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(huán)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(huán)溶液對煙氣進行噴淋降溫，并除去循環(huán)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(huán)槽，再由二級循環(huán)泵將循環(huán)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(huán)（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(fā)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(yè)難度較大；⑤循環(huán)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(fā)現系統煙氣降溫效果下降，檢查發(fā)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(huán)溶液無法回流至循環(huán)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(huán)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(fā)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(fā)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(wěn)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(huán)泵主要負責脫硫塔濃縮段與循環(huán)槽之間的液體循環(huán)，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?？偨Y分析后認為，導致二級循環(huán)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(huán)溶液污物的不斷增多，循環(huán)溶液在回流入循環(huán)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(huán)溶液進行排污，以減少污物。

循環(huán)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(huán)保設施的持續(xù)穩(wěn)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(jié)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(yè)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(yè)，施工難度大，存在一定的安全隱患且作業(yè)時間較長。經過研討決定采取如下措施：①為方便作業(yè)、提高檢維修作業(yè)的效率，縮短作業(yè)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(yè)的效率，縮短了作業(yè)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(wěn)定運行提供了條件。

3.5 循環(huán)槽備用改造

循環(huán)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(huán)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(fā)生損壞，進而導致罐體出現泄漏現象。但因循環(huán)槽未設計備用設備，當循環(huán)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(wěn)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(huán)溶液的檢修槽進行改造，使其成為循環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)泵之間加裝聯通管道，管道接口引至循環(huán)槽與二級循環(huán)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(huán)溶液就可以實現在檢修槽、二級循環(huán)泵、脫硫塔濃縮段三者之間的連續(xù)循環(huán)，讓檢修槽成為循環(huán)槽的備用槽。

此外，因為循環(huán)槽與檢修槽的結構稍有區(qū)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(wěn)定運行。改造后，當循環(huán)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(huán)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(huán)槽，消除設備故障，保障環(huán)保設備穩(wěn)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(huán)保設備系統的穩(wěn)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。