焦爐脫硫脫硝系統(tǒng)安全連鎖設計的應用

李舒胤，郭 飛，李新杰，王本剛，于進江

（青島特殊鋼鐵有限公司焦化廠，山東 青島 266400）

1 前 言

焦化脫硫脫硝系統(tǒng)的主要任務是將焦爐煙道氣中的NOx、SO2和顆粒物達標排放。對于前期已有的焦爐來說，新增設焦爐煙道氣脫硫脫硝裝置，來實現(xiàn)污染物達標排放是其中一個重要途徑。目前，無論采取哪種脫硫脫硝工藝，都需要在原有煙道上開孔，在引風口與煙囪之間增設切斷閥，以利于煙道氣的抽出。青島特鋼通過增加增壓風機的方式來抽出煙道氣后降溫進行處理。脫硫脫硝裝置增加的增壓風機，會對原焦爐加熱系統(tǒng)的吸力造成一定的影響。煙道吸力是保證焦爐安全生產的一個重要參數(shù)，在脫硫脫硝系統(tǒng)運行過程中，必須要確保焦爐煙道吸力的穩(wěn)定，增加相應的安全連鎖，才能保證焦爐加熱交換壓力制度的穩(wěn)定，進而穩(wěn)定焦爐的安全生產［1］。

2 焦化脫硫脫硝工藝簡介

焦爐煙道氣脫硫脫硝裝置的作用是將焦爐煙道氣中的NOx、SO2、顆粒物等污染物含量降至國家環(huán)保政策規(guī)定的標準值以下后進行排放。主要工藝流程是通過增壓風機將煙道氣從煙道中抽出，經過降溫進入脫硫脫脫硝單元模塊設備凈化處理后再排放［2］。

目前，國內煙道氣脫硫脫硝主要有以下幾種工藝：（1）OSDA 旋轉噴霧半干法脫硫+中低溫SCR 脫硝（半干法）；（2）SDS 干法鈉基吸收劑噴射脫硫＋中低溫SCR 脫硝（干法）；（3）CSCR 活性焦吸附、脫硫脫硝一體化（干法）［3］。

以青島特鋼CSCR 活性焦吸附、催化脫硫脫硝一體化系統(tǒng)為例，其系統(tǒng)主要由煙氣系統(tǒng)、活性焦系統(tǒng)、物料循環(huán)系統(tǒng)、硫銨、氨氣制備系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等組成。焦爐煙道氣先通過增壓風機取氣后，經余熱鍋爐、風冷器降溫進入吸附塔模塊內。經過脫硫、噴氨、脫硝后達標排放。吸附塔模塊內吸附煙氣后的活性焦通過鏈斗機運輸至解析塔進行加熱解析，循環(huán)利用。在解析塔加熱活性焦會產生富氣（RSG），富氣進入硫銨系統(tǒng)會產生硫銨母液，送至化產工段可制備硫酸銨產品。氨氣制備是利用外部采購20%濃度氨水，通過與低壓蒸汽共同進入氨水蒸發(fā)器內，利用低壓蒸汽的熱量產出氨氣，通過風機送至吸附塔模塊內。除塵系統(tǒng)主要是物料循環(huán)設備運行過程中產生的粉塵以及系統(tǒng)運行過程中因機械磨損或化學腐蝕而產生的活性焦粉，通過各收塵管道共同進入系統(tǒng)環(huán)境除塵進行集塵，作用是確保活性焦的粒度，防止過多活性焦粉在模塊內板結、堆積，導致碳層流通性降低，增加煙氣阻力。工藝流程如圖1所示。

圖1 脫硫脫硝工藝流程

3 焦化脫硫脫硝系統(tǒng)運行中的隱患

3.1 吸附塔模塊超溫

脫硫脫硝吸附塔模塊在運行過程中，測溫點溫度如果上升至145 ℃，且每分鐘上升速度超過0.2 ℃，就可判定為吸附塔模塊出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。若設定溫度連鎖關閉單個模塊進出口單頁門的，崗位可通知現(xiàn)場進行開啟充氮保護，若未設定連鎖，崗位應先手動關閉高溫模塊進出口單頁門，再進行充氮保護。期間應密切關注溫度變化趨勢，保證出口參數(shù)達標及系統(tǒng)內設備的溫度運行。超溫模塊溫度下降后，恢復正常物料循環(huán)4～5 d 后可投入運行。目前，青島特鋼焦爐煙道氣脫硫脫硝已采用此種連鎖，在系統(tǒng)投運3 a 半以來，日常連鎖投入運行，從未發(fā)生過模塊超溫事故，為脫硫脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了強有力的保障。吸附塔模塊超溫連鎖簡圖見圖2。

圖2 吸附塔模塊超溫連鎖簡圖

3.2 增壓風機故障停機

脫硫脫硝增壓風機是脫硫脫硝系統(tǒng)運行的“心臟”，作為核心設備，它的運行狀態(tài)尤為重要。在運行過程中，可能會因為軸承溫度或振動過高觸發(fā)連鎖值導致停機，或因為變頻器故障、斷電等原因出現(xiàn)跳停事故。要求崗位人員第一時間執(zhí)行相關應急預案，保證焦爐系統(tǒng)與脫硫脫硝系統(tǒng)的安全。在增壓風機異常停止狀態(tài)下，與地下煙道插板閥、焦爐交換機等關鍵設備的連鎖，來保障增壓風機故障停機狀態(tài)下焦爐的安全穩(wěn)定運行。

4 焦化脫硫脫硝煙道氣安全連鎖設計

當脫硫脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)故障（增壓風機異常停止等情況），導致焦爐加熱系統(tǒng)吸力不足，助燃空氣無法正常吸入，加熱煤氣不能充分燃燒，達到爆炸極限，而發(fā)生煙道爆炸事故［4］。因此為確保焦爐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，對脫硫脫硝系統(tǒng)地下煙道插板閥、增壓風機與焦爐液壓交流機連鎖動作進行設計［5］。安全連鎖示意圖見圖3。

圖3 青島特鋼脫硫脫硝安全連鎖示意圖

4.1 脫硫脫硝增壓風機與煙道插板閥連鎖設計

增壓風機變頻模式、高壓變頻器無運行信號（停止）或高壓柜分閘時，焦爐地下煙道插板閥氣缸帶動閥門自動迅速打開。

增壓風機在工頻模式、高壓柜分閘時，焦爐地下煙道插板閥氣缸帶動閥門自動迅速打開。

除人工按計劃停車采用變頻器慣性停車方式外，故障狀態(tài)下導致的增壓風機變頻器停車必須采用緊急停車方式，原因是避免變頻器因慣性停車所耗時間導致停車時間過長，煙道吸力逐漸變小，此時變頻器仍在運行過程中，插板閥未及時開啟以及液壓交換機沒有停止加熱從而發(fā)生安全事故［6］。

4.2 脫硫脫硝取氣煙道吸力與插板閥連鎖設計

1#總煙道吸力（2個壓力信號）任意一個數(shù)值＜-300 Pa、持續(xù)3 s時（增加延時為了避免因焦爐液壓交換機交換時吸力降低而導致的波動），脫硫脫硝系統(tǒng)控制1#煙道插板閥氣缸帶動閥門自動迅速打開。

2#總煙道吸力（2個壓力信號）任意一個數(shù)值＜-280 Pa、持續(xù)3 s時，脫硫脫硝系統(tǒng)控制2#煙道插板閥氣缸帶動閥門自動迅速打開。

4.3 脫硫脫硝增壓風機與焦爐液壓交換機連鎖設計

當增壓風機電機停機、煙道吸力低于設定值時，脫硫脫硝系統(tǒng)會傳輸給液壓交換機系統(tǒng)事故總信號，液壓交換機自動運行到停止加熱狀態(tài)。液壓交換機現(xiàn)場帶有連鎖投入、解除按鈕，可解除連鎖進行脫硫脫硝系統(tǒng)正常投入與退出焦爐系統(tǒng)。

4.4 液壓交換機與焦爐摻混閥連鎖設計

當脫硫脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)故障導致液壓交換機自動運行到停止加熱時，如果焦爐采用混合煤氣加熱，此時高爐煤氣由摻混閥進入焦爐煤氣管道，凈化管式爐可能發(fā)生爆炸事故。為避免事故發(fā)生，增加液壓交換機運行到停止加熱位置時，焦爐摻混閥連鎖關閉。

5 結 語

脫硫脫硝是實現(xiàn)焦爐煙道氣達標排放的一個有效途徑，其穩(wěn)定運行直接關系到焦爐的安全生產。在設計過程中，脫硫脫硝裝置與焦爐中控室等設備必須建立通訊并設置安全可靠的連鎖控制，在應對突發(fā)情況時才可確保焦爐的安全穩(wěn)定生產。介紹了脫硫脫硝工藝與運行過程中主要的隱患，詳細說明了增壓風機在故障停機的狀態(tài)下與焦爐相關重要設備的連鎖。青島特鋼焦化廠焦爐煙道氣脫硫脫硝自2020年5月投入運行以來，在此安全連鎖的保護下，脫硫脫硝系統(tǒng)運行穩(wěn)定，未發(fā)生相關安全事故，為廣大同行提供了可行性的參考價值。