检查及其治理焦炉炉墙串漏实现SO2达标排放的方法及措施

陈 勇

(山东钢铁股份有限公司莱芜分公司)

检查及其治理焦炉炉墙串漏实现SO2达标排放的方法及措施

陈 勇

(山东钢铁股份有限公司莱芜分公司)

结合目前严峻环保形势，针对莱钢焦化厂4.3米焦炉串漏现状，在分析目前检查、治理焦炉炉墙串漏方法及弊端的同时，自主研发了检查及治理炉墙串漏装置及治理措施，有效解决焦炉炉墙串漏点难以检测及治理，治理不当易堵砖煤气道影响焦炉加热等问题，同时该新治理措施可在看火孔内部形成二次保护膜，延长挂料时间，在焦炉加热净煤气H2S含量相对较低并且稳定的情况下，可彻底解决炉墙串漏，杜绝因焦炉炉墙串漏造成烟囱SO2、氮氧化物超标，保证焦炉烟囱达标排放，起到了节能环保，延长焦炉使用寿命、维持焦炉稳定生产的效果。

焦炉 炉墙串漏 检查 治理

0 引言

随着日益严峻的环保形势，环境保护已经成了钢铁行业的新“命门”，作为莱钢集团环境治理重中之重的焦化厂，焦炉生产过程中控制烟囱废气中SO2、氮氧化物排放量势在必行，焦化行业SO2规定排放标准从2012年的100 mg/m3降至2015年的50 mg/m3，预计2120年标准要求20 mg/m3，焦化行业氮氧化物规定排放标准从2012年的800 mg/m3降至2015年500 mg/m3，预计2120年标准要求150 mg/m3，烟囱排放标准逐年提高，导致治理难度逐年加大，间歇式影响焦炉正常生产已成常态。焦炉烟囱SO2主要来自：焦炉加热用焦炉煤气中H2S的燃烧产物；焦炉加热用的煤气中含有有机硫化物的燃烧产物；焦炉煤气所夹带的总硫；因炉体串漏含硫、硫化物以及氮氧化物的荒煤气进入燃烧系统[1]。

目前莱钢采用双塔串联对煤气脱硫系统进行净化，洗苯塔后净煤气中H2S含量在40 mg/m3左右，并能维持较为稳定水平。为此在相对稳定的配煤结构以及合理的焦炉加热制度条件下，如何控制焦炉串漏实现烟囱排放达标还存在较大的改进空间。

1 现状

焦炉炉体窜漏会将炭化室产生荒煤气中的硫化物经焦炉炉墙缝隙窜漏至燃烧室，并燃烧生成SO2，通过小烟道排入进入烟囱，导致焦炉烟囱废气中SO2浓度升高，最终排入大气中污染环境。荒煤气中所含的硫化物以硫化氢为主，其总质量浓度一般为6 500 mg/m3～10 000 mg/m3, 是净化后煤气的15～25倍。因此，虽然仅有少量荒煤气窜漏，也会对焦炉烟囱废气SO2排放浓度达标构成严重影响。

焦炉炭化室墙面特别是加煤口周边部位由于连续高温生产，受温度应力及推焦杆摩擦力等影响，出现砖缝膨胀变形导致炉墙串漏，将荒煤气串漏到燃烧室通过烟囱排到大气中污染环境，目前国内大多数焦化厂为了降本增效，开发了优质高硫煤资源，参与配煤炼焦，导致荒煤气中硫含量明显升高，炭化室中的荒煤气一旦串漏到燃烧室内，不仅难以检测及治理，而且对焦炉加热调节及其使用寿命造成严重影响，同时恶化操作环境，导致看火孔盖结焦油而打不开、最终导致烟囱SO2排放指标达不到国家标准要求。莱钢焦化厂4.3米焦炉分别投产于1998年和2003年，采用焦炉煤气加热，炉体因温度升高膨胀而产生炉墙串漏现象异常严重，烟囱SO2排放在线监测有时小时值达到100 mg/m3以上，对焦炉寿命及环保要求带来较大影响。

焦炉采用焦炉煤气加热时，焦炉烟囱排放SO2来源构成：来自回炉煤气中硫化氢的SO2占30%～33%；来自回炉煤气中有机硫的SO2占9.6%～12.5%；来自荒煤气窜漏至燃烧系统的SO2约占55%～65%。可见，来自回炉煤气中硫化氢的SO2仅占1/3，而来自荒煤气窜漏的SO2占50%以上，是焦炉烟囱SO2的主要来源。为此降低或杜绝焦炉荒煤气串漏已是焦炉烟囱SO2排放浓度限值达标的关键所在。

2 改进前检查、治理方法及其弊端

2.1 检查方法

废旧扫把放入燃烧室焚烧，获得浓烟，是之前常规检测焦炉炉墙串漏方法，此法的弊端是扫帚的使用价值不能得到充分利用，检测焦炉串漏时扫帚产生浓烟量少、检测位置难以定准、而且还会将大量烟灰落入立火道堵塞砖煤气道，阻止煤气上升与下降影响焦炉加热，导致焦炭质量不合格，同时由于检查不彻底，无法及时治理，导致荒煤气夹带着SO2从炭化室串入燃烧室，导致烟囱排放不达标。

2.2 治理方法

常规治理炉墙串漏方法，主要集中在找准串漏砖缝位置进行抹补、炉墙喷补、提高炭化室压力或烧空炉。抹补受面积限制，砖缝浆料不饱满，挂料时间短，容易脱落，并且些细微串漏缝在高温情况下很难通过抹补方式将浆料挤入串漏缝内，有时抹补时料浆一旦挂不在墙面上容易掉落到立火道堵塞砖煤气道影响焦炉加热。炉墙喷补，需四人配合从焦炉机焦侧敞开炉门，找准串漏部位墙面砖缝，清理干净串漏部位炉墙后利用湿式喷浆机保持一定压力对准检查出来的炉墙串漏部位进行喷补，清理不当易出现新的串漏缝，并且由于作业环境将近1 000 ℃的高温，设备在机焦侧作业极不方便，有时甚至耽误生产；适当提高炭化室压力或烧空炉，让炉墙缝内结上石墨来防止串漏方法，不紧影响焦炉加热制度和出焦操作，而且容缩短焦炉使用寿命，一段时间后仍就会产生更大的串漏点，导致烟囱SO2超标排放。

3 改进后检查及治理装置实施措施及效果

3.1 新检查炉墙串漏方法

为解决上述检查炉墙串漏方法存在的问题，车间技术组成员针对炉墙串漏产生的根源组织现场调研，并开发了一种定位准确、检测时间短、可以充分利用焚烧焦化厂自产废弃物(焦油渣与锯末混合物)，检查炉墙串漏新装置如图1所示[2]。

图1 检查焦炉炉墙串漏装置

该装置以无缝钢管和看火孔盖为主料焊接而成，工具前端为圆筒状不锈钢，直径略小于看火孔内径，壳体上设有蜂窝状圆孔，以便透气，壳体上部中心位置焊接钢管成为该装置支撑杆，支撑杆不同部位钻有Φ10圆孔，以便螺杆穿过，同时在备用看火孔盖中心位置，开一与支撑杆直径一致的的圆孔，保证该看火孔盖能在整个支撑杆上自由活动，螺杆穿过支撑杆孔来固定活动看火孔盖，以便精准控制检测位置，支撑杆末端设有握杆，便于职工握取。

检查炉墙串漏时，将焦油渣和锯末按照1:1比例混合均匀后，将其混合料从该装置顶盖上加料口加入使其装满，同时打开原有看火孔盖，根据合适位置在拉杆上穿插Φ10的螺杆，并在另一侧上上螺母，使其活动看火孔盖位置固定，将自制装置穿插于串漏炉墙对应的看火孔内，此时装置中的物质在高温立火道内挥发分析出产生浓烟，打开上升管及其看火孔附近加煤口及两侧看火孔，可准确定位焦炉炉墙串漏部位。

该检测炉墙串漏装置，有效解决了传统检测定位不准，细微串漏点难以检测的问题，提高了检测效率，在串漏不明显的部位使用效果尤为明显，是一种便携式、节能环保、可同时应用于任何检查焦炉炉墙串漏的问题。

3.2 新治理炉墙串漏方法

为解决常规治理炉墙串漏方法存在的问题，车间技术组针对发生串漏原因进行调研，并开发了一种定位准确、串漏缝可饱满填充、挂料时间长，一人可操作，不影响正常生产，可调式治理炉墙串漏新装置如图2所示[3]。

图2 治理焦炉炉墙串漏装置

该装置以无缝钢管和焦炉煤气孔板为主料焊接而成，下端以不锈钢材质的焦炉煤气孔板作为底板，外径略小于看火孔内径，底板中部焊接一定长度带穿插孔的内管，直径略大于内管的外管上部带同步带穿插孔，一端焊接握柄，另一端焊接三根弯型钢筋作为水平支撑，治理完串漏后便于职工将此装置从看火孔内部取出。

治理炉墙串漏时，利用检查装置准确定位好串漏位置后，为不耽误装煤车来回穿梭取煤、加煤影响生产，调节治理装置外管高度，尽量保持装置裸露炉顶表面距离最小，同时在底板上部放一层与孔板尺寸相同的耐火石棉堵死底板板与看火孔内壁的间隙，以防止混合料漏入看火孔下部堵塞砖煤气道口，影响焦炉加热，然后将本装置穿插于串漏炉墙对应的火孔内，支撑腿垂直支撑在看火孔周边炉顶表面上，然后将一定比例配置好混合料(由莫来石耐火泥，水玻璃及水均匀混合)，注入穿插于看火孔内部的该装置内管周边，由于底板内孔与内管管内径相通，立火道内有足够热量，热气流通过底板内孔进入内管内部，内管周边注入的混合料由于高温作用逐渐开始起泡，挥发水分并开始向串漏缝内渗浆料，渗入的混合料将缓慢固化在串漏缝内，经过30分钟的渗透已基本将串漏缝注满，然后缓慢将此装置向上提起，在提起装置的同时靠近炉墙壁面的浆料类似于刷墙一样，又在高温的炉墙墙面挂了一层浆料，浆料固化后相当于在炉墙内壁上形成了一层保护模，有效杜绝了炉墙的串漏现象。

该治理炉墙串漏装置配合检查装置，解决了传统抹补工艺的不足，砖缝不饱满、挂料时间短、操作难度大，出现二次串漏缝，仍旧导致烟囱排放不达标、影响正常生产等复杂问题，是一种便携式、可同时应用于整个焦炉治理炉墙串漏的新工艺。

3.3 新型检查串漏装置配合治理装置所取得的效果

3#、4#焦炉2015年及2016年上半年烟囱SO2浓度月平均检测数据及烟囱炉墙串漏检测数分别如图3、图4所示。

图3 4.3米焦炉烟囱SO2浓度月平均检测数据

图4 4.3米焦炉烟囱炉墙串漏检测数

从图3可以看出，未采用新检查治理措施前，烟囱SO2在线检测月均值年初超过了规定要求50 mg/m3，达到了66 mg/m3，整个半年均在规定值左右徘徊，检查和治理炉墙串漏装置投入使用后，SO2在线监测数均值明显降低，最高1月份仅为45 mg/m3，从图4可以看出未采用新检查治理措施前，炉墙串漏数较多，4.3米焦炉月串漏数最多达到107个，检查和治理炉墙串漏装置投入使用后，炉墙串漏数明显减少并且有逐月降低的趋势。在净煤气中H2S含量维持较为稳定、满足目前配合煤成本最优化、焦炉各项加热制度稳定的前提下、焦炉串漏治理彻底，SO2排放达标率100%，而且均保持在同行业领先水平。

4 结论

1)两种装置配合使用，有效杜绝焦炉炉墙串漏问题，根除了因荒煤气串漏导致烟囱SO2超标问题，同时对该装置尺寸适当调整，可在整个焦化领域所有焦炉上使用；

2) 检查炉墙串漏装置，有效解决焦炉炉墙串漏点难以测量的问题，同时可利用焦化厂危废物，起到了节能环保效果；

3) 治理焦炉炉墙串漏装置，有效解决焦炉炉墙串漏难以治理，原有方法易堵砖煤气道等问题，同时可在看火孔内部形成二次保护膜，延长挂料时间，彻底解决炉墙串漏，杜绝荒煤气进入燃烧室，导致烟囱SO2浓度超标；

4) 焦化厂配合使用检查和治理炉墙串漏装置，对4.3米焦炉炉墙串漏部位进行了全面治理，检查和治理炉墙串漏装置投入使用后，4.3米焦炉月串漏数由最多107个减少到了12个，并且有逐月降低的趋势，截止目前，已治理串漏看火孔近215个，仅有两个由于石墨刮蹭炉墙砖，导致炉墙砖碎裂，出现穿孔外，其余看火孔均未发生二次串漏；

5)检查和治理炉墙串漏装置投入使用后，SO2在线监测数月均值明显降低，在线监测数据由2015年月均值66 mg/m3，2016年最低降至16 mg/m3，远低于国家要求排放标准。

[1] 季广祥.焦化厂焦炉烟囱SO2排放浓度达标途径[J].煤化工，2014,37(1):35-38.

[2] 童利民，陈勇，翟瑞津，等. 一种检查炉墙串漏装置[P].中国 专利：201320339648.2, 2013-12-11.

[3] 陈勇，童利民，王俊. 一种治理焦炉看火孔串漏装置及方法[P].中国 专利：CN 104059677B， 2016-04-27.

COKE OVEN WALL STRING LEAK INSPECTION METHODS AND CONTROL MEASURES OF ACHIEVING CHIMNEY EMISSIONS STANDARDS

Chen Yong

( Laiwu Branch, Shandong Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

The current wall string leak situation of coking plant 4.3 m coke oven in Laigang Corporation was described. Examination and treatment furnace wall string-drain device and control measures are developed through the analysis of current inspection, leak control coke oven wall string methods and disadvantages. To effectively solve the coke oven wall on difficult to detect and governance, the combustion chamber of coke oven are easily blocked and influence the coke oven heating, The new governance measures can form two protective film inside the combustion chamber of coke oven, and extended hang time. In the case of coke oven gas H2S content of qualified, the device could solve coke oven wall leak, ensure the chimney oven SO2emissions compliance, which is characterized with saving energy and prolong the service life of coke oven.

coke oven coke oven string leak checks governance

2016—7—16

联系人：陈勇，工程师，山东.莱芜(271104)，山东钢铁股份有限公司莱芜分公司生产管理部；