浅析以石油焦为燃料的玻璃熔窑余热锅炉运行故障原因及解决措施

颜兴健

（南宁浮法玻璃有限责任公司 南宁 530409）

0 引言

目前，保证烟气稳定达标的排放是采用石油焦粉为主要燃料的平板玻璃生产线所面临的一大难题。石油焦是原油经蒸馏将轻重质油分离后，重质油再经热裂后转化而成的产品。从外观上看，为形状不规则、大小不一的黑色块状（或颗粒），有金属光泽，具多孔隙结构，主要的元素组成为碳，占有80%以上，含氢1.5%～8%，其余的成分为氧、氮、硫和金属元素。石油焦灰份中含有的主要元素为铁、硅、钙、铝、钠、镁，还含有少量的钒、钛、铬、镍、锰等。根据含硫量的不同，可分为高硫焦、中硫焦和低硫焦3种，石油焦质量标准（ZBE 44002—86）将生焦分为1号、2号和3号，每个号又分为A焦和B焦两类，规定1号焦硫分不大于0.5% （A焦）及0.8% （B焦），2号焦为不大于1.0% （A焦）及1.5% （B焦），3号焦为不大于2.0% （A焦）及3.0% （B焦）。玻璃生产中加入的芒硝以及含硫的石油焦粉燃料，均会形成并释放SO2。部分SO2会进一步被氧化成SO3，并与烟气中的水蒸气结合成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽遇冷会冷凝形成硫酸，这种现象在锅炉末端蒸发器特别容易形成，从而腐蚀换热管片。为处理排放烟气里含有的大量氮氧化物，需加入氨气对烟气进行脱硝，此时逃逸的氨气在锅炉低温段与SO3形成的硫酸氢氨也会腐蚀锅炉换热管片。本文旨在总结分析烟气处理系统的故障原因，并提出解决措施。

1 故障原因

1.1 脱硝催化设计不合理

脱硝催化设计不合理，日常维护不到位，导致催化剂失效，促成氨逃逸，形成酸腐蚀。

逃逸的氨气会在锅炉低温段第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组蒸发器的管片上形成硫酸氢氨，硫酸氢氨酸性极强，其pH值可以达到1，因此对管壁腐蚀很快，管道腐蚀到壁厚只有1.5 mm左右会发生爆管。在设计脱硝催化剂时，考虑的余量不够，导致催化剂未到设计年限便失效。再加上日常对催化剂的维护不到位，没有及时清理催化剂表面形成的大量灰覆盖，阻隔了脱硝反应的进行，降低了脱硝效率，造成大量得不到反应的氨气逃逸。

1.2 石油焦灰份大，容易引起锅炉负压大

灰份大的石油焦粉在熔窑内燃烧后，剩余不可燃烧的灰份会进入到锅炉高低温过热器，在管间很容易积灰形成搭桥，导致整组蒸发管迎风面堵塞，烟气无法通过，最终导致锅炉被迫停炉清洗。不可燃烧的灰份还会进入到脱硝催化剂中，导致脱硝催化剂中毒，为了控制氮氧化物排放指标，系统会自动加大喷氨量，此时大量逃逸的氨气，又会在锅炉低温段管片上形成硫酸氢氨，腐蚀换热管片。

1.3 锅炉排烟温度过低，形成酸冷凝

烟气中部分SO2会进一步被氧化成SO3，且与烟气中的水蒸气结合成硫酸蒸汽。烟气中硫酸蒸汽的凝结温度称为酸露点，比水露点要高很多。烟气SO3（或者说硫酸蒸汽）含量越多，酸露点就越高，烟气中的酸露点可达140～160 ℃，甚至更高。原锅炉设计的排烟温度为180 ℃，但是给水温度只有150 ℃，即最后一组除氧蒸发器的管内水温是150 ℃，这样就处在了酸露点的范围，烟气中的酸蒸汽极易冷凝，冷凝形成的硫酸附着在管壁上形成腐蚀，典型的凹坑状腐蚀，最终导致漏水。

1.4 漏风

锅炉本体腐蚀漏风，人孔门漏风，吹灰器漏风，保温不佳等问题加剧设备腐蚀。锅炉运行中发现，在炉壁漏风的地方，管道腐蚀越严重，究其原因是漏风造成局部低温，形成酸冷凝。炉膛腐蚀穿孔，极易发生在膨胀节处。首先是膨胀节的焊接质量不好，容易存在气孔或沙眼，有一个点漏风就会存在腐蚀，从点到面形成较大面积的漏风，最终因冷风进入接触管道形成酸冷凝，腐蚀管道。其次是膨胀节处保温施工不好，膨胀节保温侧是不规则型，且一般位于钢结构横梁处，保温施工难度大，因此保温效果不佳，导致膨胀节温度偏低，容易在膨胀节处形成酸冷凝，导致膨胀节腐蚀，最终穿孔漏风。

1.5 SCR脱硝装置喷氨加剧氨逃逸

选择性催化还原烟气脱硝技术（简称SCR技术）在国外应用较为普遍，针对石油焦粉作为燃料的玻璃熔窑，烟气处理系统也大多数采用该项技术。SCR脱硝装置具有结构简单、脱硝效率高、运行可靠、便于维护等优点。随着催化剂性能的改进和反应操作条件的优化，SCR技术日趋成熟。但是，在烟气脱硝的同时，催化剂使部分烟气中SO2转化成SO3。在脱硝工艺上，要进行喷氨，烟气内的氨气在遇到SO3时，会反应形成硫酸氢氨，其具有极强的腐蚀性，在锅炉换热管上会形成酸腐蚀。随着氨逃逸的加剧，形成的硫酸氢氨就会不断地增加。

由于玻璃熔窑的特殊性，在左右火燃烧过程中会造成左右火排放的烟气量及成分不一致，特别是在熔窑中后期，差别会更大。烟气排放指标控制为小时均值排放值达标，但是熔窑换火是20 min一个周期，每个周期的烟气成分及烟气量不一样，就会出现在控制单位时间均值的过程中，左右火实际需求的氨气量不一致。实际控制中1 h内喷氨量是相对稳定的，因此会有其中一个火20 min内喷氨过量，多余的氨气就会形成氨逃逸，在催化层遇到SO3形成硫酸氢氨。硫酸氢氨跟随烟气到达锅炉换热管，容易冷凝造成酸腐蚀。

2 解决措施

2.1 增加脱硝催化剂设计余量

因为石油焦灰份控制波动大，不可燃烧的灰份会跟随烟气到达催化剂层覆盖在催化剂上，且极易堵塞，堵塞加剧会非常快，从而阻隔脱硝反应。传统的两层催化剂设计存在较大的使用风险，设计时应再增加一层到两层，确保较大的余量。在石油焦燃料灰份波动的情况下，有一定的余量应对，而不至于出现大面积失效的情况。

2.2 加强对脱硝催化剂的日常维护

锅炉运行过程中注意每一层的压降情况，通过压降分析，判断催化剂是否堵塞，停机检修时要及时对每层催化剂进行清理。根据催化剂的使用寿命，可以在使用中期，对催化剂进行取样检测，检测其活性，当有一半催化剂只剩余50%活性时，不建议继续使用。结合使用过程中氨气用量和后端锅炉管壁腐蚀情况，及时更换催化剂。

2.3 确保焊接质量

焊缝沙眼及气孔对漏风危害非常大，极易形成由点及面的腐蚀，双面焊接可以有效降低沙眼及气孔的概率。膨胀节处在施工过程中的焊接难度较大，且保温施工也难以真正的确保质量，为了降低膨胀节的腐蚀速率，建议锅炉内低温段膨胀节采用316L不锈钢，厚度4 mm，尽可能延缓膨胀节的腐蚀，延长使用寿命。在锅炉保温施工上，增加保温层厚度，严把保温施工质量，特别注意膨胀节处的保温，一定要做到保温棉贴金属面，不留空洞。按全双面焊接的施工要求，对锅炉箱体、穿管及膨胀节进行焊接施工，确保焊接质量。

2.4 增加密封罩

蒸发器炉膛穿管位置是容易腐蚀穿孔的隐患点，内外存在温差，容易造成酸冷凝。因此在锅炉每一组蒸发器的集箱外，增加密封罩，形成两道密封屏障，隔绝空气对流。同时在密封罩内增加保温，避免穿管位置温度下降，形成酸冷凝。两道措施，可以较好地降低穿管位置的漏风腐蚀，降低漏风风险。

2.5 增加换热器

增加水-水换热器提高省煤器的给水温度，即在锅炉给水泵出口到省煤器入口增加换热器。排烟温度达到210 ℃以上，减少酸露点冷凝，减少省煤器的酸腐蚀。给水泵是一个瓶颈，过高的温度，容易造成水泵损坏，耐高温耐高压的给水泵制造成本大，在给水泵出口端的管路上增加换热器是较优的选择。

2.6 控制脱硝喷氨量，降低氨逃逸

因为玻璃熔窑左右火的烟气成分和烟气量不一致，即在脱硝工艺控制的时候尽可能做到动态调节，可以根据烟气排放氮氧化物指标的情况，调节脱硝前氨气投入量，减少氨逃逸，减少硫酸氢氨的形成，从而保护锅炉蒸发器不受硫酸氢氨冷凝腐蚀。

2.7 避免锅炉低负荷运行

硫酸氢氨在低温下具有吸湿性，在140～230℃的温区很容易形成冷凝附着，附着在换热管壁上的硫酸氢氨会造成腐蚀。硫酸氢氨的形成是可逆的，将温度升高到316 ℃即可使硫酸氢氨升华，因此提高锅炉运行温度，可以有效降低换热管及炉膛腐蚀的风险。

3 效果

根据多年来的摸索改进，按以上措施逐步控制优化，锅炉腐蚀情况有了较明显的改善。

（1）降低了洗炉频次

锅炉从原来的每2个月清洗一次，到现在可以每4～6个月清洗一次，减少了停启炉次数，避免停启炉过程中的低负荷运行腐蚀。

（2）减缓了换热管腐蚀

原来每个洗炉周期检查，管壁外径减少0.2～0.5 mm，即半年约减少1.5 mm，优化后半年外径减少0.5 mm。原来锅炉运行一年后换热管开始爆管漏水，现新锅炉运行一年半时间，换热管情况良好。

（3）减轻了膨胀节、人孔门及炉膛腐蚀

以前每次洗炉检查，都发现大量的穿孔腐蚀，人孔门腐蚀损坏情况，目前该现象已极大减少。

4 结语

通过对脱硝系统中的脱硝催化剂增加设计余量、控制喷氨量、加强对脱硝催化剂的日常维护，可以减少氨逃逸，减少硫酸氢氨形成，减少硫酸氢氨附着，这是整个系统运行防止堵塞或者腐蚀爆管的关键。取消除氧蒸发器，采用汽包补汽进行除氧以提高锅炉排烟温度，可避免余热锅炉低负荷运行。按全双面焊接的施工要求，对锅炉箱体、穿管及膨胀节进行焊接施工，保证焊接质量，可减少锅炉漏风，确保锅炉保温工作。