硫回收焚燒爐超溫原因分析及解決措施

白海濤

（萬華化學集團股份有限公司，山東 煙臺 264006）

1 氣化裝置硫回收單元概述

硫回收工藝目前主要有濕法和干法脫硫，干法又分為：傳統克勞斯法、亞露點類克勞斯工藝，還原吸收類工藝、直接氧化類克勞斯工藝、富氧克勞斯工藝、和氧化吸收類克勞斯工藝；濕法主要有孟莫克MECS SULFOX工藝，魯奇的低、高溫冷凝工藝，托普索的WSA工藝等。

本次故障設備所處工藝為MECS SULFOX工藝，屬于濕法硫酸工藝，可以有效處理各種工況下的含硫氣體或廢液等化合物，焚燒爐是此工藝的核心設備。

酸性氣（H2S）在焚燒爐過氧燃燒生成SO2氣體、水蒸汽并向系統提供熱量。酸性氣里的碳氫化合物組分燃燒形成CO2和水蒸汽并向系統提供額外的熱量。酸性氣先進入到燒嘴里，與空氣按一定比例混合燃燒，燃燒需要的空氣由主風機提供，主風機的吸入口連接到空氣冷卻器的空氣出口，以提高系統的能量利用效率。

根據正常工況下酸性氣的組成，不需要額外提供燃料氣就能夠維持焚燒爐燃燒。爐子的出口溫度由燃燒的狀況和主風機送入的空氣量有關。裝置的負荷由供應到裝置的酸性氣中H2S含量決定。焚燒爐出口氣體管線設置在線氧分析儀，氧含量會隨著燃燒氣流的變化而波動。焚燒爐作為整個流程中重要的一環，有著不可替代的作用。

2 焚燒爐基本參數

焚燒爐為臥式爐，設計溫度1450℃，工作溫度1100℃，設計壓力35KPa，工作壓力29.6KPa。爐壁設計溫度260～343℃。

燃燒爐內襯3層耐火磚（1層AL 90剛玉磚，2層LG140 0.8L保溫磚）；對流段2層耐火磚（一層AL 90剛玉磚，1層LG140 0.8L保溫磚）；各接管處砌筑保溫澆注料。另外，在對流段前段，砌筑3堵擋墻，以使反應更充分（圖1）。

圖1 焚燒爐結構

3 焚燒爐典型問題及處理方案

焚燒爐自2014年投入運行，11月份發現燃燒爐中段（前擋墻與中部擋墻之間下部筒體）外保溫鐵皮出現過燒痕跡，保溫下外殼溫度達500℃，嚴重超溫，隨即停爐檢查，內部未發現明顯裂紋及爐磚坍塌情況，見圖2。

圖2 超溫嚴重

3．1 超溫原因分析

（1）爐墻底部設計不合理。原設計中，為保證爐墻的強度，爐墻底部采用剛玉磚（如圖3），導熱系數高達2.4W/M.K，無法有效隔熱，故熱量傳遞到鋼殼上，導致超溫。

圖3 超溫處爐磚構造

原設計傳熱計算如表1，鋼殼計算溫度471℃。

（2）膨脹縫設計不合理。1100℃時剛玉磚的膨脹率為0.9%×2088=18.79mm設計時再加50%多余量，合理的膨脹量為30mm左右，而原設計中，膨脹縫尺寸為：22+20+29=71mm，遠大于膨脹縫的計算數值。

（3）原始耐火磚漿料填充不足，高溫煙氣竄入導致爐壁溫度超溫。按標準要求，灰漿飽和度應≥90%，而原始砌筑質量把控不嚴，灰漿飽和度不足，部分磚面沒有涂抹灰漿（圖4）。

表1 原設計傳熱計算

圖4 灰漿飽和度不足

3．2 故障處理

綜合上述原因，于2015年大修時更換前中2堵擋墻及擋墻之間的耐火磚，并對耐火材料結構進行優化，具體方案如下：（1）將前、中擋墻底部180°剛玉磚，更換為1.4中質澆注料，兼顧強度及保溫性能（圖5和表2）。

更換澆注料后，前擋墻底部傳熱計算如表3，鋼殼計算溫度267℃。

中擋墻底部傳熱計算如表4，鋼殼溫度281℃。

（2）優化膨脹縫如表5。

表2 參數指標

（3）在施工過程中，嚴控砌筑質量，確保灰漿飽滿度≥90%，以避免煙氣竄入磚縫，見圖6。

圖5 更換示意圖

表5 膨脹縫數據

圖6 灰漿施工

表3 前擋墻底部傳熱計算

表4 前擋墻底部傳熱計算

經過此次檢修，前、中兩堵擋墻底部溫度滿足設計要求：(260～343℃)，見圖7。

圖7 滿足設計要求

4 經驗及教訓

焚燒爐在投入運行后不滿一年時間，即產生外殼超溫情況，且在后續運行過程中，持續超溫，形成安全隱患。超溫的原因主要有以下兩點。

（1）原始設計問題。爐墻底部采用剛玉磚隔熱效果差、膨脹縫尺寸過大，都是由于原始設計沒有考慮相關因素造成。

（2）原始施工問題。爐磚間漿料不飽滿，高溫煙氣竄入導致爐壁超溫，主要原因就是原始筑爐時未嚴格按照相關要求、施工方案進行。耐火材料的砌筑，很多步驟涉及到隱蔽工程，隱蔽工程的檢驗是重中之重，務必檢查到位。

通過本次檢修，基本解決了焚燒爐外壁超溫的問題，在后續的工程、生產工作中，應汲取本臺焚燒爐的經驗，避免同樣的問題再次發生。