檢查及其治理焦爐爐墻串漏實現SO2達標排放的方法及措施

陳 勇

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司)

檢查及其治理焦爐爐墻串漏實現SO2達標排放的方法及措施

陳 勇

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司)

結合目前嚴峻環保形勢，針對萊鋼焦化廠4.3米焦爐串漏現狀，在分析目前檢查、治理焦爐爐墻串漏方法及弊端的同時，自主研發了檢查及治理爐墻串漏裝置及治理措施，有效解決焦爐爐墻串漏點難以檢測及治理，治理不當易堵磚煤氣道影響焦爐加熱等問題，同時該新治理措施可在看火孔內部形成二次保護膜，延長掛料時間，在焦爐加熱凈煤氣H2S含量相對較低并且穩定的情況下，可徹底解決爐墻串漏，杜絕因焦爐爐墻串漏造成煙囪SO2、氮氧化物超標，保證焦爐煙囪達標排放，起到了節能環保，延長焦爐使用壽命、維持焦爐穩定生產的效果。

焦爐 爐墻串漏 檢查 治理

0 引言

隨著日益嚴峻的環保形勢，環境保護已經成了鋼鐵行業的新“命門”，作為萊鋼集團環境治理重中之重的焦化廠，焦爐生產過程中控制煙囪廢氣中SO2、氮氧化物排放量勢在必行，焦化行業SO2規定排放標準從2012年的100 mg/m3降至2015年的50 mg/m3，預計2120年標準要求20 mg/m3，焦化行業氮氧化物規定排放標準從2012年的800 mg/m3降至2015年500 mg/m3，預計2120年標準要求150 mg/m3，煙囪排放標準逐年提高，導致治理難度逐年加大，間歇式影響焦爐正常生產已成常態。焦爐煙囪SO2主要來自：焦爐加熱用焦爐煤氣中H2S的燃燒產物；焦爐加熱用的煤氣中含有有機硫化物的燃燒產物；焦爐煤氣所夾帶的總硫；因爐體串漏含硫、硫化物以及氮氧化物的荒煤氣進入燃燒系統[1]。

目前萊鋼采用雙塔串聯對煤氣脫硫系統進行凈化，洗苯塔后凈煤氣中H2S含量在40 mg/m3左右，并能維持較為穩定水平。為此在相對穩定的配煤結構以及合理的焦爐加熱制度條件下，如何控制焦爐串漏實現煙囪排放達標還存在較大的改進空間。

1 現狀

焦爐爐體竄漏會將炭化室產生荒煤氣中的硫化物經焦爐爐墻縫隙竄漏至燃燒室，并燃燒生成SO2，通過小煙道排入進入煙囪，導致焦爐煙囪廢氣中SO2濃度升高，最終排入大氣中污染環境。荒煤氣中所含的硫化物以硫化氫為主，其總質量濃度一般為6 500 mg/m3～10 000 mg/m3, 是凈化后煤氣的15～25倍。因此，雖然僅有少量荒煤氣竄漏，也會對焦爐煙囪廢氣SO2排放濃度達標構成嚴重影響。

焦爐炭化室墻面特別是加煤口周邊部位由于連續高溫生產，受溫度應力及推焦桿摩擦力等影響，出現磚縫膨脹變形導致爐墻串漏，將荒煤氣串漏到燃燒室通過煙囪排到大氣中污染環境，目前國內大多數焦化廠為了降本增效，開發了優質高硫煤資源，參與配煤煉焦，導致荒煤氣中硫含量明顯升高，炭化室中的荒煤氣一旦串漏到燃燒室內，不僅難以檢測及治理，而且對焦爐加熱調節及其使用壽命造成嚴重影響，同時惡化操作環境，導致看火孔蓋結焦油而打不開、最終導致煙囪SO2排放指標達不到國家標準要求。萊鋼焦化廠4.3米焦爐分別投產于1998年和2003年，采用焦爐煤氣加熱，爐體因溫度升高膨脹而產生爐墻串漏現象異常嚴重，煙囪SO2排放在線監測有時小時值達到100 mg/m3以上，對焦爐壽命及環保要求帶來較大影響。

焦爐采用焦爐煤氣加熱時，焦爐煙囪排放SO2來源構成：來自回爐煤氣中硫化氫的SO2占30%～33%；來自回爐煤氣中有機硫的SO2占9.6%～12.5%；來自荒煤氣竄漏至燃燒系統的SO2約占55%～65%。可見，來自回爐煤氣中硫化氫的SO2僅占1/3，而來自荒煤氣竄漏的SO2占50%以上，是焦爐煙囪SO2的主要來源。為此降低或杜絕焦爐荒煤氣串漏已是焦爐煙囪SO2排放濃度限值達標的關鍵所在。

2 改進前檢查、治理方法及其弊端

2.1 檢查方法

廢舊掃把放入燃燒室焚燒，獲得濃煙，是之前常規檢測焦爐爐墻串漏方法，此法的弊端是掃帚的使用價值不能得到充分利用，檢測焦爐串漏時掃帚產生濃煙量少、檢測位置難以定準、而且還會將大量煙灰落入立火道堵塞磚煤氣道，阻止煤氣上升與下降影響焦爐加熱，導致焦炭質量不合格，同時由于檢查不徹底，無法及時治理，導致荒煤氣夾帶著SO2從炭化室串入燃燒室，導致煙囪排放不達標。

2.2 治理方法

常規治理爐墻串漏方法，主要集中在找準串漏磚縫位置進行抹補、爐墻噴補、提高炭化室壓力或燒空爐。抹補受面積限制，磚縫漿料不飽滿，掛料時間短，容易脫落，并且些細微串漏縫在高溫情況下很難通過抹補方式將漿料擠入串漏縫內，有時抹補時料漿一旦掛不在墻面上容易掉落到立火道堵塞磚煤氣道影響焦爐加熱。爐墻噴補，需四人配合從焦爐機焦側敞開爐門，找準串漏部位墻面磚縫，清理干凈串漏部位爐墻后利用濕式噴漿機保持一定壓力對準檢查出來的爐墻串漏部位進行噴補，清理不當易出現新的串漏縫，并且由于作業環境將近1 000 ℃的高溫，設備在機焦側作業極不方便，有時甚至耽誤生產；適當提高炭化室壓力或燒空爐，讓爐墻縫內結上石墨來防止串漏方法，不緊影響焦爐加熱制度和出焦操作，而且容縮短焦爐使用壽命，一段時間后仍就會產生更大的串漏點，導致煙囪SO2超標排放。

3 改進后檢查及治理裝置實施措施及效果

3.1 新檢查爐墻串漏方法

為解決上述檢查爐墻串漏方法存在的問題，車間技術組成員針對爐墻串漏產生的根源組織現場調研，并開發了一種定位準確、檢測時間短、可以充分利用焚燒焦化廠自產廢棄物(焦油渣與鋸末混合物)，檢查爐墻串漏新裝置如圖1所示[2]。

圖1 檢查焦爐爐墻串漏裝置

該裝置以無縫鋼管和看火孔蓋為主料焊接而成，工具前端為圓筒狀不銹鋼，直徑略小于看火孔內徑，殼體上設有蜂窩狀圓孔，以便透氣，殼體上部中心位置焊接鋼管成為該裝置支撐桿，支撐桿不同部位鉆有Φ10圓孔，以便螺桿穿過，同時在備用看火孔蓋中心位置，開一與支撐桿直徑一致的的圓孔，保證該看火孔蓋能在整個支撐桿上自由活動，螺桿穿過支撐桿孔來固定活動看火孔蓋，以便精準控制檢測位置，支撐桿末端設有握桿，便于職工握取。

檢查爐墻串漏時，將焦油渣和鋸末按照1:1比例混合均勻后，將其混合料從該裝置頂蓋上加料口加入使其裝滿，同時打開原有看火孔蓋，根據合適位置在拉桿上穿插Φ10的螺桿，并在另一側上上螺母，使其活動看火孔蓋位置固定，將自制裝置穿插于串漏爐墻對應的看火孔內，此時裝置中的物質在高溫立火道內揮發分析出產生濃煙，打開上升管及其看火孔附近加煤口及兩側看火孔，可準確定位焦爐爐墻串漏部位。

該檢測爐墻串漏裝置，有效解決了傳統檢測定位不準，細微串漏點難以檢測的問題，提高了檢測效率，在串漏不明顯的部位使用效果尤為明顯，是一種便攜式、節能環保、可同時應用于任何檢查焦爐爐墻串漏的問題。

3.2 新治理爐墻串漏方法

為解決常規治理爐墻串漏方法存在的問題，車間技術組針對發生串漏原因進行調研，并開發了一種定位準確、串漏縫可飽滿填充、掛料時間長，一人可操作，不影響正常生產，可調式治理爐墻串漏新裝置如圖2所示[3]。

圖2 治理焦爐爐墻串漏裝置

該裝置以無縫鋼管和焦爐煤氣孔板為主料焊接而成，下端以不銹鋼材質的焦爐煤氣孔板作為底板，外徑略小于看火孔內徑，底板中部焊接一定長度帶穿插孔的內管，直徑略大于內管的外管上部帶同步帶穿插孔，一端焊接握柄，另一端焊接三根彎型鋼筋作為水平支撐，治理完串漏后便于職工將此裝置從看火孔內部取出。

治理爐墻串漏時，利用檢查裝置準確定位好串漏位置后，為不耽誤裝煤車來回穿梭取煤、加煤影響生產，調節治理裝置外管高度，盡量保持裝置裸露爐頂表面距離最小，同時在底板上部放一層與孔板尺寸相同的耐火石棉堵死底板板與看火孔內壁的間隙，以防止混合料漏入看火孔下部堵塞磚煤氣道口，影響焦爐加熱，然后將本裝置穿插于串漏爐墻對應的火孔內，支撐腿垂直支撐在看火孔周邊爐頂表面上，然后將一定比例配置好混合料(由莫來石耐火泥，水玻璃及水均勻混合)，注入穿插于看火孔內部的該裝置內管周邊，由于底板內孔與內管管內徑相通，立火道內有足夠熱量，熱氣流通過底板內孔進入內管內部，內管周邊注入的混合料由于高溫作用逐漸開始起泡，揮發水分并開始向串漏縫內滲漿料，滲入的混合料將緩慢固化在串漏縫內，經過30分鐘的滲透已基本將串漏縫注滿，然后緩慢將此裝置向上提起，在提起裝置的同時靠近爐墻壁面的漿料類似于刷墻一樣，又在高溫的爐墻墻面掛了一層漿料，漿料固化后相當于在爐墻內壁上形成了一層保護模，有效杜絕了爐墻的串漏現象。

該治理爐墻串漏裝置配合檢查裝置，解決了傳統抹補工藝的不足，磚縫不飽滿、掛料時間短、操作難度大，出現二次串漏縫，仍舊導致煙囪排放不達標、影響正常生產等復雜問題，是一種便攜式、可同時應用于整個焦爐治理爐墻串漏的新工藝。

3.3 新型檢查串漏裝置配合治理裝置所取得的效果

3#、4#焦爐2015年及2016年上半年煙囪SO2濃度月平均檢測數據及煙囪爐墻串漏檢測數分別如圖3、圖4所示。

圖3 4.3米焦爐煙囪SO2濃度月平均檢測數據

圖4 4.3米焦爐煙囪爐墻串漏檢測數

從圖3可以看出，未采用新檢查治理措施前，煙囪SO2在線檢測月均值年初超過了規定要求50 mg/m3，達到了66 mg/m3，整個半年均在規定值左右徘徊，檢查和治理爐墻串漏裝置投入使用后，SO2在線監測數均值明顯降低，最高1月份僅為45 mg/m3，從圖4可以看出未采用新檢查治理措施前，爐墻串漏數較多，4.3米焦爐月串漏數最多達到107個，檢查和治理爐墻串漏裝置投入使用后，爐墻串漏數明顯減少并且有逐月降低的趨勢。在凈煤氣中H2S含量維持較為穩定、滿足目前配合煤成本最優化、焦爐各項加熱制度穩定的前提下、焦爐串漏治理徹底，SO2排放達標率100%，而且均保持在同行業領先水平。

4 結論

1)兩種裝置配合使用，有效杜絕焦爐爐墻串漏問題，根除了因荒煤氣串漏導致煙囪SO2超標問題，同時對該裝置尺寸適當調整，可在整個焦化領域所有焦爐上使用；

2) 檢查爐墻串漏裝置，有效解決焦爐爐墻串漏點難以測量的問題，同時可利用焦化廠危廢物，起到了節能環保效果；

3) 治理焦爐爐墻串漏裝置，有效解決焦爐爐墻串漏難以治理，原有方法易堵磚煤氣道等問題，同時可在看火孔內部形成二次保護膜，延長掛料時間，徹底解決爐墻串漏，杜絕荒煤氣進入燃燒室，導致煙囪SO2濃度超標；

4) 焦化廠配合使用檢查和治理爐墻串漏裝置，對4.3米焦爐爐墻串漏部位進行了全面治理，檢查和治理爐墻串漏裝置投入使用后，4.3米焦爐月串漏數由最多107個減少到了12個，并且有逐月降低的趨勢，截止目前，已治理串漏看火孔近215個，僅有兩個由于石墨刮蹭爐墻磚，導致爐墻磚碎裂，出現穿孔外，其余看火孔均未發生二次串漏；

5)檢查和治理爐墻串漏裝置投入使用后，SO2在線監測數月均值明顯降低，在線監測數據由2015年月均值66 mg/m3，2016年最低降至16 mg/m3，遠低于國家要求排放標準。

[1] 季廣祥.焦化廠焦爐煙囪SO2排放濃度達標途徑[J].煤化工，2014,37(1):35-38.

[2] 童利民，陳勇，翟瑞津，等. 一種檢查爐墻串漏裝置[P].中國 專利：201320339648.2, 2013-12-11.

[3] 陳勇，童利民，王俊. 一種治理焦爐看火孔串漏裝置及方法[P].中國 專利：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

聯系人：陳勇，工程師，山東.萊蕪(271104)，山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司生產管理部；