)及環(huán)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(biāo)準(zhǔn)，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(xiàng)目開(kāi)發(fā)應(yīng)用后,脫硫塔平均脫硫效率達(dá)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(gè)百分點(diǎn)。脫硫生產(chǎn)投入循環(huán)泵的臺(tái)數(shù)由原來(lái)的三臺(tái)降為二臺(tái)，減少了一臺(tái)循環(huán)泵的投入，同時(shí)也降低了供漿次數(shù)，節(jié)約了脫硫劑，降低了生產(chǎn)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?yàn)榇笮耷?、后煙氣出口溫度變化較小，故可忽略煙氣溫度對(duì)煙氣流速的影響。計(jì)算大修前、后煙囪出口平均流速：

經(jīng)計(jì)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(jù)?大氣污染治理工程技術(shù)導(dǎo)則?HJ2000-2010之5.3污染氣體的排放相關(guān)規(guī)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(guī)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(jié)語(yǔ)

應(yīng)用國(guó)內(nèi)獨(dú)創(chuàng)的濕法脫硫塔在線維修技術(shù)，新鋼8#燒結(jié)機(jī)濕法脫硫塔大修取得了圓滿的成功。不僅在無(wú)備用脫硫塔、無(wú)任何影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)的情況下，完成了大修，而且通過(guò)大修，提高了脫硫效率，大大節(jié)省了維修成本和生產(chǎn)成本，消除了安全隱患。具有安全、高效、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

目前，全國(guó)濕法脫硫裝置有幾千套，普遍都存在脫硫塔腐蝕問(wèn)題，尤其煙囪腐蝕更甚。本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用為濕法脫硫塔在線大修提供了借鑒，也為企業(yè)脫硫工藝規(guī)劃布局提供了借鑒。