催化煙氣治理設(shè)備運(yùn)行總結(jié)

丁平平

(中國石油化工股份有限公司安慶分公司，安徽 安慶 246000)

1 項(xiàng)目簡介

為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，2016年中石化對某催化進(jìn)行煙氣治理改造，9月底投用。結(jié)合裝置特點(diǎn)，經(jīng)過同類裝置調(diào)研對比，項(xiàng)目采用在爐內(nèi)SCR脫硝工藝，除塵脫硫系統(tǒng)采用中石化自主知識產(chǎn)權(quán)的雙循環(huán)新型湍沖文丘里除塵脫硫技術(shù)，脫硫廢水處理技術(shù)采用中石化寧波技術(shù)研究所與浙江雙嶼實(shí)業(yè)有限公司聯(lián)合開發(fā)的過濾+濃縮脫水+氧化處理廢水工藝技術(shù)[1]。

項(xiàng)目主要包括煙氣脫硝單元、煙氣除塵脫硫單元、廢水處理單元、余熱鍋爐改造以及配套的公用工程系統(tǒng)、儀控、電氣、土建等。余熱鍋爐改造改變余熱鍋爐框架結(jié)構(gòu)布置，將脫硝單元布置在低溫過熱器和蒸發(fā)段之間；原受熱面利舊不動，鍋爐標(biāo)高31400 mm以上部分整體抬高9884 mm；改造尾部煙道，增設(shè)1臺水封罐、2臺電動蝶閥等。

2 設(shè)備運(yùn)行總結(jié)

2.1 脫硝單元

2.1.1 煙氣管道壓力升高

增加煙氣脫硫設(shè)施以后，煙氣流程延長，后路阻力降增大，爐膛壓力提高。雖然設(shè)計(jì)均采用低壓降組件，投入運(yùn)行后煙機(jī)出口壓力約7 kPa，比改造前增加約4 kPa左右。

(1)煙機(jī)做功下降

其他條件不變時(shí)，煙機(jī)隨著背壓升高而做功下降，導(dǎo)致三機(jī)組能耗增加。煙氣治理項(xiàng)目投入后，經(jīng)過理論計(jì)算和機(jī)組耗電實(shí)測，煙機(jī)輸出功率降低約95 kW左右。裝置通過進(jìn)行大量數(shù)據(jù)對比，不斷優(yōu)化調(diào)整，確保機(jī)組的高效運(yùn)行。

(2)鍋爐漏點(diǎn)增多

鍋爐改造前運(yùn)行壓力在3 kPa左右，設(shè)計(jì)爐膛承壓為12 kPa，理論上能滿足增加煙氣脫硫設(shè)施后的工況變化需要。但余鍋爐膛壓力提升后，明顯比上周期增加了泄漏點(diǎn)。檢修任務(wù)增大。

(3)補(bǔ)燃系統(tǒng)升級

余鍋設(shè)計(jì)為補(bǔ)燃型余熱鍋爐，因裝置運(yùn)行工況，補(bǔ)燃系統(tǒng)未投入實(shí)際運(yùn)行。補(bǔ)燃風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)出口壓力為7.5 kPa，如果后期需要運(yùn)行時(shí)，存在壓力或者風(fēng)量不足的可能，需對機(jī)組進(jìn)行升級改造，以滿足補(bǔ)燃系統(tǒng)的要求。

(4)防爆門升級

余鍋防爆門設(shè)計(jì)在過熱段，結(jié)構(gòu)較為簡單，密封面為鑄鐵材質(zhì)。此處溫度較高，2016年大檢修時(shí)同設(shè)計(jì)對接，按升級后鍋爐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行核算，更換完成。

(5)鍋爐吹灰系統(tǒng)腐蝕加速

余鍋配備的激波吹灰器考慮到吹灰間歇期的煙氣返流現(xiàn)象，設(shè)置了間歇期非凈化風(fēng)的微正壓吹掃，雖然排煙溫度未有明顯變化，但本周期腐蝕情況嚴(yán)重，主要原因可能為非凈化風(fēng)經(jīng)過大量分流后有偏流現(xiàn)象，存在反吹壓力不足情況，88組吹灰器管線大部分都有補(bǔ)漏痕跡，省煤器段比過熱段出現(xiàn)次數(shù)多，檢修部位多為管線器壁附近彎頭等部位穿孔，典型的煙氣露點(diǎn)腐蝕，激波吹灰管線材質(zhì)為20#。大檢修時(shí)需要改變結(jié)構(gòu)形式或者進(jìn)行材質(zhì)升級。

項(xiàng)目實(shí)施后余鍋并存三種吹灰系統(tǒng)，對于操作和維護(hù)要求更高，項(xiàng)目設(shè)計(jì)對接時(shí)，曾提出建議減少種類，但設(shè)計(jì)院未采納，認(rèn)為聲波和蒸汽吹灰器更適合脫硝反應(yīng)器處吹灰作用。

蒸汽吹灰使用頻率較低，根據(jù)設(shè)計(jì)院和使用經(jīng)驗(yàn)，每次使用周期可在1周-1月間調(diào)整，介質(zhì)為鍋爐過熱段出口中壓過熱蒸汽，每次蒸汽吹灰脫水工作量較大，當(dāng)吹灰器啟動時(shí)帶入的存水會造成脫硝反應(yīng)器后部氨鹽的形成。考慮到腐蝕問題，且余鍋入口煙氣中硝基含量低，氨氣注入量較少。蒸汽吹灰系統(tǒng)未投用，目前鍋爐排煙溫度同上周期基本無變化。

2.1.2 脫硝模塊

脫硝裝置的介質(zhì)氨，初始設(shè)計(jì)是液態(tài)方式運(yùn)至儲罐，通過液氨蒸發(fā)器加熱為氣氨進(jìn)入系統(tǒng)。但有同類裝置在運(yùn)行過程中發(fā)生氨流量下降甚至中斷現(xiàn)象，分析為液氨中雜質(zhì)過多，在蒸發(fā)器內(nèi)的盤管堵塞，造成中斷。設(shè)計(jì)對接時(shí)，通過不斷溝通和驗(yàn)證，取消此流程和設(shè)備，改為罐區(qū)直供氣氨，輔以伴熱，節(jié)省了投資，也降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)性。

余鍋新增的壓力降和腐蝕源主要集中在新增的煙氣流道、噴氨設(shè)施及催化劑模塊[2]。余鍋A三組省煤器均因泄漏切除出系統(tǒng)，因生產(chǎn)原因，目前未停爐檢查無法判斷是否為銨鹽結(jié)晶導(dǎo)致的腐蝕行為。

2.1.3 能耗增加

(1)稀釋風(fēng)加熱

稀釋風(fēng)在電加熱后與氨氣混合進(jìn)入噴氨格柵，稀釋風(fēng)機(jī)風(fēng)量為2000 Nm3/h，壓力20 kPa，電加熱器為280 kW，運(yùn)行后存在較大電能耗。

(2)風(fēng)門密封風(fēng)加熱

煙氣脫硝脫硫系統(tǒng)中煙囪跨線設(shè)計(jì)有密封風(fēng)門，該閥關(guān)閉時(shí)為防止煙氣泄漏，設(shè)置了兩臺密封風(fēng)機(jī)，經(jīng)過DN40蒸汽加熱器進(jìn)入系統(tǒng)。有同類裝置將催化主風(fēng)引至煙氣治理系統(tǒng)，代替稀釋風(fēng)和密封風(fēng)，起到節(jié)能降耗的效果。

2.2 脫硫單元

2.2.1 設(shè)備、管線腐蝕

綜合塔等設(shè)備的腐蝕是催化煙氣治理項(xiàng)目的重點(diǎn)研究對象[3]。為節(jié)約成本并保證強(qiáng)度，綜合塔等主要靜設(shè)備，國內(nèi)工藝包多采用碳鋼+內(nèi)襯或者碳鋼+不銹鋼(304和304L)復(fù)合板。內(nèi)襯因?yàn)槊撀涞葐栴}，后采用較少。多采用復(fù)合板形式。

復(fù)合板焊接工藝較復(fù)雜，對焊接質(zhì)量要求較高。項(xiàng)目前期主要做好設(shè)備的選材，保證材料的符合性；二是嚴(yán)格控制施工焊接過程控制。運(yùn)行過程中主要是摸索工藝參數(shù)的優(yōu)化，如漿液pH值控制；對設(shè)備加強(qiáng)腐蝕監(jiān)控，定期檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

(1)綜合塔和激冷塔腐蝕

文獻(xiàn)報(bào)道脫硫單元腐蝕多集中在綜合塔上部[4]，腐蝕主要發(fā)生在入口煙道干濕界面段，以及在水珠分離器出口至煙囪部分。腐蝕部位pH值為強(qiáng)酸性的2～3。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)院充分考慮到綜合塔的復(fù)雜工況，將選材進(jìn)行了創(chuàng)新。激冷塔復(fù)合板采用Q345R+S30403，綜合塔底部采用Q345R+S30403，上部至變徑處采用Q345R+S32750，復(fù)合層的厚度由常規(guī)的3 mm增至4 mm。煙囪內(nèi)部防腐層為玻璃鋼材質(zhì)。

2017年初發(fā)現(xiàn)綜合塔九層器壁多處穿孔，泄漏較大。泄漏點(diǎn)共計(jì)7處其中6處位于外加強(qiáng)圈下部，呈環(huán)形分布。1處位于外加強(qiáng)圈上部。短時(shí)停煙氣治理消缺，綜合塔內(nèi)部增加集液槽并更換原有支撐組件，并對塔內(nèi)腐蝕部位進(jìn)行修補(bǔ)、貼板，增加器壁噴淋設(shè)施等，以避免煙氣及漿液對器壁及內(nèi)部支撐梁的腐蝕。運(yùn)行至今未發(fā)現(xiàn)外漏情況。

(2)絮凝劑腐蝕

項(xiàng)目選用的是性價(jià)比較高的無機(jī)高分子聚合氯化鋁(PAC)溶液。聚合氯化鋁對碳鋼和不銹鋼的腐蝕性都較強(qiáng)。本次設(shè)計(jì)時(shí)，絮凝劑儲罐和管線均采用碳鋼襯塑設(shè)置，對于防腐效果較好。但因?yàn)楣艿缹儆谔刂飘a(chǎn)品，單根長度短，安裝法蘭多，存在靜密封點(diǎn)多的特性。而且無法制作泵入口過濾器，導(dǎo)致助劑隔膜泵存在檢修率高的特點(diǎn)，需要定期清理和更換絮凝劑泵進(jìn)出口閥組。

2.2.2 其他問題

漿液中的催化劑粉塵粒徑小、硬度大、濃度高，對設(shè)備磨損嚴(yán)重。目前的文獻(xiàn)中，多套裝置存在綜合塔底有結(jié)塊、塔底循環(huán)泵管線易堵塞和泵檢修頻繁的現(xiàn)象[5]，本項(xiàng)目均出現(xiàn)了類似工況。

(1)塔底泵

隨著塔底抽出的逆噴和急冷漿液中懸浮物的增加，機(jī)泵故障率顯著提高。主要表現(xiàn)為過流部件的磨損，機(jī)封失效。過流部件的磨損，主要與設(shè)備材質(zhì)和漿液的特性有關(guān)。通過調(diào)整外排水量可以明顯控制漿液中的固含量。

考慮到漿液的特殊工況，對泵進(jìn)行材質(zhì)升級，殼體等選用2605N，葉輪材質(zhì)選用Cr30A，軸采用3Cr13。幾次檢修均未發(fā)現(xiàn)明顯磨損狀況，說明選材合理，適用于本工況。

檢修主要集中在機(jī)封失效，設(shè)計(jì)采用新鮮水作為Plan32的沖洗介質(zhì)。但機(jī)封壽命未能達(dá)到較好狀態(tài)，基本為機(jī)封內(nèi)部結(jié)垢，導(dǎo)致補(bǔ)償彈簧失效導(dǎo)致外漏。后期還需要改進(jìn)。

備用泵的切換，設(shè)計(jì)院推薦為每天切換泵，在目前狀況下很難實(shí)施，經(jīng)過摸索運(yùn)行，目前工況運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，漿液泵每周切換一次。備用效果較好。

(2)管線刀閘閥

漿液循環(huán)較多閥門設(shè)計(jì)為刀閘閥，根據(jù)調(diào)研情況，閥門開關(guān)較重，尤其是在切換機(jī)泵時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，緊急狀態(tài)下極易影響裝置安全運(yùn)行?？紤]到裝置人員配置，項(xiàng)目建設(shè)時(shí)DN250及以上管線刀閘閥采用風(fēng)動驅(qū)動。

運(yùn)行出現(xiàn)多次閥桿彎曲現(xiàn)象，早期判斷為閥桿過長，剛度不足導(dǎo)致，后來材質(zhì)升級后現(xiàn)象依舊存在。解體檢修時(shí)確認(rèn)為閥門內(nèi)部橡膠件老化損壞，導(dǎo)致閥桿作用力過大。目前正在從閥門結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)入手，徹底解決開關(guān)故障問題。

(3)玻璃鋼管線

前期煙氣治理項(xiàng)目中，脫硫單元管線多為玻璃鋼材質(zhì)，優(yōu)點(diǎn)是耐酸堿和鹽的腐蝕，缺點(diǎn)是材料脆性大、彈性小，一旦泄漏不能用補(bǔ)焊等快速手段處理。特別是漿液循環(huán)泵出入口管線采用玻璃鋼材質(zhì)，設(shè)計(jì)及施工過程中未充分考慮到玻璃鋼的受力膨脹變形的程度，致使類似裝置運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)管線接口脫裂及多處泄漏情況。

設(shè)計(jì)階段將大部分管線改為304L。唯一保留的玻璃鋼管線是氧化罐出口至綜合塔放空管線。經(jīng)過兩年的運(yùn)行，目前未發(fā)生管線腐蝕減薄的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)材質(zhì)能夠滿足工況需求，雖然成本增加較多，但從裝置長周期運(yùn)行角度看，材質(zhì)升級是必要的。運(yùn)行中需要關(guān)注管線的Cl離子腐蝕。

2.3 廢水單元

廢水單元主要設(shè)備有脹鼓式過濾器、氧化罐、真空脫水機(jī)和液下泵。這是煙氣治理項(xiàng)目日常工作最集中的區(qū)域。固廢為固含量40%的泥餅，液廢為排液池的外排水。

2.3.1 脹鼓式過濾器

脹鼓式過濾器正常狀態(tài)下兩開一備，普遍反映過濾器濾芯易堵塞和損壞。運(yùn)行中過濾器濾芯壽命均在3～6個(gè)月，損耗速度過快。維護(hù)成本較高。個(gè)別出現(xiàn)濾膜結(jié)垢硬化嚴(yán)重破損現(xiàn)象。

2.3.2 渣漿系統(tǒng)

渣漿泵因?yàn)榻橘|(zhì)為固含量20%wt左右的漿液，所以選型較難，其他項(xiàng)目有凸輪、螺桿和蠕動泵等多種型式。設(shè)計(jì)采用蠕動泵，泵使用情況良好，能較好地滿足生產(chǎn)需要。其易損件為泵內(nèi)軟管，更換頻率約為1次/年。

較多的檢修工作集中在泵進(jìn)、出口管線。因單套脫泥系統(tǒng)處理能力問題，泵進(jìn)出口法蘭為DN20，系統(tǒng)管線為DN80/100。尤其是泵入口變徑大小頭處，非常容易堵塞。導(dǎo)致管線清理工作量較大。

2.3.3 氧化罐

氧化罐主要用氧化風(fēng)機(jī)提供的空氣對上清液中的亞硫酸鹽氧化，生成硫酸鹽，利用堿液調(diào)和液體pH值。目前問題有：一是氧化風(fēng)進(jìn)罐前偏流現(xiàn)象嚴(yán)重，影響氧化效果，造成排風(fēng)口帶液；二是反應(yīng)機(jī)理較復(fù)雜，副反應(yīng)的發(fā)生導(dǎo)致含有SO2的酸性氣產(chǎn)生，不僅造成二次污染，并且對罐頂周圍的設(shè)備和框架腐蝕嚴(yán)重。頂部管線還是保留為玻璃鋼材質(zhì)，攪拌器頂部聯(lián)軸器等在運(yùn)行兩年后，腐蝕嚴(yán)重。已全部進(jìn)行材質(zhì)升級處理；三是液體流動靠液位高度差，流速低導(dǎo)致氧化罐入口管線及底部結(jié)垢嚴(yán)重現(xiàn)象，需要經(jīng)常清理。

2.3.4 液下泵選型問題

項(xiàng)目六臺液下泵設(shè)計(jì)均為VS4型。串聯(lián)式雙密封，介質(zhì)側(cè)為多彈簧式機(jī)械密封，驅(qū)動側(cè)為大彈簧機(jī)械密封。沖洗方案為PLAN32。沖洗介質(zhì)為新鮮水，運(yùn)行一周后即出現(xiàn)泵損壞情況。以漿液緩沖池泵P4501A為例，從2016年10月至2017年3月，共大修6次?；厩闆r都是密封失效，介質(zhì)水進(jìn)入金屬軸承，短時(shí)間內(nèi)就會導(dǎo)致機(jī)泵過載跳車或者無法啟動。2017年3月進(jìn)行設(shè)備改型，由VS4長軸型改為VS5懸臂型，運(yùn)行至今狀態(tài)良好，未進(jìn)行檢修。

2.3.5 管線堵塞問題

裝置運(yùn)行2年后，發(fā)現(xiàn)脫硫單元至廢水單元管線流量明顯減少，排查后，發(fā)現(xiàn)絮凝劑注入點(diǎn)后管線堵塞嚴(yán)重，DN80管線內(nèi)部流通直徑不到20 mm，后采取分段切割，重新安裝新管線的辦法處理，恢復(fù)生產(chǎn)。

3 結(jié) 語

隨著環(huán)保要求的日益提高，煙氣治理項(xiàng)目對于催化裝置有非常重要的意義，目前還有較多設(shè)備技術(shù)問題需要解決。這要求我們在運(yùn)行階段勤思考，多與設(shè)計(jì)院、兄弟單位溝通，從設(shè)備失效原因入手，針對性完善，才能實(shí)現(xiàn)煙氣治理項(xiàng)目設(shè)備的良好運(yùn)行，保證裝置的環(huán)保要求。