湿法脱硫塔在线高效大修技术的开发与应用

2022-06-23张思平钟宏平尹希龙

世界有色金属 2022年1期

张思平，刘俊，钟宏平，尹希龙

（新余钢铁股份有限公司烧结厂，江西新余 338000）

湿法脱硫就是烟气在脱硫塔内与自上而下喷淋脱硫剂(如石灰石浆液)逆流接触，烟气中的SO2等其他污染物被脱硫剂所吸收,烟气净化后外排。由于进入脱硫塔的烟气中含有大量的SO2、HF、HCL、NOX等腐蚀性气体，特别是浆液中的SO32-、SO42-、F-、CL-液相成分[1-3]，它们会对脱硫塔及烟囱形成强烈的腐蚀，造成脱硫塔结构受损和塔内设施功能大幅降低。国内湿法脱硫塔一般运行3～5年需安排一次大修，大修普遍采用的方法是生产系统长时间停机或将烟气转至备用脱硫系统。前一种方法一般需停机20～30天，对整条生产线影响大，经济损失大；后一种方法需要增加建设一套脱硫系统，资金、场地投入大。

江西新余钢铁公司烧结厂共有五套“石灰石-石膏”烟气湿法脱硫装置，均采用一机一塔生产模式。对于脱硫塔的腐蚀，由于都难以长时间退出生产实施大修,一般只能安排小修小补。其中8#烧结机烟气脱硫系统（入口烟气湿态、工况下流量为每小时216万m³，于2016年11月10日建成投产）经过四年的运行，脱硫塔及烟囱本体出现大范围腐蚀穿孔现象。特别是脱硫塔的“颈脖子”变径段小头处的穿孔尤为严重，有大小孔洞四十余处，最大孔洞为500mm×300mm。作为支撑53m高烟囱的主要受力部位,该区域钢板腐蚀穿孔、变薄，其结构受力变弱，烟囱有随时倾倒的危险。另一方面，脱硫塔浆液区塔壁、塔底频繁腐蚀穿孔漏浆又给生产、环保及安全造成了不良影响。

因此，有必要对8#烧结机脱硫塔实施烟囱更换等大修，以保证脱硫塔的安全、稳定运行。但由于8#烧结机的生产与公司11#高炉的生产是一一对应关系，8#脱硫系统停机受11#高炉生产的制约，最多停机检修时间只有五天。如何在不影响8#烧结机、11#高炉正常生产的情况下，短时间内完成对8#脱硫塔的在线大修是本项目开发的难点之一；脱硫塔内存在除雾器等易燃品，如何确保在线大修时不发生火灾是开发的另一个难点。本文通过对脱硫塔在线高效大修，解决了大修时间短、大修难以实施的问题，以期为湿法脱硫塔大修提供借鉴。

1 解决方法

（1）时间不足问题。针对大修工作量大、时间紧的问题，本项目计划打破常规，开创性地将脱硫塔烟囱切割的工作转移至生产时实施，以空间换时间，从而解决时间不足的问题。

（2）在线切割脱硫塔着火燃烧可能性分析。脱硫塔锥形段下方是除雾器层，PP材质的除雾器是易燃品。烟囱在线切割实施的前提和难点是要保证除雾器和玻璃鳞片不能着火燃烧，否则将造成脱硫塔烧毁，酿成重大经济损失。

检索近年来国内脱硫塔发生的四十余起火灾事故，其事故原因都是在脱硫塔建设、检修时因施工不当引燃了防腐材料或除雾器所致，没有一起火灾事故是在脱硫塔生产运行时发生的。这主要是脱硫塔运行时，携带大量水分、温度为45℃～55℃的净烟气在通过烟囱的过程中，烟温不断下降。当湿烟气温度降到饱和温度以下时，烟气中的饱和态水遇壁面而冷凝析出，大量水珠附着塔壁，致塔壁潮湿。同时，烟气在上升的过程中，烟气中的水汽会凝结成“雾”，这些“雾”会将切割落下的火星熄灭，不会造成潮湿的除雾器着火。模拟仿真实验也证明了这一点[4]。

而烟囱内壁防腐材料玻璃鳞片本身为非易燃品，易燃烧的是玻璃鳞片的辅材稀释剂、固化剂，这些辅材极易燃烧也极易挥发，随着玻璃鳞片的固化和使用，易燃烧的挥发分早已完全挥发。经试验，在无外在干扰情况下，充分固化的玻璃鳞片在气割枪火焰的持续高温烘烤下只能产生“徐燃”[5，6]。而脱硫塔烟囱内壁涂刮的玻璃鳞片厚度仅有2±0.2mm，在含水烟气的冲刷及内壁潮湿的情况下，玻璃鳞片的“徐燃”也将不会发生。

因此，在脱硫正常生产情况下,含有大量的水分的烟气能够将切割时产生的火星熄灭，不会导致除雾器、塔壁玻璃鳞片着火燃烧。同时为进一步防止火灾，保障安全,切割作业时,密切监控脱硫塔出口烟气温度,每十分钟手动开启三级除雾器冲洗水冲洗10秒。

2 总体方案

本项目新钢8#烧结机脱硫塔(含烟囱)总高度90m，其中原烟囱高度53m，内径6.3m，锥形段大小头为6.3m/13.4m、高度5.4m，其材质均为Q235B，筒体为焊接连接。

项目开发分二个阶段，分步实施。一是为确保8#脱硫塔烟囱不倾倒发生重大安全事故，在8#烧结机、脱硫正常生产运行的情况下，先割除脱硫塔烟囱+90.0～+70.0m段,减轻锥形段小头处的负荷，然后对+37.0～+60.0m段贴补和加固；并在脱硫塔旁预制+31.4～+70.0m新锥形段和烟囱。二是利用公司系统检修、8#烧结机与11#高炉同步停机5天的机会，快速完成脱硫塔+31.4～+70.0m段更换，同时对脱硫塔内部部分设施进行更换、维修。

新烟囱及锥形段材质选用耐腐蚀性能较好的耐候钢板制作,为快速安装烟囱，新烟囱采用分段法兰连接。限于第二阶段时间紧，经综合考虑，新制烟囱高度为33m，内径不变，新锥形段尺寸不变，安装后脱硫塔及烟囱总高度为70m，新烟囱壁厚同原烟囱对应高度厚度相同。为防止烟囱法兰连接处受饱和烟气的腐蚀，烟囱各段两端200mm长筒体及法兰采用耐腐蚀性能优质的2205不锈钢制作。烟囱制作完成后,焊接在线检测各管接，便于检测设备的快速安装。烟囱及锥形段所有焊接工作完成后，对其做好玻璃鳞片防腐。

为快速、方便割除烟囱，在安全充分保障的情况下,烟囱在线切割采取吊笼载人法。经吊装核算，采用两部220t汽车吊机，各挂吊笼，在各段烟囱切割线下约1m高度，环外壁四点分布，割取吊耳，挂卡扣钢丝绳，另用一部300t主吊机保牢分段烟囱，再由施工切割员在吊笼内进行环壁切割作业。烟囱拆除吊装时，为防止筒体变形，采取四点吊装方式分段吊装，吊点均匀分布在筒体四周[7-14]。

3 影响分析

本项目在第一、二阶段工作结束后,脱硫塔(含烟囱)总高度均为70m,较原脱硫塔总高度降低20m。脱硫塔总高度的降低可能会影响塔内烟气流速,进而影响脱硫效率，而塔内烟气流速与烟囱烟气出口流速紧密相关。因此，可以用烟囱烟气出口流速来表征塔内烟气流速。

根据经验公式估算烟气出口温度：

式中：Ts-烟气出口温度；Tb-FGD烟气温度；H-烟囱高度。

因此可知，标高90m处的烟气温度比标高70m处低大约2℃。在相同状况下，烟气出口流速主要与烟气流量、排气压力和烟气温度有关，由于烟囱内径不变，烟气流量、排气压力与之前也基本相同，而烟气温度变化很小，可以忽略不计。因而,脱硫塔总高度改变后烟囱内的烟气流速基本保持不变,对脱硫塔内气液接触的脱硫反应也基本没有影响。

从大气污染物排放和扩散角度来讲，烟囱高度的降低不利于烟气的清洁排放。但目前冶金行业对脱硫塔烟囱高度还没有明确的要求，行业内脱硫塔烟囱高度普遍为70m～90m。本项目完成后烟囱高度为70m，在业内允许高度范围内。

4 大修实施

（1）在开机正常生产的情况下，分四段将脱硫塔烟囱+90.0～+70.0m段一一拆除。切割时，要保证有大量烟气排出,防止切割火花落入下部引燃除雾器。

（2）对脱硫塔烟囱+37.0～+60.0m段进行贴补和加固。环烟囱圆周每隔一米圆弧焊接∟80角钢加固,烟囱穿孔处用钢板贴补或挖补。

（3）在公司系统检修停机五天内,拆除原+70.0～+31.4m段筒体，安装新制+31.4～+70.0m段筒体。按脱硫塔维修顺序,制定每天24小时维修计划,分时分批安排维修队伍进入,顺利完成了+31.0～+70.0m段烟囱更换、三级除雾器更换、挡水环更换、塔体挖补、防腐等大修工作。

5 实施效果

项目实施后，8#烧结机脱硫塔烟囱可能倾倒的重大安全隐患得到彻底消除，塔壁频繁腐蚀穿孔漏浆给生产、环保及安全带来的影响也得到了有效杜绝，保障了8#烧结机乃至11#高炉的生产，降低了维修费用。同时，脱硫塔内部设施经过大修，其脱硫效果和运行成本也得到大大改善。平均脱硫效率由93.8%提高到97.6%，减少了一台循环泵的投入使用，每年可节省电费及备件费用151万元，具有非常大的安全、经济及环保效益。