安鋼高爐煤氣干法除塵及TRT系統(tǒng)設(shè)計*

宋文強(qiáng) 韓廣懿 祁玲 劉業(yè)(安陽鋼鐵股份有限公司)

安鋼高爐煤氣干法除塵及TRT系統(tǒng)設(shè)計*

宋文強(qiáng) 韓廣懿 祁玲 劉業(yè)(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了高爐煤氣干法除塵模式特點(diǎn)及安鋼新建3號干法除塵高爐煤氣凈化及TRT工藝布置形式、特點(diǎn)，分析了干法除塵煤氣因高溫、高腐蝕性影響對后部設(shè)備產(chǎn)生的影響，提出了相應(yīng)的解決辦法。

干法除塵 氯離子腐蝕 噴淋降溫塔

0 前言

高爐煤氣除塵工藝有干法除塵與濕法除塵之分。國內(nèi)早期投產(chǎn)的大型高爐煤氣除塵工藝基本采用濕法除塵方式。由于濕法除塵工藝會損失部分煤氣余壓及余熱能量，并且污環(huán)水處理，系統(tǒng)能耗高，煤氣洗滌用污環(huán)水處理困難，小微粒會在污環(huán)水處理系統(tǒng)中循環(huán)、富集，最終外排造成環(huán)境二次污染，因此該工藝并不是最佳除塵方案。干法除塵與濕法相比的優(yōu)點(diǎn)是不僅能充分利用高爐煤氣的壓力能，而且還充分利用煤氣顯熱，使TRT裝置能夠回收的能量大大增加。近年來隨著布袋技術(shù)的完善，解決了布袋在爐頂溫度100℃～300℃之間易損壞的問題，使干法除塵成為各大鋼廠高爐煤氣除塵模式的首選。每一種除塵模式即有它的優(yōu)點(diǎn)也有其自身不足，干法除塵后的煤氣因呈高溫及高腐蝕性，會對后部管網(wǎng)及用戶運(yùn)行帶來了很多新的問題。目前各大鋼廠都紛紛采取措施應(yīng)對干法除塵帶來的新的問題，安鋼新建3號干法除塵高爐在設(shè)計之初就針對這些問題采取了改進(jìn)措施，使干法除塵優(yōu)點(diǎn)得以充分體現(xiàn)。

1 安鋼3號高爐煤氣干法除塵凈化系統(tǒng)工藝簡介

傳統(tǒng)的高爐煤氣除塵后管道布置形式通常為先經(jīng)過噴淋降溫塔除氯后才外供熱風(fēng)爐及鍋爐使用，這種布置形式不能充分利用煤氣的熱量，造成熱能的浪費(fèi)。安鋼在工藝布置中，充分考慮到通過TRT后的煤氣溫度在100℃左右，冷凝水較少，不會對熱風(fēng)爐及鍋爐用戶管道造成腐蝕，因而大膽采用了以下工藝:即高爐煤氣經(jīng)過重力旋風(fēng)除塵、布袋精除塵后，通過TRT發(fā)電或減壓閥組降溫降壓，高溫高壓煤氣做功后大部分直接送往熱風(fēng)爐和鍋爐使用，其余的煤氣通過噴淋降溫塔，降溫除氯后進(jìn)入外管網(wǎng)，且從布袋除塵到TRT入口處管道全部采取保溫措施。相關(guān)工藝流程如圖1所示。

圖1 安鋼干法除塵煤氣凈化系統(tǒng)工藝流程

2 安鋼3號高爐煤氣干法除塵及TRT系統(tǒng)工藝技術(shù)特點(diǎn)

2.1 干法除塵煤氣凈化系統(tǒng)

2.1.1 補(bǔ)償器的選擇

因干法除塵煤氣中含有大量氯離子，氯離子遇煤氣冷凝水后具有較強(qiáng)腐蝕性，對后部管網(wǎng)尤其是補(bǔ)償器造成腐蝕性破壞。所以補(bǔ)償器的選用在干法除塵中高爐煤氣輸送中顯得尤為關(guān)鍵，很多鋼鐵企業(yè)因補(bǔ)償器材質(zhì)的選擇不適，約1年～3年腐蝕嚴(yán)重需全部停產(chǎn)更換，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。安鋼6號高爐補(bǔ)償器安裝較早，材質(zhì)耐腐蝕程度較低，現(xiàn)已腐蝕嚴(yán)重。因補(bǔ)償器材質(zhì)特性，補(bǔ)救措施也很少，主管道的停氣更換不宜，煤氣泄漏嚴(yán)重。安鋼新建高爐波紋管補(bǔ)償器選用雙層特殊材質(zhì)，煤氣側(cè)材質(zhì)為254SMo，厚度0.8 mm，非煤氣側(cè)材質(zhì)為 316 L，厚度1.0 mm。有廠家制造的波紋管補(bǔ)償器呈6層～7層且多層為316 L，從腐蝕角度考慮，氯離子對316 L腐蝕比較嚴(yán)重，多層抗腐蝕能力也有限，一旦開始出現(xiàn)腐蝕趨勢，很快多層316 L也會很快被腐蝕穿透，建議316 L只要一層即可。補(bǔ)償器易腐蝕點(diǎn)在補(bǔ)償器與管道搭接口，故為加強(qiáng)耐腐蝕能力，采用特殊的254SMo焊條，可有效增強(qiáng)耐腐蝕能力。同樣TRT進(jìn)出口插板閥帶補(bǔ)償器也需要用254SMo材質(zhì)或825系列耐腐蝕材質(zhì)。

2.1.2 氯離子處理方法

對于氯離子腐蝕的處理，可采取兩種方法:第一種方法是從源頭進(jìn)行控制，即在燒結(jié)礦中添加低氯燒結(jié)注劑代替CaCl2溶液，此方法下氯離子含量較小，可簡單的在TRT出口管道設(shè)置二組環(huán)管噴霧裝置，用于降低煤氣溫度。因?yàn)橹皇羌兘禍卦O(shè)施，水量可設(shè)置較小，30萬 m3/h煤氣量一般30 m3/h～50 m3/h即可，出口溫度可控制在50℃～60℃左右。第二種方法是在TRT出口管道后部設(shè)置煤氣噴淋降溫塔及附屬加藥裝置，可同時減小煤氣中氯離子含量及降低煤氣溫度。

除去熱風(fēng)爐和鍋爐用氣，剩余煤氣輸送管道前，通過單獨(dú)設(shè)立的煤氣噴淋凈化塔，采取加30%液堿去氯離子形式，也可人工根據(jù)在線PH檢測值添加堿片，通壓縮空氣及蒸汽攪拌，合格后通過加藥泵輸送至噴淋塔，投資成本低，但堿用量及濃度工藝控制較困難。安鋼3號高爐煤氣凈化系統(tǒng)正常處理煤氣量約10萬m3/h，最大量30萬m3/h，噴淋循環(huán)水200 m3/h，冷熱水池各一個，分別對應(yīng)三組泵組。冷卻塔設(shè)置一用一備，通過對遷鋼、邯鋼等單位考察，循環(huán)水冷卻后溫度在42℃～44℃左右，煤氣溫降約13℃，冷卻塔基本不需啟用。但各公司煤氣溫度有所差異，故建議上一座冷卻塔，無需備用，以節(jié)省投資。

2.1.3 噴淋降溫塔用噴嘴及加藥裝置的選擇

噴嘴的選型對于噴淋降溫塔的降溫除氯效果影響很大，首先材質(zhì)需具備耐氯離子腐蝕能力，其次噴嘴布置形式及角度需交叉覆蓋噴淋塔筒體徑向全部區(qū)域，保證所有通過煤氣均和噴淋水完全接觸。安鋼噴淋降溫塔噴嘴形式采用哈斯合金下螺旋噴嘴，噴霧角度120°，噴霧軸線與噴霧入口方向成直角。噴嘴共計36個，分三層布置，工作壓力0.35 MPa～0.4 MPa，采用 BSPT外螺紋連接。因噴嘴口徑較小，且濁環(huán)水中含有Cl－、SO2－4等離子和少量灰塵，煤氣噴淋塔噴頭及管道積鹽較多，根據(jù)各企業(yè)煤氣品質(zhì)不同，約3個～6個月需拆卸噴槍末端處法蘭抽出后，拆卸噴頭定期清洗。噴淋塔設(shè)置在外供煤氣主管網(wǎng)上，建議為避免影響高爐煤氣外供，噴淋塔前后設(shè)置可靠切斷閥，并設(shè)置旁通管路，雙切斷噴淋塔來源氣后停氣檢修。

煤氣噴淋塔是通過卸堿泵把藥劑輸送至酸堿罐，再通過計量泵打入噴淋塔內(nèi)，因安鋼水質(zhì)的不確定性，故設(shè)置兩個酸堿罐，一個加酸，一個加堿。另由于場地限制，容積只能設(shè)為6 m3，使用時工作強(qiáng)度較大，一周就需重新加藥。建議酸堿罐無論加何種藥劑，都設(shè)置兩個，且容積一般不小于10 m3，若加藥劑為鹽酸，加藥間還需設(shè)置酸霧收集器。

2.2 干法TRT系統(tǒng)

2.2.1 大容積TRT的應(yīng)用

安鋼3號高爐配套陜鼓全干式TRT為兩級靜葉可調(diào)，透平入口煤氣流量635000 Nm3/h，透平設(shè)計輸出功率最大點(diǎn)30600 kW，實(shí)際輸出功率21400 kW，配套30000 kW發(fā)電機(jī)組，入口煤氣溫度150℃，設(shè)計按進(jìn)氣壓力0.30 MPa，溫度按300℃設(shè)計制造。

TRT容積較大，在國內(nèi)屬大容積系列，故現(xiàn)有制造工藝受到限制，所以采用C02氣體保護(hù)焊Q390C焊接工藝機(jī)殼。隨著焊接工藝的提升，焊接機(jī)殼焊接點(diǎn)安全性越來越高，相比鑄造機(jī)殼的嚴(yán)密性優(yōu)點(diǎn)來說，焊接機(jī)殼重量輕、投資小等優(yōu)點(diǎn)，其性價比越來越被大型機(jī)組選型時所接受。

2.2.2 TRT葉片積鹽問題的處理

干式TRT因除塵效果較好，一般煤氣含塵量能控制在2 mg/m3～3 mg/m3，故靜葉不易積灰，但隨著長期的運(yùn)行，葉片會積大量鹽分，通常一級靜葉及動葉迎風(fēng)面積鹽較少，主要積鹽在二級靜葉和動葉背風(fēng)面，積鹽較松散固結(jié)在上述位置，較易去除。處理措施可以在二級靜葉及動葉背風(fēng)面加裝水管道及噴頭或在快切閥后設(shè)置阻垢劑加藥裝置，平均1個～2個月用加裝的水管道沖洗一次，沖洗時電動邊盤車邊沖洗。阻垢劑加藥裝置入管道接點(diǎn)必須設(shè)置在快切閥后，若設(shè)置在快切閥前將影響快切閥的快切功能。在快切閥后端管道的正上方6 m～10 m處開孔，將DN15不銹鋼管口砸扁為開口寬度為1 mm的扁平狀即可;扁平噴藥口從加藥點(diǎn)的開孔處伸入管道中，進(jìn)入長度為主煤氣管道直徑的1/6，并保持與煤氣流動方向垂直。一般認(rèn)為加藥處理后，葉片還會有少量積鹽。此種情況可在TRT入口處改造對管道內(nèi)加噴蒸汽和水，噴水時關(guān)閉TRT入口蝶閥，使TRT電動運(yùn)行，利用煤氣流速帶走沖洗掉的積鹽。采取上述措施一般可除去大部分積鹽，使TRT運(yùn)行更加穩(wěn)定。

2.2.3 TRT 冷凝水的處理

對于TRT入口排水設(shè)施，因煤氣溫度較高，一般無積水，但TRT長期檢修或停運(yùn)時，管道中仍會積大量冷凝水，在TRT入口處建議設(shè)置高壓冷凝水排水器，且水封伴熱管需穿出水封外，防止高壓煤氣回串蒸汽管網(wǎng)，也可直接設(shè)置二道閥門形式的簡易排水管，先開啟上部閥門，待排水管滿后，關(guān)閉上部閥門，同時開啟下部閥門，采取此方法時需注意高壓煤氣的泄漏安全問題。

2.2.4 TRT煤氣含塵量檢測及大型閥門系統(tǒng)的選擇

煤氣含塵量檢測分為自動在線檢測系統(tǒng)及手工取樣檢測，因國內(nèi)檢測設(shè)備的技術(shù)限制及檢測環(huán)境的惡劣，大多出現(xiàn)測量值不準(zhǔn)確問題，故建議不設(shè)置在線檢測系統(tǒng)，而采用手工棉球取樣稱重法測量。

TRT入口啟動閥一般都選用電動運(yùn)行，很多企業(yè)的啟動閥在TRT啟動時調(diào)節(jié)前壓不靈敏，不利于啟機(jī)，建議選用液動驅(qū)動方式。因干法除塵煤氣溫度較高，TRT機(jī)組頂部放散閥門長時間運(yùn)行后出現(xiàn)閥門損壞現(xiàn)象，建議選用耐高溫鑄鋼閥門，且要求達(dá)到1.6 MPa以上壓力等級。

3 效果分析

1)安鋼采用特有的干法除塵煤氣凈化系統(tǒng)工藝布置形式，這種布置形式一是可以充分利用高溫煤氣熱量，節(jié)省熱風(fēng)爐及鍋爐燃料，減少對熱能的浪費(fèi);二是減少了后部煤氣凈化量，減小了后部噴淋塔本體設(shè)計規(guī)模及水泵房泵組、冷卻塔、加藥罐等輔助設(shè)備的投資。

2)通過對補(bǔ)償器合理選擇，可有效增強(qiáng)補(bǔ)償器耐氯離子腐蝕能力，多層的不銹鋼及護(hù)套結(jié)構(gòu)，可延長補(bǔ)償器使用壽命。噴嘴的合理選擇，可有效增強(qiáng)噴淋塔凈化煤氣能力，充分保障煤氣管網(wǎng)的運(yùn)行安全。耐氯離子的哈斯合金下螺旋噴嘴的應(yīng)用，大大減少了噴嘴腐蝕后對煤氣品質(zhì)的影響，使水能夠在設(shè)計要求的120°內(nèi)完全覆蓋筒體斷面，有效保證了噴淋塔過流斷面的煤氣完全逆向和噴淋水接觸，達(dá)到用戶對煤氣品質(zhì)的要求。

3)通過對TRT系統(tǒng)加藥及改造管路沖洗系統(tǒng)，有效減小了TRT葉片積鹽，使TRT運(yùn)行更加穩(wěn)定。但TRT投加的藥劑為陜鼓專供藥劑，且價格較貴，以本高爐大小為例，理論計算月消耗約為4 t/月，年投加藥劑費(fèi)用很高。是否采用投加藥劑方法除去葉片積鹽，還需根據(jù)各企業(yè)煤氣品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)情況而定。

4 結(jié)語

干法除塵煤氣溫度較高，且煤氣中含有大量氯離子，對除塵后部管道及設(shè)備有很大的腐蝕作用，且長期運(yùn)行后會使TRT透平機(jī)組靜葉產(chǎn)生積鹽等問題。安鋼在新建3號高爐時，在設(shè)計、施工過程中針對干法高爐煤氣易出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析研究，采取了很多合理的工藝優(yōu)化及設(shè)備選型方案，對高爐后部煤氣管網(wǎng)及用戶的穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。

［1］謝全安，田慶來，楊慶彬，等.煤氣安全防護(hù)技術(shù).化工:化學(xué)工業(yè)出版社，2007:188－189.

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