焦爐煤氣雜質含量對鍋爐生產的影響

張 燕

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

1 問題的提出

隨著萊鋼技改工程的實施，萊鋼生產規模的不斷發展壯大，增強了煤氣管網的調配能力。尤其是新1#、2#焦爐的投產，使得焦爐煤氣在一段時間內相對富裕，發生了放散的情況。

為大力發展循環經濟，提高經濟效益，作為平衡煤氣管網壓力、降低煤氣放散、減少環境污染的程度、最大限度地滿足蒸汽供應需求的鍋爐系統，根據公司要求顧全大局、系統思考，進行了與之相適應的一系列改造。

但是，由于焦爐煤氣中含有硫化物、焦油等雜質，水分高，過量燃用極易引起空氣預熱器等設備的低溫化學腐蝕和低溫粘結灰堵塞隱患，嚴重制約著鍋爐的負荷，危及著鍋爐設備的安全、經濟運行。

2 現狀分析

2.1 3#鍋爐進行了改燒焦爐煤氣改造，運行良好，效果明顯，蒸汽負荷在70 t/h，排煙溫度在120℃左右，達到了合理和充分利用焦爐煤氣、減少煤氣放散、穩定煤氣系統壓力的目的，具有良好的社會效益和經濟效益，是鋼鐵聯合企業挖潛增效、節能降耗的重要途徑和有效措施。但是，隨著運行時間的推移，一些問題也逐漸顯現出來：鍋爐運行工況越來越差、負荷難以提高、爐膛負壓難以保證、引風機轉子粘灰引起振動超標、低溫段結渣、腐蝕嚴重等等。特別是負荷較低的情況下，排煙溫度在90℃左右，低溫段腐蝕更為嚴重。具體表現為：

（1）引風機轉子粘灰引起振動超標、低溫段結渣、腐蝕嚴重（90℃溫度低于露點造成低溫腐蝕）。

（2）空氣預熱器管束堵塞嚴重（空氣預熱器管束堵塞80%以上）。

（3）鍋爐運行工況差，最終導致3#鍋爐即使在焦爐煤氣大量富裕的情況下也難以增加焦爐煤氣燃用量。經過一年多的運行，該爐出力變得嚴重不足，負荷最多帶到30 t/h，鍋爐各項運行參數均嚴重偏離設計工況，設備已無法安全運行，根據這種情況，為降低焦爐煤氣放散，我們對9#、、10#鍋爐進行了增燒焦爐煤氣嘗試。

2.2 9#、10#鍋爐建成后，進行了大量燃用焦爐煤氣的嘗試，蒸汽負荷在120 t/h，焦爐煤氣帶負荷50%左右，排煙溫度在120℃左右，也基本達到了合理和充分利用煤氣、減少煤氣放散和穩定煤氣系統壓力的目的。經過一段時間的運行，一些問題也逐漸顯現出來：鍋爐運行工況越來越差、負荷難以提高、爐膛負壓還是難以保證等等。9#鍋爐停爐后，對其進行全面檢查發現：①調節擋板、轉子粘灰、腐蝕嚴重。調節擋板卡澀、開關困難，葉片多處開焊、極易脫落。②一級空氣預熱器積灰、腐蝕嚴重。空氣流通管堵塞60%以上。煙道內部積灰高度在200 mm左右。這與燃燒焦爐煤氣有直接關系，看來燃燒焦爐煤氣對設備造成的危害相當嚴重。9#鍋爐運行時間不到2年，從空氣預熱器檢查情況來看，空氣預熱器堵塞、腐蝕已相當嚴重，如果這樣繼續下去，設備將很難正常運行。我們不得不對9#鍋爐空氣預熱器、引風機轉子和調節擋板等備件進行了更換。

2.3 根據3#、9#、10#鍋爐運行情況，我們進行了改造，通過增燒50%高爐煤氣的辦法提高鍋爐排煙溫度，來降低低溫腐蝕。我們既要保證在焦爐煤氣富余情況下盡可能多燒焦爐煤氣，又要保證焦爐煤氣不足的情況下摻燒部分高爐煤氣，提高尾部排煙溫度，防止低溫腐蝕。基于以上要求我們對3#鍋爐進行了如下改造：

（1）改造燃燒器以滿足在不同燃料結構情況下鍋爐運行工況需求。

（2）改造空氣預熱器，達到正常使用工況和防腐目的。

（3）更換引風機部分配件并進行防腐，達到正常使用工況目的。

（4）焦爐煤氣手動蝶閥改為電動蝶閥；更換熱風門和煤氣閘閥；優化系統使之操作合理、維護方便。實踐證明，改造有一定效果，但因為焦爐煤氣含硫量太高，一直無法從根本上解決鍋爐低溫腐蝕問題。

3 焦爐煤氣內雜質對設備的影響

焦爐煤氣在凈化之前的荒煤氣內含有大量的水、焦油、苯及硫化物和氧化物，同時包括部分氨等物質。焦爐荒煤氣通過凈化除去部分雜質，但是仍然含有較多，對煤氣的輸送、儲存、使用帶來諸多困難。特別是對軋材線上加熱爐的影響十分嚴重，具體如下：

3.1 焦油的影響

焦爐荒煤氣中所含的焦油蒸汽在凈化過程中大部分冷凝后被凈化，但是仍有一部分呈霧態或小油滴仍然存在于煤氣中。由于沉降速度小于煤氣流速，所以在煤氣輸送過程中沉降一部分，還有一部分就帶到了用戶處。在加熱爐的燒嘴處，由于燒嘴的通徑較小，會由于焦油不斷的沉降造成堵塞。

3.2 苯的影響

苯在溫度低于60℃后開始在煤氣內析出，但是在凈化后仍含有較多。隨著煤氣的輸送，溫度會逐步降低，同時在環境氣候發生變化時也會造成苯的析出。苯析出后會在管道內壁上懸掛，久而久之會造成堵塞。

3.3 雜質多的影響

由于煤氣內所含的雜質很多不具有燃燒性或者燃燒后的熱值比煤氣要小，直接造成煤氣的熱值下降。同時由于雜質過多，在燃燒過程中火焰不穩定，對鋼坯的加熱存在不均勻性，導致加熱時間長，效果也不好等問題。

4 低溫腐蝕和低溫粘結灰堵塞的機理

煤氣中的硫和硫化物在燃燒時生成二氧化硫。二氧化硫與煙氣中的氧氣化合成三氧化硫，三氧化硫與煙氣中的水蒸氣化合成硫酸蒸汽。當受熱面溫度低于硫酸蒸汽的露點時，硫酸蒸汽就會在受熱面上凝結成硫酸腐蝕受熱面。三氧化硫的形成有兩種方式：一種是二氧化硫在高溫下（火焰中心）與氧原子化合成三氧化硫，即：SO2+[O]=SO3；另一種是在煙道中遇催化劑（Fe2O3或V2O5）時與煙氣中的過剩氧反應生成三氧化硫，即：2SO2+O2=2SO3。煙氣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會使煙氣露點升高很多，如當煙氣中的硫酸蒸汽含量為0.005%時，硫酸露點就升高到130℃～150℃，即提高了受熱面發生腐蝕的上限溫度。

當受熱面壁溫低于煙氣中的水蒸氣露點時,煙氣中的二氧化硫直接溶于水生成亞硫酸（H2SO3）對管壁金屬產生嚴重腐蝕，加快了腐蝕速度。另外低溫腐蝕和低溫粘結灰是相互促進的，硫酸蒸汽的凝結一方面發生腐蝕，另一方面發生粘結灰，發生低溫腐蝕后，腐蝕表面潮濕粗糙，煙氣中的灰粒附著在受熱面上，造成積灰、堵灰加劇。

5 結論

在鍋爐運行中，焦爐煤氣雜質如含塵、硫分、煤焦油等對鍋爐造成一定危害。含塵主要造成焦爐煤氣管道阻塞，爐膛受熱面掛灰，煙道集灰等，導致吸熱效率下降，煙道阻力增大等問題。硫分燃燒后生成硫化物，在低溫下與煙氣中水分結合反應，形成酸性物質，造成受熱面腐蝕。煤焦油導致煤氣閥門以及細管道堵塞，降低輸送能力，而且污染環境。該物質燃燒后附著力較強，粘結在受熱面上，很難清除，造成熱效率下降。因此焦爐煤氣雜質含量對生產帶來的影響應是關注的重點。