焦炉煤气杂质含量对锅炉生产的影响

张 燕

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司能源动力厂，山东莱芜 271104）

1 问题的提出

随着莱钢技改工程的实施，莱钢生产规模的不断发展壮大，增强了煤气管网的调配能力。尤其是新1#、2#焦炉的投产，使得焦炉煤气在一段时间内相对富裕，发生了放散的情况。

为大力发展循环经济，提高经济效益，作为平衡煤气管网压力、降低煤气放散、减少环境污染的程度、最大限度地满足蒸汽供应需求的锅炉系统，根据公司要求顾全大局、系统思考，进行了与之相适应的一系列改造。

但是，由于焦炉煤气中含有硫化物、焦油等杂质，水分高，过量燃用极易引起空气预热器等设备的低温化学腐蚀和低温粘结灰堵塞隐患，严重制约着锅炉的负荷，危及着锅炉设备的安全、经济运行。

2 现状分析

2.1 3#锅炉进行了改烧焦炉煤气改造，运行良好，效果明显，蒸汽负荷在70 t/h，排烟温度在120℃左右，达到了合理和充分利用焦炉煤气、减少煤气放散、稳定煤气系统压力的目的，具有良好的社会效益和经济效益，是钢铁联合企业挖潜增效、节能降耗的重要途径和有效措施。但是，随着运行时间的推移，一些问题也逐渐显现出来：锅炉运行工况越来越差、负荷难以提高、炉膛负压难以保证、引风机转子粘灰引起振动超标、低温段结渣、腐蚀严重等等。特别是负荷较低的情况下，排烟温度在90℃左右，低温段腐蚀更为严重。具体表现为：

（1）引风机转子粘灰引起振动超标、低温段结渣、腐蚀严重（90℃温度低于露点造成低温腐蚀）。

（2）空气预热器管束堵塞严重（空气预热器管束堵塞80%以上）。

（3）锅炉运行工况差，最终导致3#锅炉即使在焦炉煤气大量富裕的情况下也难以增加焦炉煤气燃用量。经过一年多的运行，该炉出力变得严重不足，负荷最多带到30 t/h，锅炉各项运行参数均严重偏离设计工况，设备已无法安全运行，根据这种情况，为降低焦炉煤气放散，我们对9#、、10#锅炉进行了增烧焦炉煤气尝试。

2.2 9#、10#锅炉建成后，进行了大量燃用焦炉煤气的尝试，蒸汽负荷在120 t/h，焦炉煤气带负荷50%左右，排烟温度在120℃左右，也基本达到了合理和充分利用煤气、减少煤气放散和稳定煤气系统压力的目的。经过一段时间的运行，一些问题也逐渐显现出来：锅炉运行工况越来越差、负荷难以提高、炉膛负压还是难以保证等等。9#锅炉停炉后，对其进行全面检查发现：①调节挡板、转子粘灰、腐蚀严重。调节挡板卡涩、开关困难，叶片多处开焊、极易脱落。②一级空气预热器积灰、腐蚀严重。空气流通管堵塞60%以上。烟道内部积灰高度在200 mm左右。这与燃烧焦炉煤气有直接关系，看来燃烧焦炉煤气对设备造成的危害相当严重。9#锅炉运行时间不到2年，从空气预热器检查情况来看，空气预热器堵塞、腐蚀已相当严重，如果这样继续下去，设备将很难正常运行。我们不得不对9#锅炉空气预热器、引风机转子和调节挡板等备件进行了更换。

2.3 根据3#、9#、10#锅炉运行情况，我们进行了改造，通过增烧50%高炉煤气的办法提高锅炉排烟温度，来降低低温腐蚀。我们既要保证在焦炉煤气富余情况下尽可能多烧焦炉煤气，又要保证焦炉煤气不足的情况下掺烧部分高炉煤气，提高尾部排烟温度，防止低温腐蚀。基于以上要求我们对3#锅炉进行了如下改造：

（1）改造燃烧器以满足在不同燃料结构情况下锅炉运行工况需求。

（2）改造空气预热器，达到正常使用工况和防腐目的。

（3）更换引风机部分配件并进行防腐，达到正常使用工况目的。

（4）焦炉煤气手动蝶阀改为电动蝶阀；更换热风门和煤气闸阀；优化系统使之操作合理、维护方便。实践证明，改造有一定效果，但因为焦炉煤气含硫量太高，一直无法从根本上解决锅炉低温腐蚀问题。

3 焦炉煤气内杂质对设备的影响

焦炉煤气在净化之前的荒煤气内含有大量的水、焦油、苯及硫化物和氧化物，同时包括部分氨等物质。焦炉荒煤气通过净化除去部分杂质，但是仍然含有较多，对煤气的输送、储存、使用带来诸多困难。特别是对轧材线上加热炉的影响十分严重，具体如下：

3.1 焦油的影响

焦炉荒煤气中所含的焦油蒸汽在净化过程中大部分冷凝后被净化，但是仍有一部分呈雾态或小油滴仍然存在于煤气中。由于沉降速度小于煤气流速，所以在煤气输送过程中沉降一部分，还有一部分就带到了用户处。在加热炉的烧嘴处，由于烧嘴的通径较小，会由于焦油不断的沉降造成堵塞。

3.2 苯的影响

苯在温度低于60℃后开始在煤气内析出，但是在净化后仍含有较多。随着煤气的输送，温度会逐步降低，同时在环境气候发生变化时也会造成苯的析出。苯析出后会在管道内壁上悬挂，久而久之会造成堵塞。

3.3 杂质多的影响

由于煤气内所含的杂质很多不具有燃烧性或者燃烧后的热值比煤气要小，直接造成煤气的热值下降。同时由于杂质过多，在燃烧过程中火焰不稳定，对钢坯的加热存在不均匀性，导致加热时间长，效果也不好等问题。

4 低温腐蚀和低温粘结灰堵塞的机理

煤气中的硫和硫化物在燃烧时生成二氧化硫。二氧化硫与烟气中的氧气化合成三氧化硫，三氧化硫与烟气中的水蒸气化合成硫酸蒸汽。当受热面温度低于硫酸蒸汽的露点时，硫酸蒸汽就会在受热面上凝结成硫酸腐蚀受热面。三氧化硫的形成有两种方式：一种是二氧化硫在高温下（火焰中心）与氧原子化合成三氧化硫，即：SO2+[O]=SO3；另一种是在烟道中遇催化剂（Fe2O3或V2O5）时与烟气中的过剩氧反应生成三氧化硫，即：2SO2+O2=2SO3。烟气中的三氧化硫含量是很少的，但即使很少的三氧化硫含量也会使烟气露点升高很多，如当烟气中的硫酸蒸汽含量为0.005%时，硫酸露点就升高到130℃～150℃，即提高了受热面发生腐蚀的上限温度。

当受热面壁温低于烟气中的水蒸气露点时,烟气中的二氧化硫直接溶于水生成亚硫酸（H2SO3）对管壁金属产生严重腐蚀，加快了腐蚀速度。另外低温腐蚀和低温粘结灰是相互促进的，硫酸蒸汽的凝结一方面发生腐蚀，另一方面发生粘结灰，发生低温腐蚀后，腐蚀表面潮湿粗糙，烟气中的灰粒附着在受热面上，造成积灰、堵灰加剧。

5 结论

在锅炉运行中，焦炉煤气杂质如含尘、硫分、煤焦油等对锅炉造成一定危害。含尘主要造成焦炉煤气管道阻塞，炉膛受热面挂灰，烟道集灰等，导致吸热效率下降，烟道阻力增大等问题。硫分燃烧后生成硫化物，在低温下与烟气中水分结合反应，形成酸性物质，造成受热面腐蚀。煤焦油导致煤气阀门以及细管道堵塞，降低输送能力，而且污染环境。该物质燃烧后附着力较强，粘结在受热面上，很难清除，造成热效率下降。因此焦炉煤气杂质含量对生产带来的影响应是关注的重点。