球团工艺活性焦脱硫脱硝系统运行问题分析

杨 柳，王 飞，毛 瑞

(1江苏沙钢集团有限公司；2江苏省（沙钢）钢铁研究院环保资源研究室，江苏张家港 215625）

引言

活性焦脱硫脱硝工艺是目前工业化应用效果较成熟的烟气治理工艺，能够满足当前烟气超低排放的治理要求［1-3］。沙钢球团车间2 号球团生产线为链篦机—回转窑工艺，采用活性焦脱硫脱硝系统。该系统于2019 年投入生产运行，经过调试运行，保证了球团工艺的烟气达到超低排放标准，运行效果较好。在调试过程中也出现了一些问题，主要表现在：（1）净化塔的垂直大烟道出现腐蚀现象；（2）净化塔内出现粘结物，特别是在喷氨区域，粘结物堵塞了部分烟气通道，降低了系统的运行效率。针对出现的问题进行了现场调研和取样分析，以期找到问题原因，为整改措施提供方案。

1 垂直大烟道的腐蚀

链篦机—回转窑工艺烟气从链篦机抽干段和预热I 段的风箱经由主引风机抽出，再经过除尘系统，由垂直大烟道鼓入净化塔进行脱硫脱硝。活性焦脱硫脱硝系统自运行以来，根据工艺要求，当烟气温度大于130 ℃时，垂直大烟道内置的喷淋装置会对烟气进行降温。垂直大烟道在安装喷淋装置的下部区域出现了一定的腐蚀。对垂直大烟道下部收集的喷淋废液进行过滤，废液呈透明的蓝绿色。对废液进行化学分析，结果如表1所示。

表1 喷淋废液的化学分析结果

经过分析可知，喷淋废液中含有1.24%的氯元素，并含有部分亚铁离子，且废液pH 值2～3，呈酸性。喷淋装置采用工业水对烟气进行喷淋降温，且垂直大烟道采用不锈钢材质，所以大烟道的腐蚀应是烟气中的腐蚀物溶于喷淋水导致的。对垂直大烟道下部腐蚀严重的区域形成的腐蚀物进行化学成分分析，结果如表2所示。从结果可知，腐蚀粘结物中含有较高的铬、镍元素，远高于粉尘中的铬、镍元素的含量，说明不锈钢材质的管壁被严重腐蚀。腐蚀物中还含有较高的氯、氟元素。基于此推测，烟气中的含有氟化氢、氯化氢等溶于喷淋水形成的酸性溶液导致垂直大烟道的管壁腐蚀。

表2 垂直大烟道腐蚀粘结物的化学成分 %

2 净化塔内的粘结物分析

净化塔内喷氨区域的粘结现象较明显，如图1所示。

图1 喷氨区的粘结现象

粘结物堵塞了喷氨区与活性焦区域的连接通道，活性焦的下降管道也出现了粘结物。对喷氨区的粘结物取样进行化学分析和物相检测，结果分别如表3和图2所示。

图2 喷氨区粘结物的物相检测结果

表3 喷氨区粘结物的化学分析结果 %

综合分析，粘结物的主要成分为氯化铵，其中氯含量高达66.92%。烟气中可能含有大量的氯化氢气体，迁移至净化塔的喷氨区域与氨气反应形成了氯化铵，氯化铵的升华温度为350 ℃，净化塔喷氨区的温度为120 ℃左右，在此温度下生成的氯化铵结晶，粘附在净化塔壁面上造成堵塞。

3 烟气中氯的来源分析

球团矿粉中含有一定量的氯元素，沙钢球团精粉和辅料中的氯含量如表4所示。

表4 球团精粉和辅料中的氯含量 %

对其中的秘鲁精粉和澳洲精粉进行水洗试验，对水洗后的溶液进行蒸发结晶，对结晶物进行X 射线衍射分析，结果如图3 和图4 所示。从结果可知，球精粉中的氯化物主要是氯化钠和氯化镁等盐类。

图3 秘鲁精粉水洗结晶物的物相组成

球精粉经造球后进入链篦机回转窑系统，在高温下会进行一系列的物理化学变化。经过热力学分析与计算，在表5 列举了生球中氯化物在链篦机回转窑系统中可能发生的化学反应［4］。

图4 澳洲精粉水洗结晶物的物相组成

表5 矿粉中氯化物在链篦机回转窑系统中可能发生的化学反应

从表5 中所列的化学反应可知，矿粉中的氯化物在链篦机回转窑系统内会发生反应生成氯化氢气体。在各反应中水蒸气均是必要的反应物，水蒸气主要由生球经链篦机带入系统。其中反应（1）～（3），矿粉中氯化物与水蒸气和矿粉中氧化硅在温度超过一定值时即可以发生反应生成氯化氢气体；反应（4）～（12）则是在低于某一温度值时反应便会发生，矿粉中的氯化物需要与水蒸气和二氧化硫或二氧化氮或二氧化碳反应生成氯化氢气体，但所需的二氧化硫或二氧化氮或二氧化碳是在回转窑的高温段生成的。

图5 是链篦机内部气流分布的示意图，生球首先经鼓干段烘干部分水分，然后进入抽干段继续烘干，在抽干段和预热I 段具有生球带入的水分，同时具有从回转窑和预热II 段带来的二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳气体，并且抽干段的温度在250～500 ℃之间，预热I段温度在700～900 ℃之间，结合上述对表5 中的化学反应的分析，可知在抽干段和预热I段具备发生表5中所示化学反应的条件，能够产生氯化氢气体。氯化氢气体随烟气进入垂直大烟道，一部分溶于喷淋水中形成酸性溶液，腐蚀了烟道管壁，一部分氯化氢气体进入净化塔与氨水反应生成氯化铵结晶，粘结在塔壁上形成堵塞。

图5 链篦机内部气流分布示意图

根据对球团工艺中氯元素的收入项和支出项的分析计算，得出球团工艺的氯元素平衡，如表6所示。从结果可知，球团生产过程中，由各类原辅料带入的氯元素质量为69.53 kg/h，其中约90%进入了烟气系统，给脱硫脱销系统造成了较大的负担。

表6 球团工艺的氯元素平衡计算表

4 防止氯腐蚀的可行措施

上述分析可知，在链篦机中形成的氯化氢气体是造成垂直大烟道腐蚀和净化塔氯化铵堵塞的根本原因。垂直大烟道需要做防腐改造，如果不进行防腐改造，长此以往可能造成垂直大烟道钢结构强度的破坏，严重的可能出现安全事故。为了降低氯的腐蚀，可采取以下措施。

（1）可尝试在垂直大烟道的喷淋处采用碱性溶液喷淋降温，最大程度地吸收烟气中的氯化氢气体。现在的喷淋水为沙钢工业水，可采用碱性溶液（比如氨水、氢氧化钠、碳酸氢钠溶液等）吸收烟气中的氯化氢气体，减少其进入净化塔的量。

（2）对喷淋装置进行技术改造，提高喷淋雾化水的均匀性和覆盖范围，最大程度地吸收烟气中的氯化氢气体。

（3）增强链篦机的烘干效率。从烟气中氯化氢气体的生成机理可知，水蒸气是氯化氢生成的必要反应物，若将生球团在链篦机鼓干段就尽量烘干，使进入链篦机抽干段和预热I 段的水蒸气降低，即可降低氯化氢气体的生成［5］。

（4）限制高氯球团原辅料的使用量。通过对球团原辅料的氯含量分析，限制对高氯原料的使用比例，从源头降低进入链篦机回转窑系统的氯含量。

5 结语

5.1 活性焦脱硫脱硝系统的大烟道腐蚀为酸腐蚀，净化塔内喷氨区形成的粘结物为氯化铵，链篦机-回转窑系统内生成的氯化氢气体是导致腐蚀和粘结物堵塞的根本原因。

5.2 在球团链篦机-回转窑工艺中，球团生球水分在链篦机高温区发生一系列 化学反应，能够生成氯化氢气体，生球带入的水分是生成氯化氢气体的必要反应物。

5.3 为了降低腐蚀和粘结堵塞的问题，可从源头降低高氯原料的使用比例，同时推对链篦机工序进行优化，使其在低温区将生球烘干，从而削弱氯化氢的生产条件，在末端增加防腐和吸收氯化氢气体的装置能大幅降低氯化氢对系统的影响。