高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)除鹽研究

蓋東興，周 全，胡建亮，祝建國，黃永紅

（中冶南方工程技術(shù)有限公司技術(shù)研究院，湖北武漢 430223）

1 引言

高爐煤氣干法除塵及余壓透平發(fā)電（TRT）系統(tǒng)是現(xiàn)代大型高爐必備的能源回收系統(tǒng)，一般可回收高爐鼓風(fēng)機(jī)所需電能的40%～50%，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。高爐煤氣干法除塵具有除塵效率高、節(jié)水、節(jié)電等優(yōu)點(diǎn)，且充分保留了高爐煤氣所具有的壓力能和熱能從而提高了TRT的發(fā)電量，但是高爐煤氣干法煤氣除塵技術(shù)無法將煤氣中易晶結(jié)垢的酸性氣體除掉，在高爐煤氣管路尤其是TRT透平機(jī)內(nèi)積鹽（主要是透平機(jī)二級葉片和排氣蝸殼內(nèi)積鹽嚴(yán)重，最厚可達(dá)50～60m m），透平機(jī)轉(zhuǎn)子上積鹽會引起機(jī)組振動，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，所以必須定期的人工除垢，基本上每一到兩個月就需打開透平機(jī)清理一次，不僅增加的機(jī)組維護(hù)工作量，還浪費(fèi)了大量的高爐煤氣余壓能，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1，2]。因此，如何有效地防止和控制TRT透平機(jī)積鹽問題，是高爐煤氣干法除塵及余壓透平發(fā)電系統(tǒng)所面臨的重要課題。

目前，從高爐煉鐵產(chǎn)生的副產(chǎn)煤氣中大多都含有氯離子。高爐煤氣中的飽和水蒸汽隨著煤氣溫度的降低而逐漸析出，則氯離子易溶于水中，因此，高爐煤氣冷凝水中的氯離子含量較高，其溶液呈較強(qiáng)的酸性，故對煤氣管道和附件造成嚴(yán)重腐蝕，腐蝕部位一般集中于管道的下部、管道焊縫、管道補(bǔ)償器、管道排水器等部位，其腐蝕速度較快，破壞了高爐煤氣管網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)前，企業(yè)為解決高爐煤氣冷凝水中的氯離子對煤氣管道和附件產(chǎn)生的腐蝕，采取了高爐煤氣管道內(nèi)部噴涂防氯離子腐蝕的涂料以及管道補(bǔ)償器采取選用抗氯離子腐蝕的材料等，由于防腐涂料宜脫落及管道補(bǔ)償器的波紋管采用254或825的材質(zhì)的資金投入較大，則收效不理想[3，4]。

2 高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)除鹽機(jī)理

隨著高爐富氧噴煤技術(shù)、燒結(jié)礦噴灑CaCl2溶液等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致高爐煤氣中酸性氣體含量升高，隨著高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，煤氣中的酸性氣體無法排除而導(dǎo)致煤氣管道及其附屬設(shè)備產(chǎn)生腐蝕、結(jié)鹽等問題。

由于高爐煤氣在透平機(jī)內(nèi)膨脹做功而溫度不斷降低，煤氣中的酸性氣體容易在此產(chǎn)生大量積鹽，經(jīng)分析知其主要成分是N H4C l晶體[5]。積鹽的原理是：在煤氣進(jìn)入透平機(jī)膨脹做功后，溫度會逐漸降低，當(dāng)?shù)陀谒穆饵c(diǎn)時就有凝結(jié)水形成，此時煤氣中的一些復(fù)雜成分如N H4C l等在透平排氣溫度低于其化合產(chǎn)物露點(diǎn)(約80～90℃)以下遇水及粉塵時，會以固體形態(tài)析出并附著在透平的動靜葉片和機(jī)殼內(nèi)壁上，日積月累就形成堅(jiān)固的垢層。在機(jī)組運(yùn)行過程中隨著垢層的不斷集結(jié)和局部脫落，透平轉(zhuǎn)子動平衡破壞，引起振動超標(biāo)而報(bào)警停機(jī)，只能打開透平機(jī)清洗積鹽，在增加工作量的同時也浪費(fèi)了大量的高爐煤氣壓力能。

氯化銨在加熱到100℃時顯著揮發(fā)，337.8℃離解成氨氣和氯化氫，遇冷后又重新化合生成顆粒極小的氯化銨而呈白色濃煙，不易下沉，也極不易再溶于水，加熱至350℃升華，沸點(diǎn)520℃。粉狀氯化銨極易吸潮結(jié)塊。

3 高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)除鹽系統(tǒng)

高爐1產(chǎn)生的煤氣首先經(jīng)過重力除塵器2（或旋風(fēng)除塵器）粗除塵和布袋除塵器3精除塵，透平機(jī)5出口的部分凈煤氣在燃燒器7中燃燒放熱，通過換熱器8加熱透平機(jī)入口的高爐煤氣，高溫高壓的高爐煤氣通過透平機(jī)5帶動發(fā)電機(jī)6將壓力能轉(zhuǎn)換成電能；空氣預(yù)熱器9的作用是提高燃燒器7的熱效率；在透平發(fā)電系統(tǒng)檢修或出現(xiàn)故障時，凈煤氣通過減壓閥組4使煤氣壓力降到合適的水平，然后送入煤氣管網(wǎng)[6]。

通過調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒器7的煤氣量控制透平機(jī)5入口的煤氣溫度。透平機(jī)入口的煤氣溫度應(yīng)該始終高于150℃，出口煤氣溫度在90℃左右，即可保證透平機(jī)內(nèi)不會積鹽[6]。

圖1 防結(jié)鹽高爐煤氣干法TRT系統(tǒng)示意圖

圖2 煤氣洗滌塔示意圖

來自透平機(jī)或者減壓閥組的高爐煤氣通過煤氣進(jìn)口管道進(jìn)入洗滌塔的導(dǎo)流管，在洗滌塔的導(dǎo)流管上方設(shè)置有多層噴嘴，其噴霧水帶走煤氣中氯離子，含有氯離子的水從洗滌塔底部的水封排水器排出，煤氣經(jīng)過導(dǎo)流管進(jìn)入水滴捕集層脫除機(jī)械水后，由洗滌塔的出口管道引出。也可用加有N a O H堿液作為噴灑水，能更有效脫除煤氣中腐蝕性較強(qiáng)的氯離子[7]。

4總結(jié)

本文討論了一種通過提高高爐煤氣溫度來防止酸性氣體在TRT透平機(jī)內(nèi)結(jié)鹽的方法，并在TRT系統(tǒng)之后通過洗凈塔將高爐煤氣中的腐蝕性鹽除掉，其優(yōu)點(diǎn)是：①減少透平機(jī)內(nèi)結(jié)鹽而造成事故；②提高了TRT系統(tǒng)的發(fā)電量；③通過洗凈塔出去酸性鹽，減少煤氣管網(wǎng)及煤氣柜受腐蝕。

[1]蘇峰，唐效國.干法除塵高爐煤氣酸性腐蝕防控技術(shù)在萊鋼的應(yīng)用及探索[J].冶金動力，2010，17(1):20-24.

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[3]杜慶平，王須革.提高高爐TRT發(fā)電量促進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排[C].國能源環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)會議論文集，2010，224-227.

[4]劉鷗.高爐提高TRT發(fā)電量方法淺談[J].節(jié)能，2011，17(2):60-61.

[5]樊波，張春霞，徐海川.煤氣干法除塵技術(shù)在大型高爐的應(yīng)用及節(jié)能分析[J].冶金能源，2009，28(1):10-13,17.

[6]蓋東興，黃永紅，葉理德，王虹，胡建亮.高爐煤氣余壓透平發(fā)電系統(tǒng)[P].專利號：201120359665.3，2012-06-13授權(quán).

[7]祝建國，田國慶，夏朝暉.煤氣洗滌塔[P].專利號：201020666004.0，2011-08-31授權(quán).