催化烟气脱硫脱硝余热锅炉激波吹灰器腐蚀研究

陈明

摘      要：针对催化烟气脱硫脱硝装置余热锅炉的激波吹灰器腐蚀问题，对该余热锅炉的激波吹灰器使用情况和腐蚀情况进行介绍。通过对腐蚀原因的分析，提出了应对措施，从而减少装置腐蚀破损和现场动火等特殊作业带来的风险与隐患，提高锅炉运行效率和安全运行周期，保证催化裂化烟气达标排放。

关  键  词：脱硫脱硝；激波吹灰；腐蚀

中图分类号：TK223.27     文献标识码： A     文章编号： 1004-0935（2023）11-1606-04

随着环境问题日益凸显，人们对环境保护越来越重视，环保问题也成为了制约企业发展的重要原因之一。为满足烟气排放要求，某石化公司为其  140万t·a^-1重油催化裂化装置配套建设了催化烟气脱硝除尘脱硫装置，于2014年12月底一次开车成功，并经近年来的调整优化与改造，达到烟气SO₂排放质量浓度≤50 mg·m^-3、NO_X排放质量浓度    ≤100 mg·m^-3、粉尘排放质量浓度≤10 mg·m^-3，满足本地区污染物控制要求。

1  裝置流程及吹灰器工作原理

1.1  装置简要流程

该公司建设的催化裂化烟气脱硝除尘脱硫装置（简称脱硫脱硝），采用选择性催化还原法（SCR）脱硝技术、（双循环）新型湍冲文丘里除尘脱硫技术及静电除尘器除尘等。装置包括额定蒸发量    56.7 t·h^-1的余热锅炉1台、SCR脱硝单元、除尘脱硫单元以及相应的氨制备区、废水处理单元、高盐水蒸发结晶（MVR）单元等。

催化裂化装置高温烟气经过烟机做工后，由DN2200的管道从炉底引入炉膛，经2台对向布置的燃烧器补燃烟气中CO后（炉膛温度约750 ℃），依次经过水保护段、两级过热器、蒸发一段、蒸发二段、脱硝模块、高低温省煤器，高温烟气经过余热锅炉各受热面时会对受热面进行传热并逐步降温至170～200 ℃。经尾部烟道蝶阀及烟道提升后，自上而下进入激冷塔，经急冷以及自下而上的逆喷喷嘴降温（约55～60 ℃）后，进入综合塔，自下而上依次经过消泡器、除沫器、折流板除雾器、气旋除雾器、静电除尘器后经烟囱（约80 m高）排入大气。由于催化高温烟气中会携带一定量的催化剂细粉，在经过余热锅炉各受热面时会沉降、积聚，导致受热面传热能力下降，锅炉热效率降低，并对锅炉长期的安全平稳运行造成影响。为及时清除积灰，装置采用激波吹灰器、声波吹灰器、蒸汽吹灰器3种方式进行清灰^[1]。

1）激波吹灰器：装置共安装40台激波吹灰器，是装置最重要的吹灰方式，对称布置在水保护段、过热器段等每层受热面的侧壁上，能够有效清楚受热面积灰。

2）蒸汽吹灰器：装置共安装4台蒸汽吹灰器，对称布置在两层SCR脱硝模块上部，主要为了清除脱硝催化剂模块上的积灰。

3）声波吹灰器：装置共安装4台，对称布置在两层SCR脱硝模块侧壁，作为蒸汽吹灰器的补充 使用。

1.2  激波吹灰器组成及工作原理

激波吹灰是一种在国内外被广泛应用于燃煤锅炉、生物质锅炉及余热锅炉中用于清除受热面积灰的技术，关键是制造可控制的燃料爆燃，以产生一道强度可控的激波。激波吹灰器由燃料和空气的控制器、混合器、点火器、激波发生器和喷口以及相应的控制阀门、电气、仪表系统等组成。激波吹灰器的工作原理是：将燃料（主要是炼厂干气）和氧化剂（非净化风）按照一定比例混合形成可燃性的混合气体，进入带有点火器的混合器中，通过点火器点燃混合气产生微爆作为瞬时高压气源，经过特制结构的管道和喷嘴形成强压缩激波，在高速气流、声疲劳和热清洗等多种能量作用下，使炉管上的积灰脱落，达到清灰的目的^[2]。

2  激波吹灰器腐蚀情况及处置

2.1  腐蚀情况介绍

该装置自投用以来运行稳定，烟气指标均在设计值范围内，但发现激波吹灰器的混合器经常会出现破损，破损处的形状成不规则面状。经统计发现，出现破损的混合器处于高温段（水保护段、过热器段、蒸发一段，炉内温度大于440 ℃）的占90%以上。对破损的激波吹灰混合器进行拆卸更换，发现内部破损处较其他部位减薄情况严重，且内部存在积灰。破损处一般为混合器底部附近，如图1所示，结合破损内部情况，初步判断为露点腐蚀造成^[3-5]。

2.2  处置方式

由于吹灰器混合器存在破损，在运行时会有爆炸性气体外溢，形成火源。且混合器破损还会导致作用到炉膛受热面上的高压气体不足，影响吹灰效果。为保证装置安全需停运激波吹灰，这会使锅炉排烟温度上升（约5～10 ℃），降低锅炉热效率，故必须要及时处理。由于是装置属于易燃易爆区域，为减少补焊等动火作业带来的风险，作业部采取钢扎带捆扎的方式临时处理。待条件允许后，检维修人员在装置现场使用气割的方式拆除破损并更换新的混合器。

为验证混合器破损的原因，选取部分混合器在底部弯头处加装保温，以减少混合器底部的散热损失降低露点腐蚀。通过1年的实际运行观察，弯头加装保温后的混合器与不加保温的混合器相比，破损的现象大大减少。

3  原因分析

3.1  炼厂干气质量不合格

该装置激波吹灰器使用的是厂内脱硫后的干气，硫化氢质量浓度控制指标为≤20 mg·m^-3，但受产气装置的波动、干气脱硫（乙醇胺溶液吸附）装置运行波动等影响，炼厂干气系统偶尔会出现硫含量超标的现象。而含硫的炼厂干气与非净化风混合爆燃后会生成SO₂、SO₃和水蒸气等产物，在高温作用下会产生硫酸蒸气，且由于混合器处于炉膛外，未经保温处理，导致硫酸蒸气在混合器璧上遇冷凝结积存在低点腐蚀设备。同时，由于干气脱硫后流程较长，干气会携带一定量的水和溶剂，当装置设置的瓦斯分液罐脱液不及时或脱硫系统波动时，容易造成进激波吹灰器瓦斯带液现象，影响激波吹灰器的运行效果。

3.2  非凈化风含水量大

工厂用风分为净化风与非净化风，空气经空压机压缩后，一部分压缩空气作为非净化风直接进入非净化风管网，另一部分压缩空气进入干燥器进行干燥后作为净化风进入净化风管网。由于非净化风未经其他工艺或流程处理这使得空气中的水分无法脱出，非净化风含水量大，尤其在阴雨天，或者装置在冬季运行期间，由于气温降至０℃以下，非净化风带水现象十分明显^[6]。同时，由于余热锅炉装置处于管网末端，用风量也较小，更容易带水。与燃料混合爆炸后，存在的水蒸气会与烟气中的硫在一定条件下反应生成SO₃，在激波吹灰混合器中凝结产生腐蚀。

3.3  保护风压力不足

由于激波吹灰器运行是间歇性的，每台激波吹灰器在完成一次吹灰工作后，控制系统会自动开启非净化风控制阀向混合器供风，可减少高温烟气回流到混合器中遇冷形成露点腐蚀损坏设备，同时可避免烟气中的催化剂细粉堵塞混合器喷嘴。保护风的运行会受到非净化风的风量、风压、保护风走向、系统布局等多方面影响。保护风先经过省煤器等低温段吹灰器，后向高温段供风，这就导致高温段的保护风压力不足，高温烟气发生回流在混合器内遇冷凝结形成露点腐蚀^[7-9]。

3.4  吹灰器不工作

由于吹灰器的工作原理是通过干气和非净化风混合爆燃，这需要干气和非净化风的比例处于干气的爆炸极限范围内。炼厂干气为氢气、甲烷、乙烷等（干气各组分体积分数见表1），爆炸体积分数约为5%～16%^[10]，范围较窄，干气与非净化风的比例不好控制。而受产气装置为调整汽柴油及液化气收率的操作等影响，干气各组分体积分数不断变化，干气的爆炸极限并不是固定不变的。同时，吹灰器是否工作只能依靠现场操作人员巡检时依据声音判断，吹灰器单台不工作的情况较难发现。即使发现吹灰器不工作后，由于干气和非净化风的开度大小只能依据现场转子流量计和压力表，通过现场手阀控制，所以调整不及时且有一定难度。在干气组分变化时，未及时调整或调整不到位会使吹灰器不工作，时间长后易导致粉尘堆积到吹灰器通道，使酸性物质堆积对吹灰器造成腐蚀

4  建议措施

4.1  严控炼厂干气的质量

加强对干气系统脱硫装置的运行控制与分析判断，根据对乙醇胺溶液相关指标的监控，及时采取乙醇胺溶液净化等措施，保证净化装置的稳定运行；加强装置瓦斯分液罐的监控，及时进行切液操作，避免炼厂干气中的硫化氢含量超标和含水量大的情况出现。

4.2  调整保护风的开度

提高保护风量和风压，在条件允许情况下逐一测试每台吹灰器的保护风大小，排除由于阀门损坏等问题导致的保护风风量不足。规划保护风系统布局，保证每台激波吹灰器的保护风压能够满足要求。

4.3  在激波吹灰混合器外表面做保温处理

由于混合器处于炉膛之外，而硫酸蒸气的露点基本在140～160 ℃，故烟气中的硫酸蒸气极易在混合器内遇冷凝结，这也是发生腐蚀的根本原因。经保温处理后，混合器内温度将高于硫酸蒸气的露点温度，实践表明，在混合器外尤其是底部弯头处做保温处理，能够有效减少露点腐蚀现象发生。

4.4  做好非净化风的脱水控制

为保证进入装置的非净化风压力稳定，在非净化风管网进入装置后，设有一个非净化风缓冲罐，并设置必要的安全阀和压力表，为调整进入装置的非净化风压力提供依据。为减少非净化风带水和冬季冻凝现象，缓冲罐底部设有排凝口，可以通过阀门控制排液。在冬季和阴雨天时加大排液的频次，减少进入装置的非净化风含水量。

5   结束语

催化裂化烟气脱硫脱硝余热锅炉激波吹灰器的混合器破损现象会影响吹灰器吹灰效果，在停运激波吹灰器时，受热面积灰会导致排烟温度上升，进而影响锅炉热效率和安全运行周期。通过对混合器破损点的具体研究确认破损原因是腐蚀形成的，采取在混合器外壁加装保温棉等措施，显著减少腐蚀现象的发生，并间接地减少了装置现场动火作业带来的风险和隐患，提高锅炉运行效率与安全运行周期。提出调整保护风开度、加强非净化风排液等多种措施优化运行，从根源上减少吹灰器腐蚀问题。

参考文献：

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［4］赵敏.催化裂化装置腐蚀原因分析及防护建议[J]. 石油化工设备，2021，11（7）：70-75.

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［6］赵鹏，周志航，李玉飞，丁秀兰.激波吹灰器在催化裂化装置运行中存在的问题与应对措施[J].石油化工设备技术，2018，39（2）：35-37．

［7］陈猛.浅谈催化装置余热锅炉吹灰器改造[J].中国设备工程，2021（13）：137-138.

［8］郭宝吉.催化装置余热锅炉吹灰器的换型改造[J].石化技术，2017，46（5）：19-21.

［9］杨智，郑培，于春海.催化裂化装置焚烧式CO余热锅炉节能技术改造[J].石油石化节能，2021，11（7）：26-28.

［10］司荣军，李润之郑培.低浓度含氧瓦斯爆炸动力特性及防控关键技术[J]. 煤炭科学技术，2020，48（10）：17-36.

Study on Corrosion of Shock Wavesoot Blower for FCC Gas

Desulfurization and Denitrification Unit Waste Heat Boiler

CHEN Ming

（Sinopec Qingdao Petrochemical Co.， Ltd.， Qingdao Shandong 266043， China）

Abstract：  Aiming at the problem of corrosion of shock wave soot blower for FCC gas desulfurization and denitrification unit waste heat boiler， service condition and corrosion of the shock wave soot blower for waste heat boiler were introduced. Based on the analysis of corrosion causes， the countermeasures were put forward， so as to reduce the risks and hidden dangers caused by special operations such as corrosion damage of the device and on-site hot work， improve the operation efficiency and safe operation cycle of the boiler， and ensure the emission of FCC flue gas up to standard.

Key words：  Desulfurization and denitrification;  Shock wave soot blowing;  Corrosion