碱回收炉三次风管道爆炸原因分析

何 翔

(广西南宁凤凰纸业有限公司，广西南宁，530031)

1 事故发生经过

2008年2月某日，广西南宁凤凰纸业有限公司 (以下简称凤凰纸业)碱回收治污分厂的碱回收炉在正常运行时，三次风管道曾突然发生爆炸，位于碱回收炉前后墙及右墙三面约50 m长的矩形三次风管道严重爆裂变形，后墙2个三次风风门、多个伸缩节、测风装置严重破损，三次风机叶轮轻微变形，整个三次风系统已不能使用，碱回收炉紧急停机，所幸该事故未造成人员伤亡。图1为事故发生时三次风管道的损毁情况。

2 碱回收炉总体概况

凤凰纸业原设计为年产10万t漂白硫酸盐马尾松浆及桉木浆，其碱回收治污分厂的碱回收炉是由瑞典卡瓦纳公司 (现为美卓动力公司)设计、四川东方锅炉股份有限公司合作生产制造的单汽包低臭型锅炉，关键部件由芬兰Tampella公司提供，过热蒸汽压力6.8 MPa，温度480℃，产汽量103 t/h，固形物处理能力为665 t/d(改造前)。2007年7—10月通过对原有浆碱生产线的设备进行扩能改造和增加部分新的设备，纸浆产能提高到15万t/a，碱回收炉的固形物处理能力扩大到994 t/d。碱回收炉供风系统采用三次风设计，一次、二次风采用加热空气，三次风采用室外自然空气和从厂区各区域收集的低浓臭气。从蒸煮系统和蒸发系统产生的高浓臭气通过加热送往位于二次风位置的臭气专用燃烧器进行燃烧。

3 低浓与高浓臭气处理系统

硫酸盐法浆厂有其特殊的臭气，这些臭气是由硫化物造成的，为恶臭的不凝性气体 (NCG)，又称总还原性硫化物TRS(Total reduced sulfur)，当木片与硫酸盐法制浆药液一起在蒸煮器中蒸煮时就会产生这种化合物。其主要成分为硫化氢 (H2S)、甲硫醇(CH3HS)、二甲硫醚((CH3)2S)、二甲基二硫醚((CH3)2S2)等，这些气体具有腐蚀性、毒性和爆炸性，如果外逸会对环境造成严重的污染。

凤凰纸业的制浆生产线 (制浆与碱回收)臭气处理系统分为低浓臭气处理系统 (DNCG)和高浓臭气处理系统 (CNCG)，两个系统独立分开。低浓臭气处理系统主要是收集制浆分厂洗浆机、滤液槽以及碱回收治污分厂蒸发工段、塔罗油工段以及苛化工段开敞槽罐及消化提渣机、苛化器的排气。高浓臭气处理系统是把蒸发工段汽提塔的甲醇系统、真空泵、重污水槽以及制浆分厂的松节油涤气器排出的浓臭气通过蒸汽喷射器收集起来，送入碱回收炉低位二次风位置的臭气专用燃烧器、或碱回收炉顶上的火炬燃烧器、或石灰窑复合燃烧器、或石灰窑备用火炬燃烧器燃烧，防止臭气外逸，从而杜绝臭气污染环境，实现无臭硫酸盐法制浆。低浓臭气和高浓臭气还含有硫氧化物

(SOX)、氮氧化物 (NOX)、松节油、甲醇、水蒸气、氮、氧、氨等成分。

低浓臭气的燃烧，要优先考虑以下因素:①用空气有效地稀释;②气源的选择;③水蒸气的百分比含量最低(冷却到40～45℃);④冷凝水要从管道系统中排掉;⑤在进空气燃烧系统前需进行预热以避免冷凝;⑥设连锁系统确保安全。高浓臭气的燃烧，要优先考虑以下因素:①与大气隔绝;②管道冷凝水要排掉;③不凝性气体用碱液洗涤;④连锁系统确保安全。图2和图3分别为低浓和高浓臭气处理系统图(图2中的虚线为木片仓原接入DNCG的排气管线)。

4 爆炸原因分析

从理论上来说，低浓臭气因其易爆炸成分浓度很低，流量大，且是与碱回收炉三次风 (环境大气)混合后同时进入炉膛燃烧的，基本上不可能发生爆炸，但实际上确实是发生了爆炸事故。从工艺的角度和臭气的性质上进行分析，认为主要是蒸煮工段木片仓的汽蒸排气接入到了低浓臭气处理系统，木片仓排气含有高浓的臭气成分并且浓度达到了爆炸的极限范围，从而发生爆炸事故。

木片仓有两个作用:一方面作为木片喂料的缓冲器，另一方面用闪蒸蒸汽预热，排除木片内或木片间的空气及平衡木片间水分，以创造良好的蒸煮条件。木片仓产生的低浓臭气经木屑分离器分离掉木屑等杂质后由风机送往漂白涤气塔洗涤处理，然后排入大气。随着城市建设的发展，原来凤凰纸业地处的城市郊区变成了市中心地带，当生产波动或不正常时，就会引起周边居民的投诉 (臭气)，环保压力很大。为了妥善解决这个问题，凤凰纸业技术部门参考了国内外浆厂的一些工艺实例，决定将木片仓的排气接到低浓臭气处理系统送入碱回收炉燃烧，解决了木片仓排气直接排空引起的臭气问题，这样相安无事运行了几年直至发生爆炸事故。

木片仓的排气成分是复杂和不稳定的，尤其是使用马尾松时，木片进入汽蒸器前，在木片仓先进行汽蒸，蒸汽把挥发物 (如松节油)从木片中驱出。如条件不良，将耗用较多的蒸汽，当木片仓中木片料位较低时，蒸汽可穿透木片层驱出松节油。无论任何情况，木片仓中含有大量松节油蒸汽，松节油中的α-蒎烯蒸汽足以构成爆炸混合物。另外也与木片的种类、树龄的长短、木片的新旧程度以及当时的生产工艺情况有关，生产马尾松浆时，当尾气中总还原性硫化物、挥发性有机物即上述的松节油成分和甲醇等成分聚集到高浓度时，就有可能遇明火发生爆炸。空气中混有可燃性气体爆炸的原因，一是可燃性气体的浓度达到极限值，二是要有火花引燃，这里的火花点就是三次风风门炉膛内的火焰。另外的原因有:木片仓排气未能足够稀释，管道冷凝水未排干净 (里面有松节油和甲醇成分)，碱回收炉供风系统冷凝水受污染，安全连锁设计不足。木片仓排气接入低浓臭气处理系统运行几年都没出现问题，主要是在运行过程中，木片仓排气在送入碱回收炉之前已得到了大量的稀释(与各收集点空气进入的大小有关)，未达到爆炸极限。其实在此之前，曾经发生过低浓臭气风机防爆膜发生爆裂和风机机壳烧红的情况，只是未引起重视。

因此，在气源的收集上，要非常注意以下的问题:①由于木片仓的温度一般控制在50～90℃之间，在系统使用闪蒸蒸汽且原材料是马尾松时，很难控制其不凝性气体和挥发性有机成分的含量，此时已有松节油和甲醇馏分离析出来，因此千万不要接到低浓臭气处理系统;②蒸发工段溢流槽的气体需要进行足够的稀释;③高浓黑液压力贮槽冷却后去往高浓臭气处理系统。

表1所列为不凝性气体成分的性能。

表1 不凝性气体组分

5 采取的改进措施

(1)切断木片仓至低浓臭气处理系统的管道，增加木片仓排气冷却器和涤气器，洗涤后的低浓臭气通过风机输送到碱回收炉120 m高的烟囱与燃烧烟气混合排入大气。有关资料显示，目前高烟囱在臭气控制方面仍占据一席之地 (图4所示)。

图4 木片仓尾气改造流程图

(2)设法稀释三次风系统中不凝性气体和挥发性有机成分。

(3)低浓臭气处理系统增加冷却涤气器，清洁入炉前的空气，减少在三次风风门燃烧的危险。

(4)定期检查碱回收炉区域的低浓臭气管道和加热器，观察输气管道污染的情况。

(5)增加冷凝水排放点。

(6)检测不同点的气体成分，确保低于爆炸极限。

(7)完善安全连锁系统。

6 结语

制浆企业，特别是松木浆生产企业，低浓与高浓臭气的处理，涉及到生产人员和设备的安全以及环保要求，工艺和设备的选型很重要，不凝性气体的输送和燃烧系统的设计、建设和运行都必须谨慎。如果处理不当，会引发事故、环保投诉甚至社会矛盾，各企业应引起相当足够的重视。

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