环保脱硫系统问题分析及焚烧炉挡火墙改进实践

李 强 ，周玉青

（1.梅山钢铁股份有限公司，江苏 南京210039；2.墙州环境科技服务（南京）有限公司，江苏 南京210048；3.南京科技职业学院 化工与材料学院，江苏 南京210048）

2016 年3 月国家颁布《长江经济带发展规划纲要》，强调生态环境保护，目前空气污染工业以SO2、NOx、烟（粉）尘为主的排放是长江经济带经济危害较为严重的地区。随着废气排放对大气环境危害的加剧，环保整治力度加大[1-2]。化工企业烟囱废气排放是空气质量达标的重要监控指标。我国新颁布的GB 16297-1996《大气污染物排放标准》中规定，SO2最高排放浓度（新）为550 mg/m3，相关大气污染排放标准中对SO 排放浓度的要求越来越严，SO 排放浓度要求低于400 mg/m3，部分地区要求低于200 mg/m3。长江沿岸的大型钢铁化工企业排放的废气SO2采用多种方法排放[3]。焚烧炉作为脱硫排放系统中将酸性气体（含H2S，HCN 气等）经混合煤气燃烧，生成SO2等过程气最为关键的设备之一，如何科学高效地使用焚烧炉，减少处理废气燃烧形成的SO2是环保工作者和科研人员高度关注的方向[4]。本文就焚烧炉炉膛内加装挡火墙后对脱硫系统的影响进行了系统的阐述，较好地解决了排放SO2等过程气的问题。

1 脱硫工艺设计

由上道工序再生塔解析出的酸性气体经真空泵送入到WSA 制酸装置的焚烧炉燃烧，过程气和废热锅炉内锅炉水换热后，再与一定比例空气/氨气混合气进入SCR 反应器除杂，除去NOx后的过程气进入SO2转化器内，过程气中的SO2在催化剂作用下转化成SO3，并形成H2SO4蒸汽进入到WSA 冷凝器中冷凝冷却，冷凝后形成浓度为98%硫酸流入酸槽，经WSA 冷凝器冷却后的过程气最后由烟囱排出（见图 1）。

图1 原脱硫工艺流程图

该套环保装置废气排放要求煤气一期、 二期制酸分别于2008 年、2012 年投产，烟囱尾气均按照GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》中“表2 新污染源大气污染物排放限值” 要求进行设计，其中：SO2≤960 mg/m3，NOx≤240 mg/m3，硫酸雾≤45 mg/m3。

为促进区域经济与环境协调发展，GB 26132-2010《硫酸工业污染物排放标准》于2011 年3 月1日正式实施。按照要求，2011 年 10 月 1 日至 2013年9 月30 日现有硫酸企业执行规定的大气污染物排放限值，SO2≤860 mg/m3，硫酸雾≤45 mg/m3；2013年10 月1 日起所有硫酸企业将统一执行表5 规定的大气污染物排放限值，SO2≤400 mg/m3，硫酸雾≤30 mg/m3； 需要采取特别保护措施的地区执行规定的大气污染物排放限值，SO2≤200 mg/m3，硫酸雾≤5 mg/m3。

2 脱硫制酸环保系统损害情况

该环保系统使用后从与2014 年期间经常监测到烟囱排放超标，在系统日常投用期间发现WSA 冷凝器进口热风量在8 800 m3/h 时，压力上升至2.8 kPa，怀疑玻璃管内破损比较严重，同时WSA 冷凝器顶盖出现渗酸，多次螺丝紧固无效果，腐蚀严重。SO2床间冷却器出口管道有泄漏，多次带压堵漏后仍然有微量泄漏。压力调节阀波动，多次对调节阀气源管和空气调压阀进行保养，仍然有波动。汽包人孔泄漏，带压堵漏后无泄漏。WSA 冷凝器出口至烟囱的风管腐蚀漏酸。硫酸板式换热器出口硫酸浓度检测下部阀门腐蚀损坏。对WSA 制酸装置的焚烧炉——废热锅炉——SCR 反应器——SO2转化器——WSA冷凝器——烟囱等设备逐一检查，发现焚烧炉和WSA 冷凝器出现了严重的损坏，其他设备也有不同程度的损坏。

2.1 酸气焚烧炉损坏情况

在输送过程中，酸气必须先经过酸捕雾器和过滤器，分离出其中的冷凝液及夹带的杂质，再进入焚烧炉燃烧，产生含有SO2的工艺气。

表1 酸性气体的项目组成

图2 焚烧炉在系统位置图

图3 焚烧炉正面图

停工检修打开焚烧炉后，焚烧炉煤气管道阻火器正常无杂质，酸气烧嘴烧化，酸气烧嘴两侧球阀堵塞严重，三通处有1/4 的积萘和焦油（见图4～图6），工作层基本完好，无脱落或松动。但砖缝间的火泥部分掉落，形成空缝（火泥选型与铬刚玉砖不匹配，没有烧结）。高温酸性气体，经过缝隙进入保温层，逐渐使轻质高铝浇注料烧损、粉化和失效，并腐蚀和氧化金属壳体，使壳体变薄或烧穿，酸性气体泄漏。

图4 焚烧炉打开面图

2.2 WSA 冷凝器损坏情况

图5 酸气管道焦油、萘堵塞图

图6 酸气烧嘴两侧球阀堵塞图

废锅后的翻板卡死无动作，WSA 冷凝器底部船体正常无积酸，WSA 冷凝器玻璃管损坏较2016 年有增加，全部损坏玻璃管有100 根左右，WSA 冷凝器顶部下酸管最下层孔眼被堵死，导致顶部管板有积酸腐蚀严重，从而随着气流至烟囱进口风管积酸。中间管板腐蚀也比较严重，酸池内酸砖上部粉化严重，WSA 冷凝器内各隔层见也有大量积灰需进行清扫。烟囱底部积有少量的酸泥。过程气冷却器和床间冷却器翅片上无积灰，汽包人孔法兰和人孔对应位置有裂纹（见图 7、图 8）。

图7 WSA 冷凝器内玻璃管损坏立面图

图8 WSA 冷凝器内玻璃管损坏正面图

3 进脱硫系统焚烧炉燃烧的酸性气体的影响

焦炉煤气相关数据见表2。

燃料气组成见表3。

由于焚烧炉采用的是真空碳酸钾法脱硫脱氰装置输送来的酸性气体，该气体在燃烧过程中煤气含焦油多，焚烧炉喷头在2 月4 日的拆检中发现：其中DN150、Φ900 酸气管道的喷管内积焦油等垃圾，Φ900 酸气管道的喷管有多处裂纹造成喷头及管道无法检修。原因是制酸装置长期运行后，焚烧炉进口酸气管道上阻火器、Y 型过滤器、 烧嘴等会逐渐堵塞，造成阻力增大，影响了正常生产，随着生产的持续进行，造成沸热锅炉损坏，气体温度过高，导致制酸装置的玻璃管温度过高。从而使玻璃管损坏，以至于随后气体进入WSA 后管道以及烟囱，从而导致管道和烟囱的腐蚀严重。

表2 焦炉煤气数据

表3 燃料气组成

4 改进方案总体思路

我们用耐火砖将炉膛沿周长砌一圆形带格栅的墙，该墙起像过滤网一样的作用，将炉体内焚烧产生的高温烟气以及产生的焦油等垃圾挡在挡墙外。

施工顺序： 对焚烧炉嘴清堵——炉膛内砌挡火墙（图9～图11）——废热锅炉连接的管道内加衬四氟——更换WAS 冷凝器内玻璃管——烟囱弯头处清酸泥——炉膛升温——观察烟囱气体。

上海市水务信息化管理部门在长期对IT服务外包的研究、探索和实践的基础上，已将IT服务外包作为服务延伸和能力深化的有效手段，并逐步形成和建立起了能真实反映设施、设备和系统运行状况，满足实际运维管理需要的IT基础环境治理结构（见图1）。

图9 焚烧炉设置挡火墙示意图

图10 焚烧炉进口正面图

图11 炉膛内设置挡火墙实物图

4.1 砌筑挡火墙

砌筑材料为铬钢玉砖，挡墙按中心线砌筑，当炉壳的中心线垂直误差和半径误差符合炉内形要求时采用炉壳为导面进行砌筑。炉壳四周全部用铬钢玉砖砌实，炉壁四周全部用铬钢玉砖砌筑。砌筑需一次完成。进入尾部修补缝隙，并清理杂物后，砌筑挡墙（干摆）。炉内修补结束并清理完毕后，封堵检修人孔，回装窑头（燃烧器）。恢复热电偶时，其四周必须缠紧纤维棉，以防酸性气体泄漏。

施工使用的材料为铬钢玉砖，材料指标见表4。

表4 铬钢玉砖材料技术指标

4.2 更换WAS 冷凝器玻璃管

根据改造方案更换WAS 玻璃管，将原旧玻璃管全部更换，确保装置正常运行（见图12、图13）。

图12 吊装WAS 冷凝器玻璃管现场图

图13 安装WAS 冷凝器玻璃管现场图

4.3 焚烧炉烘炉

根据施工顺序安排，安装WAS 冷凝器玻璃管后对焚烧炉就行烘炉工作。

烘炉的目的是使砌体中的水分蒸发，达到烘干烘透。然后再升温至一定温度，以便正式投入生产。当炉子建成后立即投入生产时，烘炉可一次性不间断地进行。若在冬季建成后不能立即投产，则应采取相应的保护措施：将炉子先进行烘烤，使砌体干透，待投产时再进行加热或将炉子保温使砌体不受冻。

烘炉应严格按照烘炉曲线进行，分为以下三个过程：

（1）水分排出期。炉子从常温升温至130 ℃，此时是泥浆中水分以及砌体内部分水分的排出期，此时应缓慢升温，一般升温速率不超过15 ℃/h，同时在此温度点要保温较长时间（60 h）。

（2）砌体膨胀期。130～350 ℃砌体开始膨胀进入膨胀变形期，此时应缓慢升温，一般升温速率不超过20 ℃/h，同时在此温度点要保温较长时间（36 h）。

（3）保温期。从 350 ℃以上以不超过 20 ℃/h 升高至530 ℃，同时在此温度点要保温较长时间（24 h）后自然冷却。

酸性气体燃烧炉耐火材料砌筑完成后，应至少自然干燥24 h 以上，让耐火材料中的水分尽可能蒸发掉。

按烘炉曲线烘炉，根据烘炉曲线增减热负荷完成烘炉，烘炉升温与保温时间等要求见图14、图15及表5。

图14 烘炉曲线图

图15 焚烧炉烘炉曲线图

表5 保温时间表

5 效果分析

制酸重新开工后，对制酸2016 年SO2与NOx等跟踪如下。

以前烟囱尾气排放指标见表6。

表6 烟囱尾气排放数据

改进后2016 年制酸烟囱废气相关数据见表7。调出SO2与NOx进行合格率观察。

根据表7 的数据显示烟囱气SO2和NOx数一月至四月期间均低于表6 的排放数据。四月以后无排放，效果较好。

表7 SO2 与NOx 合格率数据

6 结论

对焚烧炉进行改进增加砌筑挡火墙后，进入炉膛内燃烧后过程气堆积的焦油渣及萘等垃圾方便在检修时清理。对进入炉膛内的火焰起到缓冲作用，保护废热锅炉端陶瓷管，使火焰燃烧充分；焚烧炉的酸气烧嘴烧化，酸气烧嘴两侧球阀堵塞明显减轻，三通处的积萘和焦油变少； 焚烧炉的炉膛保温层烧损情况变好，无大面积烧损情况出现；焚烧炉进口酸气管道上阻火器、Y 型过滤器、烧嘴等处堵塞情况明显好转，阻力减小；沸热锅炉不再损坏；气体温度正常，制酸装置的玻璃管温度正常；玻璃管不再损坏；管道和烟囱的腐蚀情况得到改善；烟气排放到达现行排放标准，2016 年合格率100%。