催化烟气治理设备运行总结

丁平平

(中国石油化工股份有限公司安庆分公司，安徽 安庆 246000)

1 项目简介

为实现可持续性发展，2016年中石化对某催化进行烟气治理改造，9月底投用。结合装置特点，经过同类装置调研对比，项目采用在炉内SCR脱硝工艺，除尘脱硫系统采用中石化自主知识产权的双循环新型湍冲文丘里除尘脱硫技术，脱硫废水处理技术采用中石化宁波技术研究所与浙江双屿实业有限公司联合开发的过滤+浓缩脱水+氧化处理废水工艺技术[1]。

项目主要包括烟气脱硝单元、烟气除尘脱硫单元、废水处理单元、余热锅炉改造以及配套的公用工程系统、仪控、电气、土建等。余热锅炉改造改变余热锅炉框架结构布置，将脱硝单元布置在低温过热器和蒸发段之间；原受热面利旧不动，锅炉标高31400 mm以上部分整体抬高9884 mm；改造尾部烟道，增设1台水封罐、2台电动蝶阀等。

2 设备运行总结

2.1 脱硝单元

2.1.1 烟气管道压力升高

增加烟气脱硫设施以后，烟气流程延长，后路阻力降增大，炉膛压力提高。虽然设计均采用低压降组件，投入运行后烟机出口压力约7 kPa，比改造前增加约4 kPa左右。

(1)烟机做功下降

其他条件不变时，烟机随着背压升高而做功下降，导致三机组能耗增加。烟气治理项目投入后，经过理论计算和机组耗电实测，烟机输出功率降低约95 kW左右。装置通过进行大量数据对比，不断优化调整，确保机组的高效运行。

(2)锅炉漏点增多

锅炉改造前运行压力在3 kPa左右，设计炉膛承压为12 kPa，理论上能满足增加烟气脱硫设施后的工况变化需要。但余锅炉膛压力提升后，明显比上周期增加了泄漏点。检修任务增大。

(3)补燃系统升级

余锅设计为补燃型余热锅炉，因装置运行工况，补燃系统未投入实际运行。补燃风机设计出口压力为7.5 kPa，如果后期需要运行时，存在压力或者风量不足的可能，需对机组进行升级改造，以满足补燃系统的要求。

(4)防爆门升级

余锅防爆门设计在过热段，结构较为简单，密封面为铸铁材质。此处温度较高，2016年大检修时同设计对接，按升级后锅炉运行参数进行核算，更换完成。

(5)锅炉吹灰系统腐蚀加速

余锅配备的激波吹灰器考虑到吹灰间歇期的烟气返流现象，设置了间歇期非净化风的微正压吹扫，虽然排烟温度未有明显变化，但本周期腐蚀情况严重，主要原因可能为非净化风经过大量分流后有偏流现象，存在反吹压力不足情况，88组吹灰器管线大部分都有补漏痕迹，省煤器段比过热段出现次数多，检修部位多为管线器壁附近弯头等部位穿孔，典型的烟气露点腐蚀，激波吹灰管线材质为20#。大检修时需要改变结构形式或者进行材质升级。

项目实施后余锅并存三种吹灰系统，对于操作和维护要求更高，项目设计对接时，曾提出建议减少种类，但设计院未采纳，认为声波和蒸汽吹灰器更适合脱硝反应器处吹灰作用。

蒸汽吹灰使用频率较低，根据设计院和使用经验，每次使用周期可在1周-1月间调整，介质为锅炉过热段出口中压过热蒸汽，每次蒸汽吹灰脱水工作量较大，当吹灰器启动时带入的存水会造成脱硝反应器后部氨盐的形成。考虑到腐蚀问题，且余锅入口烟气中硝基含量低，氨气注入量较少。蒸汽吹灰系统未投用，目前锅炉排烟温度同上周期基本无变化。

2.1.2 脱硝模块

脱硝装置的介质氨，初始设计是液态方式运至储罐，通过液氨蒸发器加热为气氨进入系统。但有同类装置在运行过程中发生氨流量下降甚至中断现象，分析为液氨中杂质过多，在蒸发器内的盘管堵塞，造成中断。设计对接时，通过不断沟通和验证，取消此流程和设备，改为罐区直供气氨，辅以伴热，节省了投资，也降低了作业风险性。

余锅新增的压力降和腐蚀源主要集中在新增的烟气流道、喷氨设施及催化剂模块[2]。余锅A三组省煤器均因泄漏切除出系统，因生产原因，目前未停炉检查无法判断是否为铵盐结晶导致的腐蚀行为。

2.1.3 能耗增加

(1)稀释风加热

稀释风在电加热后与氨气混合进入喷氨格栅，稀释风机风量为2000 Nm3/h，压力20 kPa，电加热器为280 kW，运行后存在较大电能耗。

(2)风门密封风加热

烟气脱硝脱硫系统中烟囱跨线设计有密封风门，该阀关闭时为防止烟气泄漏，设置了两台密封风机，经过DN40蒸汽加热器进入系统。有同类装置将催化主风引至烟气治理系统，代替稀释风和密封风，起到节能降耗的效果。

2.2 脱硫单元

2.2.1 设备、管线腐蚀

综合塔等设备的腐蚀是催化烟气治理项目的重点研究对象[3]。为节约成本并保证强度，综合塔等主要静设备，国内工艺包多采用碳钢+内衬或者碳钢+不锈钢(304和304L)复合板。内衬因为脱落等问题，后采用较少。多采用复合板形式。

复合板焊接工艺较复杂，对焊接质量要求较高。项目前期主要做好设备的选材，保证材料的符合性；二是严格控制施工焊接过程控制。运行过程中主要是摸索工艺参数的优化，如浆液pH值控制；对设备加强腐蚀监控，定期检查，发现问题及时处理。

(1)综合塔和激冷塔腐蚀

文献报道脱硫单元腐蚀多集中在综合塔上部[4]，腐蚀主要发生在入口烟道干湿界面段，以及在水珠分离器出口至烟囱部分。腐蚀部位pH值为强酸性的2～3。

项目设计阶段，设计院充分考虑到综合塔的复杂工况，将选材进行了创新。激冷塔复合板采用Q345R+S30403，综合塔底部采用Q345R+S30403，上部至变径处采用Q345R+S32750，复合层的厚度由常规的3 mm增至4 mm。烟囱内部防腐层为玻璃钢材质。

2017年初发现综合塔九层器壁多处穿孔，泄漏较大。泄漏点共计7处其中6处位于外加强圈下部，呈环形分布。1处位于外加强圈上部。短时停烟气治理消缺，综合塔内部增加集液槽并更换原有支撑组件，并对塔内腐蚀部位进行修补、贴板，增加器壁喷淋设施等，以避免烟气及浆液对器壁及内部支撑梁的腐蚀。运行至今未发现外漏情况。

(2)絮凝剂腐蚀

项目选用的是性价比较高的无机高分子聚合氯化铝(PAC)溶液。聚合氯化铝对碳钢和不锈钢的腐蚀性都较强。本次设计时，絮凝剂储罐和管线均采用碳钢衬塑设置，对于防腐效果较好。但因为管道属于特制产品，单根长度短，安装法兰多，存在静密封点多的特性。而且无法制作泵入口过滤器，导致助剂隔膜泵存在检修率高的特点，需要定期清理和更换絮凝剂泵进出口阀组。

2.2.2 其他问题

浆液中的催化剂粉尘粒径小、硬度大、浓度高，对设备磨损严重。目前的文献中，多套装置存在综合塔底有结块、塔底循环泵管线易堵塞和泵检修频繁的现象[5]，本项目均出现了类似工况。

(1)塔底泵

随着塔底抽出的逆喷和急冷浆液中悬浮物的增加，机泵故障率显著提高。主要表现为过流部件的磨损，机封失效。过流部件的磨损，主要与设备材质和浆液的特性有关。通过调整外排水量可以明显控制浆液中的固含量。

考虑到浆液的特殊工况，对泵进行材质升级，壳体等选用2605N，叶轮材质选用Cr30A，轴采用3Cr13。几次检修均未发现明显磨损状况，说明选材合理，适用于本工况。

检修主要集中在机封失效，设计采用新鲜水作为Plan32的冲洗介质。但机封寿命未能达到较好状态，基本为机封内部结垢，导致补偿弹簧失效导致外漏。后期还需要改进。

备用泵的切换，设计院推荐为每天切换泵，在目前状况下很难实施，经过摸索运行，目前工况运行稳定时，浆液泵每周切换一次。备用效果较好。

(2)管线刀闸阀

浆液循环较多阀门设计为刀闸阀，根据调研情况，阀门开关较重，尤其是在切换机泵时费时费力，紧急状态下极易影响装置安全运行。考虑到装置人员配置，项目建设时DN250及以上管线刀闸阀采用风动驱动。

运行出现多次阀杆弯曲现象，早期判断为阀杆过长，刚度不足导致，后来材质升级后现象依旧存在。解体检修时确认为阀门内部橡胶件老化损坏，导致阀杆作用力过大。目前正在从阀门结构形式和材质入手，彻底解决开关故障问题。

(3)玻璃钢管线

前期烟气治理项目中，脱硫单元管线多为玻璃钢材质，优点是耐酸碱和盐的腐蚀，缺点是材料脆性大、弹性小，一旦泄漏不能用补焊等快速手段处理。特别是浆液循环泵出入口管线采用玻璃钢材质，设计及施工过程中未充分考虑到玻璃钢的受力膨胀变形的程度，致使类似装置运行时出现管线接口脱裂及多处泄漏情况。

设计阶段将大部分管线改为304L。唯一保留的玻璃钢管线是氧化罐出口至综合塔放空管线。经过两年的运行，目前未发生管线腐蚀减薄的现象，设计材质能够满足工况需求，虽然成本增加较多，但从装置长周期运行角度看，材质升级是必要的。运行中需要关注管线的Cl离子腐蚀。

2.3 废水单元

废水单元主要设备有胀鼓式过滤器、氧化罐、真空脱水机和液下泵。这是烟气治理项目日常工作最集中的区域。固废为固含量40%的泥饼，液废为排液池的外排水。

2.3.1 胀鼓式过滤器

胀鼓式过滤器正常状态下两开一备，普遍反映过滤器滤芯易堵塞和损坏。运行中过滤器滤芯寿命均在3～6个月，损耗速度过快。维护成本较高。个别出现滤膜结垢硬化严重破损现象。

2.3.2 渣浆系统

渣浆泵因为介质为固含量20%wt左右的浆液，所以选型较难，其他项目有凸轮、螺杆和蠕动泵等多种型式。设计采用蠕动泵，泵使用情况良好，能较好地满足生产需要。其易损件为泵内软管，更换频率约为1次/年。

较多的检修工作集中在泵进、出口管线。因单套脱泥系统处理能力问题，泵进出口法兰为DN20，系统管线为DN80/100。尤其是泵入口变径大小头处，非常容易堵塞。导致管线清理工作量较大。

2.3.3 氧化罐

氧化罐主要用氧化风机提供的空气对上清液中的亚硫酸盐氧化，生成硫酸盐，利用碱液调和液体pH值。目前问题有：一是氧化风进罐前偏流现象严重，影响氧化效果，造成排风口带液；二是反应机理较复杂，副反应的发生导致含有SO2的酸性气产生，不仅造成二次污染，并且对罐顶周围的设备和框架腐蚀严重。顶部管线还是保留为玻璃钢材质，搅拌器顶部联轴器等在运行两年后，腐蚀严重。已全部进行材质升级处理；三是液体流动靠液位高度差，流速低导致氧化罐入口管线及底部结垢严重现象，需要经常清理。

2.3.4 液下泵选型问题

项目六台液下泵设计均为VS4型。串联式双密封，介质侧为多弹簧式机械密封，驱动侧为大弹簧机械密封。冲洗方案为PLAN32。冲洗介质为新鲜水，运行一周后即出现泵损坏情况。以浆液缓冲池泵P4501A为例，从2016年10月至2017年3月，共大修6次。基本情况都是密封失效，介质水进入金属轴承，短时间内就会导致机泵过载跳车或者无法启动。2017年3月进行设备改型，由VS4长轴型改为VS5悬臂型，运行至今状态良好，未进行检修。

2.3.5 管线堵塞问题

装置运行2年后，发现脱硫单元至废水单元管线流量明显减少，排查后，发现絮凝剂注入点后管线堵塞严重，DN80管线内部流通直径不到20 mm，后采取分段切割，重新安装新管线的办法处理，恢复生产。

3 结 语

随着环保要求的日益提高，烟气治理项目对于催化装置有非常重要的意义，目前还有较多设备技术问题需要解决。这要求我们在运行阶段勤思考，多与设计院、兄弟单位沟通，从设备失效原因入手，针对性完善，才能实现烟气治理项目设备的良好运行，保证装置的环保要求。