魯 偉，史大勇，李東虎

（邯寶鋼鐵有限公司焦化廠，河北 邯鄲 056015）

1 概要

邯寶焦化廠煤氣處理量10.56 萬m3，煤氣經(jīng)過真空碳酸鉀工藝脫硫后將酸汽（含H2S 達(dá)60%以上）送至WSA 制酸工序，酸汽量約500m3/h ～600m3/h,該裝置采用丹麥托普索公司的WSA 濕法制硫酸工藝，用于回收脫硫再生系統(tǒng)產(chǎn)生的含硫化氫酸性氣體并將其轉(zhuǎn)化為硫酸。通過該裝置的處理，酸性氣體被回收并制得硫酸，同時(shí)產(chǎn)出副產(chǎn)品：蒸汽。制酸工藝從開工至今，遇到鍋爐爆管、轉(zhuǎn)化器底部泄露、過程氣系統(tǒng)系統(tǒng)阻力變大、MCU 腐蝕、給水系統(tǒng)不穩(wěn)定等各類問題。

2 工藝流程

來自脫硫工段的含H2S 酸性氣體送至焚燒爐中燃燒，產(chǎn)生SO2氣體，經(jīng)廢熱鍋爐冷卻后進(jìn)入氨注入器，混合氨氣后，過程氣進(jìn)入SCR 反應(yīng)器,在催化劑的作用下，將過程氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓S后過程氣進(jìn)入SO2轉(zhuǎn)化器，過程氣依次通過兩段催化床層，將SO2催化氧化為SO3。由于該反應(yīng)高度放熱，需經(jīng)過床間冷卻器和過程氣冷卻器冷卻移走熱量。在轉(zhuǎn)化器底部，酸霧控制器來的二氧化硅晶核噴射進(jìn)工藝管道，與過程氣一起進(jìn)入WSA 冷凝器。在WSA 冷凝器的玻璃管程中，冷空氣和過程氣進(jìn)行熱交換并在晶核的作用下氣態(tài)硫酸被凝結(jié)為液態(tài)硫酸，制得96wt.%～98wt.%的硫酸。鍋爐水通過廢鍋、床間冷卻器、過程氣冷卻器與過程氣進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的熱量平衡，鍋爐產(chǎn)高壓5Mpa 蒸汽經(jīng)減溫減壓裝置得到溫度＞170℃，壓力0.7MPa（表壓）的低壓蒸汽并入廠區(qū)管網(wǎng)。

3 存在的問題及解決方案

WSA 制酸系統(tǒng)開工至今遇到很多問題，在摸索中對(duì)各系統(tǒng)均進(jìn)行了改造及優(yōu)化，以下是遇到的問題及解決辦法。

3.1 二氧化硫轉(zhuǎn)化器底部腐蝕

WSA 制酸開工1 年后，二氧化硫轉(zhuǎn)化器底部開始出現(xiàn)腐蝕，泄露出腐蝕性氣體，對(duì)安全及環(huán)保造成影響，被迫停工后，打開人孔檢查發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化器底部?jī)?nèi)壁腐蝕嚴(yán)重，從近一年的工藝數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器出口的過程氣出口管壁溫度時(shí)常會(huì)低于270℃，經(jīng)分析認(rèn)為原因有：一是轉(zhuǎn)化器處保溫不完全且不密實(shí)，且未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的30cm，不能保證此處的溫度高于270℃，二是受鍋爐系統(tǒng)設(shè)備影響、脫硫停工等因素影響，停開工頻繁，三是制酸停工趕硫操作過快，未按照要求的將酸汽完全引出后保持爐溫3 個(gè)小時(shí)后再開始逐步降溫，制酸開工引酸汽時(shí)未嚴(yán)格要求分批逐步引入酸汽的要求；以上均造成轉(zhuǎn)化器底部溫度低于硫酸露點(diǎn)溫度（251℃），硫酸的露點(diǎn)溫度，是指煙氣中含有硫酸的蒸汽開始凝結(jié)時(shí)的溫度。硫酸氣體冷凝成液體后腐蝕管壁，造成泄漏。

解決辦法：按照設(shè)計(jì)要求重新對(duì)該處進(jìn)行保溫，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的30cm，保證出口管壁溫度在270℃以上；對(duì)鍋爐系統(tǒng)的給水自調(diào)閥、液位計(jì)等設(shè)備進(jìn)行改造維護(hù)，通過對(duì)脫硫進(jìn)行改造酸氣管道及工藝操作優(yōu)化，縮短了脫硫停工周期，減少制酸頻繁停開工頻率。同時(shí)優(yōu)化停開工操作：停工時(shí)保溫3h 后再逐步降溫及開工時(shí)引酸汽時(shí)在轉(zhuǎn)化器出口溫度達(dá)到260℃后，方可分批次引酸汽。

3.2 鍋爐爆管

2015 年3 月份制酸設(shè)備進(jìn)行了一次升級(jí)改造，停車時(shí)間近半年，待恢復(fù)開車運(yùn)行一周后，廢熱鍋爐后溫度由430℃降至405℃，進(jìn)SCR 和SO2轉(zhuǎn)化器溫度均低于要求的工藝指標(biāo)，同時(shí)酸中間槽液位不正常上漲，酸濃度由98%緩慢下降，出酸冷卻器后硫酸溫度由55℃慢慢漲至65℃，停工降至常溫，置換氣體后進(jìn)人查看發(fā)現(xiàn)廢熱鍋爐爐管爆管4 根。

針對(duì)該套鍋爐系統(tǒng)，鍋爐爐管泄露的原因可分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕，外腐蝕原因主要有：

（1）低溫腐蝕：主要是因?yàn)檫^程氣溫度低于煙氣的露點(diǎn)溫度。

（2）潮濕腐蝕：多發(fā)生在鍋爐的停用期間。如停爐時(shí)有水汽進(jìn)入爐管又不及時(shí)清出潮濕的灰渣，灰渣埋蓋的爐管就會(huì)產(chǎn)生腐蝕。

鍋爐內(nèi)腐蝕的原因主要有：

（1）補(bǔ)水系統(tǒng)氧腐蝕：當(dāng)鍋水中有溶解氧時(shí)能造成鍋爐元件的腐蝕，氧腐蝕一般表現(xiàn)為點(diǎn)狀或潰瘍狀腐蝕。金屬表面多有腐蝕產(chǎn)物，鼓凸圓錐狀鐵銹的內(nèi)層是黑色的四氧化三鐵。

（2）酸性腐蝕：在給水系統(tǒng)、鍋爐內(nèi)部中均可產(chǎn)生。供精脫水的工藝采用氫一鈉離子交換系統(tǒng)處理水，水經(jīng)氫離子樹脂交換后，得到軟化，但呈酸性；交換劑再生時(shí)，也要用5%濃度的鹽酸或2%濃度的硫酸作為再生劑。以上的交換和再生操作如有不慎，就有可能使酸性水進(jìn)入鍋爐，從而造成酸腐蝕。酸性腐蝕的特征大多是均勻腐蝕，又容易在鍋爐內(nèi)形成鐵垢及產(chǎn)生垢下腐蝕。

（3）停運(yùn)期氧腐蝕鍋爐停用時(shí)如果未實(shí)施停爐保護(hù)或措施不當(dāng)，就會(huì)發(fā)生鍋爐的停用腐蝕。停爐時(shí)由于爐內(nèi)水排放不凈，密封不嚴(yán)，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)充滿潮濕的空氣，所有部位都會(huì)在短期內(nèi)發(fā)生大面積的氧腐蝕，使系統(tǒng)表面生成一層松軟的鐵氧化物。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)爐管外部無腐蝕痕跡，切開漏點(diǎn)后判斷為內(nèi)部腐蝕。

查看崗位3 月份前的水質(zhì)化驗(yàn)記錄：除鹽水含氧無法化驗(yàn)；其他鍋爐水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)；除氧器溫度在95℃～98℃波動(dòng)，未達(dá)到工藝要求的104℃；查看改造升級(jí)期間的廢鍋、汽包維護(hù)記錄，發(fā)現(xiàn)僅是注滿水，沒有按照長(zhǎng)期維護(hù)停備用設(shè)備的要求去維護(hù)鍋爐系統(tǒng)。

解決辦法：為保制酸的開工運(yùn)行，按照要求，爐管泄露低于4%的情況下可以進(jìn)行封堵使用，設(shè)備室聯(lián)系廢鍋廠家對(duì)泄露的爐管進(jìn)行封堵，試壓正常后投用；對(duì)鍋爐水質(zhì)化驗(yàn)嚴(yán)格進(jìn)行把控，針對(duì)無法化驗(yàn)除鹽水含氧的問題，聯(lián)系能源中心，每天送一次水樣化驗(yàn)，同時(shí)恢復(fù)除氧器的溫度自控，控制溫度在104℃，將除鹽水含氧控制在15ug/l 以下；針對(duì)一周以內(nèi)的檢修可通蒸汽保壓來防止鍋爐腐蝕，但超過一周以上停爐必須鍋爐長(zhǎng)時(shí)間檢修須注滿除氧合格后的水，并維持給水壓力在0.5Mpa ～1Mpa之間，每天取樣化驗(yàn)溶解氧是否合格或?qū)t管烘干后，充干燥的氮?dú)猓▔毫?.3MPa 左右，純度99.9%），可較長(zhǎng)時(shí)間防止腐蝕避免造成鍋爐泄露事故。

3.3 過程氣系統(tǒng)阻力增大

2016 年1 月份制酸燃燒空氣風(fēng)機(jī)間斷性出現(xiàn)喘息的情況，風(fēng)壓及流量波動(dòng)，真空泵后酸汽管道壓力高達(dá)30kpa（剛清洗完酸汽管道，酸汽流量為560m3/h），倒燃燒空氣風(fēng)機(jī)后該情況沒有好轉(zhuǎn)及改變，且切換至另一條酸汽管道及同時(shí)投用兩條酸汽管道后酸汽壓力未降至正常的10kpa 左右。

按照脫硫塔前硫化氫5g/m3，塔后180mg/m3計(jì)算產(chǎn)98%的硫酸約為1.5t/h，但實(shí)際產(chǎn)酸量為不到1t/h，同時(shí)煙囪酸霧含量超過工藝要求的20ppm，因催化劑第一層壓降表損壞無法判斷是否阻力過高，且SCR 反應(yīng)器段壓降表為800pa，符合工藝要求的1000pa，隨后停工降溫進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查。

解決辦法：按檢修安全要求將系統(tǒng)置換合格后進(jìn)人查看SO2轉(zhuǎn)化器第一層催化劑，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器入口處催化劑粉化嚴(yán)重，并出現(xiàn)板結(jié)情況，另打開SCR 反應(yīng)器段人孔，發(fā)現(xiàn)該段催化劑脫落堵住反應(yīng)器下部的過程氣管道彎頭處；由此可判斷轉(zhuǎn)化器第一層催化劑粉化板結(jié)和SCR 催化劑脫落堵住過程氣彎頭處是造成系統(tǒng)阻力的主要原因。而造成催化劑粉化板結(jié)和進(jìn)水軟化脫落的原因?yàn)?015 年10 月廢鍋爆管后未及時(shí)排查催化劑是否被水汽浸透并進(jìn)行處理，聯(lián)系廠家采購(gòu)催化劑并更換后系統(tǒng)阻力正常，同時(shí)為保證煙囪尾氣達(dá)標(biāo)及SO2的轉(zhuǎn)化率，每三年定期更換催化劑。

3.4 酸汽管道阻力大

脫硫真空泵后酸汽管道經(jīng)過酸汽捕霧器和Y 型過濾器、阻火器進(jìn)入焚燒爐燃燒，剛開工運(yùn)行1 年后，酸汽管道壓力達(dá)到儀表顯示上限52Kpa（工藝要求小于35kpa），停工后由化學(xué)清洗隊(duì)伍用熱堿清洗酸氣管道，清洗出來的均為焦油殘?jiān)?、洗油、銨、副鹽等多種雜質(zhì)，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行平均每?jī)稍逻M(jìn)行清洗一次，特別是在夏季時(shí)候一個(gè)月就需要停工進(jìn)行清理一次，每次停工都對(duì)公司煤氣平衡造成影響，并造成制酸系統(tǒng)停工。

解決辦法：為減少停工頻率，在真空泵后至酸汽捕霧器段新增一套DN250 的管道，且該段加一個(gè)氣液分離器，定期排出管道內(nèi)積液和可流動(dòng)性雜質(zhì)，排放至脫硫放空槽；為減少真空泵后酸汽的雜質(zhì)夾帶，必須控制好進(jìn)脫硫塔煤氣的指標(biāo)，要求焦油≤30mg/m3、硫銨≤30mg/m3、苯≤4g/m3，工藝指標(biāo)要求初冷器后煤氣溫度20℃～22℃，洗苯塔后煤氣溫度28℃～30℃，且脫硫塔前水封排液無明顯顏色，再生系統(tǒng)分離器后酸汽溫度≤33℃。對(duì)進(jìn)焚燒爐的酸氣管道加蒸汽伴熱及保溫，將萘、油等遇熱不易堵的物質(zhì)送至焚燒爐燃燒。經(jīng)過改造后，酸氣管道化學(xué)清洗周期為6 ～8個(gè)月一次。

3.5 系統(tǒng)熱量不足

在開工初期，廢鍋出口溫度達(dá)不到工藝要求的430℃，無法將熱量帶至后續(xù)系統(tǒng)，進(jìn)二氧化硫轉(zhuǎn)化器的過程氣溫度低于指標(biāo)要求392℃，容易生成重硫酸鹽，在催化床富集，影響VK 系列催化劑活性，在實(shí)際操作時(shí)，將兩臺(tái)煤氣增壓機(jī)頻率調(diào)至最大頻率50Hz，煤氣量還是無法滿足后續(xù)溫度的工藝要求，且變頻滿負(fù)荷運(yùn)行易造成設(shè)備過載燒壞。

解決辦法：在開工初期，通過用耐火泥堵廢鍋爐管的辦法減少換熱面積將熱量帶到后續(xù)，但進(jìn)轉(zhuǎn)化器過程氣溫度只是由372℃漲至385℃，在2016 年采取將冷空氣冷卻WSA 冷凝器換熱后的230℃空氣引至燃燒空氣風(fēng)機(jī)入口，以提高燃燒用空氣溫度，這樣改造后燃燒空氣溫度能在大氣常溫至130℃之間進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過改造，進(jìn)二氧化硫轉(zhuǎn)化器的過程氣溫度控制在指標(biāo)要求的392℃～410℃之間。

3.6 酸霧控制單元（MCU）腐蝕

酸霧控制器主要是將硅油晶核噴射進(jìn)過程氣工藝管道，和含SO3和硫酸蒸汽的過程氣結(jié)合生成硫酸細(xì)液滴，在WSA 冷凝器的玻璃管程中冷凝下來，在開工運(yùn)行4 年后，MCU 進(jìn)過程氣段管道受轉(zhuǎn)化器底部腐蝕影響，造成硫酸氣體冷凝后反串進(jìn)MCU 設(shè)備中，造成設(shè)備腐蝕。

解決辦法：MCU 進(jìn)過程氣的氣體溫度控制在280℃～320℃，主要是為防止低溫氣體和過程氣接觸后生成低于硫酸露點(diǎn)的硫酸液體，造成設(shè)備腐蝕，同時(shí)在酸霧含量能達(dá)到工藝要求時(shí)在不使用MCU 期間必須關(guān)閉進(jìn)過程氣的閥門和開啟壓縮氣體吹掃，防止腐蝕MCU。

3.7 給水系統(tǒng)優(yōu)化

從開工至今，給水系統(tǒng)是制約制酸系統(tǒng)穩(wěn)定的一個(gè)重要因素，鍋爐汽包水位控制采用的是單通量，主要就是通過汽包液位來控制給水量，在運(yùn)行過程中經(jīng)常遇到給水反饋滯后、對(duì)蒸汽負(fù)荷變化不靈敏及無法克服虛假液位的干擾；受外圍供給的精脫水影響，供給系統(tǒng)的精脫水壓力在0.2Mpa ～0.4Mpa 之間波動(dòng)，且制酸裝置在精脫水管網(wǎng)的末端，在壓力低及用戶多的情況下，經(jīng)常出現(xiàn)除氧槽液位報(bào)警，水位頻繁波動(dòng)，影響給水除氧效果，嚴(yán)重會(huì)因汽包水位低造成制酸系統(tǒng)停工。

解決辦法：對(duì)鍋爐汽包水位控制改為三通量控制，三沖量分別是汽包液位、給水流量、蒸汽流量，經(jīng)PID 計(jì)算來調(diào)節(jié)給水閥門開度，從而自動(dòng)控制汽包液位。其中汽包液位是主調(diào)量，蒸汽流量是副調(diào)量，給水流量是前饋。為解決除氧水壓力不足及用戶多的問題，增加精脫水水罐，體積為20m3，由水罐供水給除氧槽，可供該套鍋爐系統(tǒng)在停水狀態(tài)下使用3 個(gè)小時(shí)，且能穩(wěn)定進(jìn)除氧器的水量，為保證除氧效果提供了條件。

4 總結(jié)

通過以上的設(shè)備定修、改造及對(duì)重點(diǎn)工藝數(shù)據(jù)的把控，穩(wěn)定了WSA 制酸的運(yùn)行，制酸開車率達(dá)98%，產(chǎn)酸量達(dá)40t/d，為實(shí)現(xiàn)公司節(jié)能減排做出了重要貢獻(xiàn)。