刮棒张乾; 邢德山; 柴晓琴; 柏源; 孟春强
【期刊名称】《《工业安全与环保》》
so.csdn/api/v3/search?p=1&t=all&q=【年(卷),期】2019(045)012
【总页数】铝合金精密铸造5页(P80-84)
【关键词】炭基催化法; 解析气体; 阀门
【作 者】张乾; 邢德山; 柴晓琴; 柏源; 孟春强
【作者单位】国电科学技术研究院有限公司清洁高效燃煤发电与污染控制国家重点实验室 南京210031; 国电环境保护研究院有限公司 南京210031
【正文语种】ad8009中 文
0 引言
炭基催化法烟气脱硫脱硝一体化技术是以活性焦、活性炭或活性焦炭等作为催化剂的烟气净化技术。催化剂再生产生的解析气体中的SO2体积分数最高可超过20%，高SO2浓度的解析气体可通过现有的化工工艺进行资源化回收，生产高附加值的含硫产品。因此，该工艺在发电、钢铁、冶金以及垃圾焚烧等诸多需要烟气净化处理的领域具有较好的技术优势和广阔的应用前景。目前，在炭基催化剂的性能[1-2]、装置运行效率[3]以及安全[4]等方面的研究已经很多，并有效提高装置的烟气处理效率和可靠性。但大多数研究主要集中在烟气处理和物料循环方面，有关解析气体输送的研究较少。由于解析气体具有高温、高粉尘含量以及高腐蚀性等特点，有关管道系统因此发生故障的报道并不鲜见，管道系统故障若不能快速排除，将可能引起其它设备的联锁停机，直接影响烟气净化装置的安全经济运行。阀门故障是引起管道系统故障的主要因素之一。由于受高温、高腐蚀性以及高催化剂粉尘含量的限制，阀门类型可选择范围一直较窄，目前有关阀门的选取和使用方便的问题鲜有报道。 本文通过对解析气体管道不利工作条件成因的分析，结合工程中类似问题和改进措施的报道，分析了阀门的主要工作特点，对阀门选型和使用问题提出了进一步优化的建议。
1 炭基催化法脱硫脱硝工艺流程简介
炭基催化法烟气处理工艺流程如图1所示。原烟气垂直或逆流通过脱硫脱硝塔，烟气中的SOx被炭基催化剂以物理吸附和化学吸附的方式吸附脱除，在烟气中适当喷氨后，可实现烟气中NOx的协同脱除。脱硫脱硝塔中吸附饱和的炭基催化剂通过重力作用向下流动被排出，经2#输送机输送至解析塔进行加热再生。再生后的催化剂经冷却后，粒径小于1.4 mm的颗粒被振筛机筛除[3]，粒径较大的颗粒通过1#输送机重新输送至脱硫脱硝塔中。物料经输送、筛分产生的机械损耗以及再生过程中产生的化学损耗部分通过补料仓补充新鲜的催化剂进行补偿，实现系统内催化剂总量的基本稳定。催化剂再生过程产生的含有高浓度SO2的解析气体(SRG)以N2为载体，通过解析气体管道输送至SRG回收系统进行资源化回收。
图1 物料循环系统示意
2 SRG主要特征及阀门特性
(1)高温。为了保证炭基催化剂能够有良好的解析效果，解析塔恒温段(即解析气体管道入口连接段)中的催化剂温度需要维持在300～500 ℃[3,5]。这就意味着再生气体的温度非常高，尤其是在管道系统入口处，解析气体温度接近催化剂的解析温度，这对解析气体管道
系统相关部件的耐高温性能提出了严格的要求。
(2)高粉尘。根据炭基催化法烟气脱硫工艺流程可以看出，催化剂的机械损耗过程会产生细小的催化剂粉尘。当粉尘流动至解析塔恒温段时，其中一部分将被解析气体气流携带进入解析气体管道系统。进入管道系统的粉尘加剧了管道系统各个部件(如阀门、仪表、弯头等)的磨损，可能导致阀门关闭不严、管道泄漏事故。另外，在管道弯头、变径以及阀门附近还可能会发生粉尘沉积现象，引发管道的堵塞，并改变管道系统的阻力特性，不利于解析塔内气体压力的稳定。
(3)高水分。表1为太钢2台烧结机脱硫SRG气体的工况和组分[5]，可以看出，解析气体中的水分非常高。在系统启停过程中以及其他导致管道温度较低或不稳定的情况下，气体中的水蒸气可能会发生凝结[6]。催化剂粉尘在此类工况下极易在管道系统内发生沉积，并黏结在管道内壁或阀门通道中[7]。高温可能会进一步提高黏结物的硬度，从而改变管道阻力特性，或导致阀门动作异常，影响脱硫脱硝系统工艺参数的稳定。另外，由于水的存在，解析气体中的NH3气体可能会和SO2、SO3等发生结晶反应，粘附催化剂粉尘，提高管道系统故障风险。
表1 太钢2台烧结机脱硫SRG气体的工况和组分项目(组分)450 m2烧结机SRG气体平均值最高值660 m2烧结机SRG气体平均值最高值流量(湿)/(m3·h-1)1 5991 9672 7523 142温度/℃约400约450约400约450ϕ(SO2)(干)/%23.829.020.223.7ϕ(SO3)(干)/%0.250.310.200.25ϕ(NH3)(干)/%3.54.13.13.4ϕ(HCl)(干)/%1.81.91.51.6ϕ(HF)(干)/%0.120.120.100.10ϕ(H2O)(湿)/%33.237.729.833.2尘(ρ)(干)/%2.02.52.02.5
(4)高腐蚀性。从表1可以看出，两台机组的SRG气体中SO2、SO3的总平均干态体积分数均大于20%，且HCl、HF总平均体积分数大于1.5%。若气体中的水蒸气发生凝结，解析气体的腐蚀性将大大增强。尤其是在HCl、HF等的作用下，更容易诱发奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，加速导致管道系统的腐蚀失效[8]。管道内若发生催化剂粉尘黏结，黏结形成的块状物孔隙率较大，将会吸附解析气体中的腐蚀性成分，导致黏结处的管道部件表面介质腐蚀性增强，加速黏结处金属表面的腐蚀。另外，SO2、SO3和NH3的共存也提高了催化剂粉尘发生黏结并促进金属腐蚀的风险[9]。图2显示了解析气体管道系统中发生催化剂黏结和腐蚀的情况，可以看出管道和阀门内壁已发生严重腐蚀，且伴有催化剂粉尘(黑)沉积、黏结，阀门阀芯也被严重堵塞。
(5)动态特性。由于解析塔在正常运行时，加热段和恒温段中的催化剂始终处于高温环境，为了防止外部空气混入塔内而发生催化剂高温自燃事故，必须控制塔内气体的含氧量[4,10-11]。解析塔在正常运行时，内部一般保持在相对稳定的微正压状态，一方面有利于控制向解析塔内泄漏的空气量，另一方面也有利于解析产生的SRG气体能够及时顺利地从解析塔排出。因此，管道系统应保持足够优良的回路控制性能。
玩B的技术图2 管道系统内部的腐蚀情况
综上所述，解析气体管道阀门的选择，至少应满足耐高温、耐粉尘(磨损)以及耐腐蚀的要求，且在运行调节过程中具有良好的动态特性。柳成安[12]报道了汽化炉渣水系统用耐磨阀门在使用过程中出现的问题，解析气体管道系统阀门和其所述阀门的工作条件具有一定的相似性，但工作环境更为恶劣，若选择或使用不当，更容易发生故障。
pgm_430mei3 解析气体管道阀门选用
3.1 阀门种类
根据不同的功能和用途，解析气体管道系统的阀门主要分为以下两类：
(1)调节切断阀。一种安装在解析气体主管道中，用于调节主管道中气体的流量以及控制主管道的通断。阀门在正常工作状态下常开，需要经受高温以及解析气体的冲刷、腐蚀，工作环境极为苛刻。另一种安装在主管道支管上，用于管道系统旁路的通断，如系统停机过程中吹扫气体的通断控制、紧急状态下的旁通操作等。阀门在正常工作状态下常闭，需要经受高温以及解析气体的腐蚀，相比于主管道中的阀门，由于处于常闭状态，阀门虽然避免了气体的冲刷、磨损，但此处阀门的解析气体则容易发生水蒸气冷凝，从而造成更严重的腐蚀，引发阀门锈死、失效等问题。
(2)仪表阀门。此类阀门属于常开阀门，工作环境和主管道支管上的切断阀基本一致，但无气体冲刷的问题，主要是降低腐蚀的影响，可通过选择合适的阀门材质来解决。
3.2 阀门选型
由于催化剂解析再生时，解析塔内的气体压力一般不超过15 kPa，故在阀门选型时耐压强度可暂不作为参考项。为了使解析气体中的SO2浓度满足化学回收的工艺要求，催化剂在解析过程中必须限制载气(惰性气体，通常为N2气体)的流量，从而使得解析气体的流量不会太大，通常每小时标况流量在几百至几千立方米之间，因此，选取的阀门必须能够满足
中小口径下的气体流量调节需求。另外，由于解析气体为高温高腐蚀性气体，管道阀门必须具有优异的密封性能。
根据以上所述的阀门的工作条件，表2列出了4种主要阀门类型的性能特点。结合化工设计中阀门的选取准则以及选型技巧[13-14]，可以看出：闸阀虽然具有较小的流动阻力，甚至可以用于干粒状固体的输送，但由于其密封性能较差(工作压力较低时更为显著)以及不能进行经常性操作、气体流量调节性能差等特点，并不适合选用。截止阀具有良好的流量调节能力，但调节精度不高且阻力大，并不适合微压气体的流量调节。由于解析气体为含水含尘气体，在流动过程中容易发生颗粒沉积、黏结等情况，这也限制了截止阀在管道系统中的使用。蝶阀具有良好的流量控制特性，可应用于含尘气流的输送，但其优良的流量控制性能主要体现在大口径管道系统，且其特性曲线只有等比例特性曲线一种，大大限制了蝶形阀流程易变性的性能，故只适合应用于负荷稳定的工况。另外，其密封性能也难以满足防止解析气体泄漏的要求。
球阀的介质流向可任意，适合需要经常性操作的场合，开闭迅速，便于远距离控制。全通径的球阀基本上没有阻力，很适合低压条件下的管道系统控制。由于球阀在启闭过程中具
有擦拭性，适用于带悬浮固体颗粒、含纤维介质的切断场合。球阀的密封性是通过阀座和阀芯之间的预紧密封力实现的，因此密封性尤为可靠。对于耐高温和耐磨性能的需求，只需要更换相应的密封面材料即可。由此可见，球阀能够适应解析气体管道系统对阀门选用的主要要求。
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