焦爐煙氣除塵器濾袋骨架結垢的原因分析及改進

王振波

（山東東尊華泰環保科技有限公司，山東濟南 271100）

0 引言

某企業擁有2×65 孔ZTJL5552D 型搗固焦爐，焦爐加熱采用焦爐煤氣作為熱源，加熱后產生的煙氣溫度為260～350 ℃，煙氣中含有二氧化硫、氮氧化物、VOCs、煙塵等有毒有害物質，原建有一套脫硫脫硝產線對焦爐煙氣進行凈化。為滿足國家最新環保要求以及公司自身發展需求，新建一套脫硫脫硝備用產線，與原系統互為備用，便于系統停機檢修或維護。

新建脫硫脫硝備用產線投運后，設備設施運行正常，工藝指標運行穩定，焦爐煙囪在線監測數據遠低于超低排放標準。該產線投運1 年后，出現主風機振動異常、脫硝塔阻力大、煙塵數據異常升高等一系列問題，隨即組織對各系統全面排查，發現除塵濾袋的骨架鋼筋上有白色結垢現象。為避免情況惡化，做到源頭治理，迅速組織相關技術人員分析處理。

1 工藝介紹

原脫硫脫硝產線工藝流程為：煙道→移動床層鈣基干法脫硫除塵→SCR 脫硝→余熱鍋爐→風機→煙囪排放。其中鈣基干法脫硫使用的脫硫劑為顆粒狀，主要成分為Ca（OH）2和Ba（OH）2-8H2O。

新建脫硫脫硝裝置工藝流程為：煙氣余熱回收→SDS 鈉基干法脫硫→濾袋除塵→中低溫SCR 脫硝。其中鈉基干法脫硫使用的脫硫劑為粉末狀，主要成分為NaHCO3。具體工藝為：煙氣從焦爐分煙道引出后，首先一部分進入新建煙氣余熱鍋爐降溫至170 ℃左右，一部分從新建余熱鍋爐旁通管道通過與余熱鍋爐換熱后的煙氣匯合后進入脫硫系統，通過調節旁通閥門開度使匯合后煙氣溫度控制在200～240 ℃。研磨后的脫硫劑（NaHCO3）超細粉噴入煙氣總管與高溫煙氣接觸，碳酸氫鈉超細粉在高溫煙氣的作用下，分解出高活性碳酸鈉和二氧化碳。煙氣中的SO2與噴入的NaHCO3（研磨后）充分混合，發生化學反應，生成Na2SO3、Na2SO4、CO2和H2O，然后進入除塵系統。含塵煙氣進入除塵器，經過除塵濾袋的過濾，去除煙氣中的飛灰，為后序的脫硝系統提供低塵環境。煙氣進入脫硝系統后，在中低溫催化劑的作用下，氮氧化物和噴入的熱氨氣充分接觸，生成無害的氮氣和水。脫硝后的煙氣經風機送入焦爐煙囪達標排放。該套系統可使凈化后煙氣NOx含量≤100 mg/Nm3，SO2濃度≤30 mg/Nm3，粉塵顆粒物濃度≤10 mg/Nm3。

兩套脫硫脫硝產線可以分別從焦爐煙道取氣進行凈化處理，然后分別通過煙囪排入大氣，因此當一套脫硫脫硝系統產線故障時，可啟用另外一套脫硫脫硝產線。另外，兩套脫硫脫硝產線之間設有閥門進行聯通，可實現串聯運行，即煙氣先經過原脫硫脫硝產線凈化，再經過新建備用產線凈化，最后通過煙囪排入大氣，以提高凈化效果。

2 問題分析

新建備用脫硫脫硝產線投運后，發現焦爐煙氣在線監測數據中煙塵含量由投運時的2.4 mg/m3升高到5 mg/m3（8%氧含量折算后平均數據，下同），氮氧化物數據由投運時的63 mg/m3升高到85 mg/m3，脫硝塔阻力由投運時的0.7 kPa 升高到1.1 kPa，主引風機出現兩次異常振動，振動值最高達6 mm/s，遠超風機振動標準（4.5 mm/s）。以上問題的出現，嚴重影響備用產線的安全、可靠運行，亟需解決處理，經商討決定，從以下6 個方面開展排查分析：

（1）對焦爐煙氣在線監測數據中的氮氧化物和顆粒物、備用產線的脫硝塔阻力以及主引風機振動等參數標定，檢查確定各項監測數據均在測量誤差范圍內，因此數據測量誤差不是主要影響因素。

（2）對除塵器箱體進行排查，確認凈氣室和進氣室是否存在短路現象，造成飛灰未經濾袋凈化處理，直接進入下道工序。通過觀察發現除塵器阻力一直保持在0.6～0.8 kPa，未出現異常波動，同時拆檢脫硝塔（除塵下道工序），脫硝催化劑表面未發現除塵灰（黑灰色）積存情況，結合焦爐煙氣在線監測煙塵數據未大幅升高情況，基本判定除塵器箱體串漏不是煙塵數據升高的主要影響因素。

（3）逐個停用除塵器除塵倉，檢查上箱體內的箱板、除塵濾袋、濾袋骨架現場情況。經檢查發現各箱體內均清潔、無積灰現象，排除箱板因焊接不牢、受熱變形、個別除塵濾袋損漏等因素造成的泄漏。檢查除塵濾袋與花紋板的卡接情況，均沒有出現掉落或松動現象，排除濾袋與花紋板之間滲漏的因素。檢查濾袋骨架時發現骨架的上、中、下部均附著白色結垢物質（圖1），結垢均勻，造成這種現象較為少見，需對結垢物質進一步檢驗，便于分析論證。檢查濾袋發現濾袋內壁清潔（圖2）、可見本色，外壁附著黑灰色除塵灰（圖3），基本判定濾袋的過濾、除塵效果較好。為進一步判定，對除塵濾袋進行檢測驗證。

圖2 除塵濾袋內壁

圖3 除塵濾袋外壁

（4）為檢驗除塵濾袋質量，檢測該濾袋除塵過濾效果，對現用的除塵濾袋和同批次的新除塵濾袋分別進行透氣率、密度等方面的檢測，檢測結果表明濾袋過濾性能良好，達到使用要求，確定濾袋質量不是問題的主要影響因素。

（5）為確定結垢物質產生的源頭，對濾袋骨架上附著的結垢物質進行組分分析，檢驗結果見表1。其中氧化鈉占0.094 9%，說明該結垢物質中鈉元素含量較少，由此推斷備用脫硫脫硝產線使用的碳酸氫鈉不是生成結垢物質的反應物。其中氧化鈣占37.089 7%、三氧化硫占22.169 2%、氧化鋇占7.512 9%，由此得出鈣、鋇及硫酸根離子是構成該物質的主要成分，而上游工序中只有原脫硫脫硝產線使用的脫硫劑及其產物含有以上成分；同時依據氫氧化鈣（或氫氧化鋇）與煙氣中二氧化硫反應生成亞硫酸鈣（或亞硫酸鋇）和水，CaSO3、BaSO3為沉淀物。

表1 結垢物質組分檢驗結果

少量的二氧化硫和氫氧化鈣發生反應時的化學方程式：

少量的二氧化硫和氫氧化鋇發生反應時的化學方程式：

分析得出，該結垢物質主要由原脫硫脫硝產線使用的脫硫劑（含氫氧化鈣、氫氧化鋇）與焦爐煙氣中二氧化硫反應產生。

為進一步確認結垢物質產生源頭，經實地考察發現，原脫硫脫硝產線雖長期停用，但為保證原脫硫脫硝產線停運期間處于熱備狀態，該產線停運期間進出口閥門開度仍控制在10%左右，造成少量煙氣經過該產線后進入下游備用產線，進一步驗證了白色結垢物質為原脫硫脫硝產線脫硫劑造成的。

（5）根據除塵器濾袋清灰工藝以及煙氣的各項技術指標分析，得出濾袋骨架結垢過程為：濾袋除塵器設有脈沖反吹裝置，該裝置利用脈沖閥動作產生的脈沖壓力對準除塵濾袋口進行吹掃，使除塵濾袋外壁附著的除塵灰脫落，提高濾袋的過濾面積，降低除塵器阻力，使除塵系統高效運行。該裝置默認自動運行離線清灰模式，即清灰時關閉該除塵倉出口的提升閥，可使清灰中的倉室氣流處于相對靜止狀態，提高除塵濾袋反吹效果。該模式工作流程：1#除塵倉各濾袋脈沖反吹（關閉1#除塵倉提升閥→逐個啟動1#除塵倉室1#～12#脈沖閥對除塵濾袋反吹→打開1#除塵倉提升閥），然后依次對其他各倉室濾袋脈沖反吹。由于除塵濾袋脈沖反吹時，該倉室處于離線狀態，倉室溫度會在離線后逐漸下降，加之脈沖反吹采用的氣體未采取預熱保溫措施，溫度較低，反吹時濾袋內壁和骨架快速降溫。而骨架的材料是鋼，其比熱容較低，更容易快速降溫。由于煙氣中的SO2與脫硫劑反應生成的離子主要以SO32-形式存在，極易使亞硫酸鈣（亞硫酸鋇）的飽和度達到并超過臨界飽和度，在骨架溫度低、煙氣濕度大的共同作用下，在除塵濾袋骨架上結晶，隨著時間的積累，造成骨架結垢現象。

3 解決措施

3.1 更換原脫硫脫硝產線脫硫劑

原脫硫脫硝產線采用的脫硫劑成分以氫氧化鈣和氫氧化鋇為主，其采用的氫氧化鋇化學結構組成為Ba（OH）2-8H2O，升高溫度到200～500 ℃轉化成無水形式。當煙氣溫度升高到200 ℃時，會釋放大量的H2O，造成煙氣含水量升高，為結垢提供必要的環境條件。因此為杜絕結垢問題的發生，可采用低水分、高活性氫氧化鈣作為脫硫劑，既解決當前結垢問題，也可降低煙氣濕度高造成焦爐煙氣環保在線監測數據高的問題。

3.2 更換系統熱備方案

為杜絕原脫硫脫硝系統熱備期間對濾袋骨架結垢造成的影響，可在停用該系統前，提前消化脫硫劑，直到把流化床上脫硫劑清空，然后再適當開啟原脫硫脫硝產線進出口閥門開度對原產線進行熱備管理。

3.3 調控清灰裝置氣源溫度

脈沖反吹氣源宜采用露點溫度低于-46 ℃的工業氮氣，并利用保溫加熱裝置對氮氣進行預熱保溫，降低氮氣和煙氣的溫差，減少清灰時除塵濾袋和骨架的溫降，避免產生結垢所需溫度。

3.4 控制焦爐煙氣濕度

焦爐煙氣由焦爐煤氣和空氣在焦爐加熱系統內燃燒產生的，因空氣的濕度受天氣影響，不便于控制，因此控制焦爐煙氣濕度的有效途徑是控制加熱用焦爐煤氣的含水量，即通過控制加熱用焦爐煤氣溫度，5—10 月份按（50±2）℃控制、10—5 月份按（50±4）℃控制，以及及時排放煤氣主管內冷凝水，使煤氣中的水分及時排出等措施，減少煤氣含水量，從而降低燃燒產生的煙氣濕度，可使煙氣濕度低于結垢所需濕度。

4 結束語

焦爐煙氣除塵系統濾袋骨架結垢雖較比較少見，但該問題的發生將嚴重影響整個產線的穩定運行，必須引起足夠的重視。通過采取解決措施，脫硝塔阻力大、脫硝效率低、主風機振動異常、焦爐煙氣煙塵數據升高等一系列問題均得以解決，消除了工藝隱患，使備用脫硫脫硝產線經濟、長效運行，同時為解決該產線相關問題提供參考依據。