新型高爐煤氣干法除酸技術(shù)可行性研究

賈彩清，胡方方土，馬作仿

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新型高爐煤氣干法除酸技術(shù)可行性研究

賈彩清1，2，胡方方土1，2，馬作仿3

(1.重慶賽迪冶煉裝備系統(tǒng)集成工程技術(shù)研究中心有限公司，重慶401122；2.國家鋼鐵冶煉裝備系統(tǒng)集成工程技術(shù)研究中心，重慶400013；3.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶401122)

對高爐煤氣干法除塵后煤氣防腐技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，介紹了基于干式吸附塔的新型高爐煤氣全干法除酸技術(shù)，探討該技術(shù)轉(zhuǎn)為工業(yè)化應(yīng)用的可行性?；诟墒轿絼┑馁惖闲滦透郀t煤氣干法除酸技術(shù)，能夠一次性完善地解決包括TRT在內(nèi)的所有設(shè)備及用戶管網(wǎng)的腐蝕和積鹽問題，當(dāng)煤氣氯含量小于60 mg/m3時，其綜合節(jié)能增效明顯優(yōu)于濕法除酸技術(shù)，具有較好的應(yīng)用價值。

高爐煤氣；干法除塵；干法除酸

1 前言

為響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保政策要求，國內(nèi)高爐已廣泛采用高爐煤氣干法除塵工藝，但由于該工藝不能有效去除高爐煤氣中所含的HCl及其他酸性氣體，造成后續(xù)煤氣管道及其附屬設(shè)備出現(xiàn)腐蝕失效問題[1，2]，腐蝕與積鹽問題已成為高爐煤氣干法除塵技術(shù)推廣和應(yīng)用中最突出的矛盾，研究和解決高爐煤氣干法除塵氯腐蝕具有普遍意義。

2 高爐煤氣干法除塵后防腐技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 形成腐蝕的三要素及腐蝕途徑

對高爐煤氣干法除塵后煤氣管道及設(shè)備產(chǎn)生腐蝕原因進(jìn)行分析可知，形成腐蝕須有三要素：（1）煤氣中存在酸性成分；（2）煤氣中含水分；（3）煤氣溫度低于酸露點(diǎn)溫度或低于（水）露點(diǎn)溫度。當(dāng)煤氣溫度低于酸露點(diǎn)溫度時，氣態(tài)酸冷凝析出為液態(tài)酸造成酸性腐蝕；煤氣溫度低于露點(diǎn)溫度以下，氣態(tài)水分冷凝，冷凝水溶解氣態(tài)酸性介質(zhì)后形成含酸溶液造成酸性腐蝕。

2.2 煤氣氯含量

由于各鋼廠煉鐵原料和工藝上的差異，高爐煤氣中的氯含量也有所差別，表1中總結(jié)了文獻(xiàn)中報道的伴有腐蝕發(fā)生時各鋼廠高爐煤氣氯濃度實(shí)測數(shù)據(jù)。

表1 實(shí)測布袋除塵后高爐煤氣氯含量

表2 高爐煤氣腐蝕的控制方案及實(shí)施效果

可以看出，發(fā)生腐蝕時煤氣中氯含量大致在15～110 mg/m3的范圍內(nèi)，需采取除酸或特殊防腐措施以保證煤氣系統(tǒng)的安全生產(chǎn)。

2.3 防腐技術(shù)現(xiàn)狀

基于上述分析，業(yè)界涌現(xiàn)出多種控制腐蝕的技術(shù)方案，總結(jié)于表2中。

其中在減壓閥或TRT后的低壓煤氣濕法除酸(以下簡稱濕法除酸)是目前采用得最多的脫氯除酸措施。有些廠選擇全量煤氣水洗除酸(包括送熱風(fēng)爐和干燥爐的煤氣)，可以確保TRT后所有煤氣用戶的安全；而有的則僅選擇部分煤氣水洗，熱風(fēng)爐和干燥爐的煤氣不除酸，但如文獻(xiàn)所述[7]，這部分煤氣可能在管道底部或設(shè)備局部較低溫區(qū)域發(fā)生HCl冷凝，故仍然存在腐蝕熱風(fēng)爐系統(tǒng)的隱患。

3 基于干式吸附的新型高爐煤氣干法除酸技術(shù)

在吸收相近領(lǐng)域(如石化、垃圾焚燒等)氣體干法除酸技術(shù)的基礎(chǔ)上[8]，結(jié)合高爐干法除塵的特點(diǎn)，中冶賽迪開發(fā)了一種基于干式堿性吸附的高爐煤氣干法除酸工藝技術(shù)及成套設(shè)備[9,10]，其核心設(shè)備——干式除酸吸附塔布置在干法除塵之后、TRT之前，塔內(nèi)設(shè)堿性脫氯劑，煤氣中的氯離子、硫離子經(jīng)過床層時被吸附在脫氯劑上，出口凈煤氣氯含量低于5 mg/m3。

3.1 新工藝流程及技術(shù)特點(diǎn)

工藝流程示意見圖1。

與濕法除酸相比，該工藝具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）不噴水、不降溫，全干法流程除酸，可最大限度地保留采用干法除塵工藝所帶來的節(jié)能環(huán)保效益，能夠?qū)崿F(xiàn)熱風(fēng)爐、干燥爐等較高煤氣熱值用戶的能源高效利用。

圖1 新型高爐煤氣干法除酸工藝流程

（2）除酸裝置布置在布袋后、TRT前，能夠完善地一次性解決包括TRT在內(nèi)的所有設(shè)備及用戶管網(wǎng)的腐蝕和積鹽問題，此裝置之后的管網(wǎng)無需再采取其他特殊防腐措施。

（3）除酸不噴水，無廢酸水或廢堿液處置問題。

（4）煤氣經(jīng)過吸附劑床層產(chǎn)生較大的壓力降損失，約為進(jìn)氣壓力的10%，噸鐵發(fā)電量降低約7%，但得益于解決了TRT防腐問題、TRT作業(yè)率可提高5%～10%，故其綜合發(fā)電效益與濕法相當(dāng)。

（5）煤氣除酸凈化效果好，出口凈煤氣氯含量低于5 mg/m3。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益比較

為分析干、濕法全量煤氣除酸系統(tǒng)運(yùn)行中的總體經(jīng)濟(jì)收益，本文對兩種除酸系統(tǒng)情況下主要環(huán)節(jié)收入與運(yùn)行支出進(jìn)行了全面對比計(jì)算，確定綜合收益。

3.2.1發(fā)電收入比較

干法除酸后煤氣壓損增加10%、發(fā)電作業(yè)率平均增加8%(僅扣除正常年檢停產(chǎn)時間)。發(fā)電收入比較見表3。

表3 平均發(fā)電效益比較

3.2.2熱風(fēng)爐用戶節(jié)焦收益比較

干法除塵后的煤氣經(jīng)發(fā)電膨脹自然降溫，若經(jīng)過濕法除酸再供熱風(fēng)爐，煤氣含濕量將達(dá)到飽和、機(jī)械含水量增加至7 g/m3，類似濕法除塵，熱值損失約200～290 kJ；若采用干法除酸，則可保留干法除塵后煤氣高熱值特性，對應(yīng)熱風(fēng)爐風(fēng)溫可提高50℃以上、節(jié)約焦炭4 kg/tFe以上。焦炭價格按照1500元/t估算，則采用干法除酸后可帶來6元/tFe的節(jié)焦增益。

3.2.3干、濕法除酸運(yùn)行費(fèi)用比較

（1）干法除酸系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用

干法除酸系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用即吸附劑消耗費(fèi)用，此費(fèi)用與吸附劑消耗量及單價相關(guān)，而消耗量與煤氣溫度及所需脫除的氯量密切相關(guān)：煤氣溫度越高，單位吸附劑的吸附能力越大(用氯容量表征)，可減少脫氯劑消耗量，降低運(yùn)行費(fèi)用；脫氯量越大，脫氯劑耗量越大，運(yùn)行費(fèi)用增加。

若按煤氣溫度150℃，煤氣含氯量40 mg/m3，噸鐵煤氣產(chǎn)氣量1500 m3/tFe的工況考慮，脫氯劑氯容可達(dá)20%，則脫氯劑消耗量為300 g/tFe。目前，按脫氯劑市場價1.2萬元/t，則上述工況下，干法除酸系統(tǒng)的運(yùn)行成本約為3.6元/tFe。

（2）濕法除酸系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用

濕法除酸裝置的運(yùn)行費(fèi)用主要由水耗、電耗及堿液成本構(gòu)成，受煤氣溫度和煤氣含氯量的影響較小，計(jì)算時可認(rèn)為是定值。

據(jù)文獻(xiàn)報道[17]，處理能力為20萬m3/h的濕法除酸系統(tǒng)，系統(tǒng)電耗約為60 kW·h，若電價按0.5元/kW·h計(jì)，則電費(fèi)成本約為1.5×10-4元/m3；新水耗量約0.1 L/m3（水氣比），若新水單價按2.8元/m3計(jì)，則新水成本約2.8×10-4元/m3；循環(huán)水耗量約0.5 L/m3（水氣比），若單價按0.3元/m3計(jì)，則循環(huán)水成本約1.5×10-4元/m3；堿性試劑（NaOH）耗量約為0.32 g/m3（按堿液量0.32 t/h、含NaOH 20%折算），若NaOH試劑按市場價1800元/t計(jì)，則堿性試劑成本約為5.76×10-4元/m3。

綜上，濕法除酸系統(tǒng)運(yùn)行總成本約為1.156× 10-3元/m3，按噸鐵煤氣產(chǎn)氣量1500 m3/tFe考慮，折合噸Fe的全成本為1.73元/tFe。

（3）干、濕法除酸運(yùn)費(fèi)比較

由上述計(jì)算結(jié)果可知，在給定工況條件下的運(yùn)行費(fèi)用，干法較濕法高1.87元/tFe，約為濕法費(fèi)用的2倍。

3.2.4干法除酸綜合增益

在上述工況條件下，與濕法除酸相比，干法除酸的發(fā)電增益約為0.33元/tFe、熱風(fēng)爐結(jié)焦增益約為6元/tFe、運(yùn)行費(fèi)用增加約1.87元/tFe，綜合增益m計(jì)算如下：

若煤氣氯含量為60 mg/m3，干法除酸運(yùn)行費(fèi)增加至5.4元/tFe，相應(yīng)的綜合增益降低至2.66元/t Fe，以此類推，當(dāng)氯含量小于90 mg/m3時，干法除酸效益均優(yōu)于濕法除酸；而當(dāng)氯含量大于90 mg/m3時，由于脫氯劑使用量較大，干法除酸的效益將低于濕法除酸。

4 總結(jié)

基于干式吸附劑的賽迪新型高爐煤氣干法除酸技術(shù)，能夠一次性完善地解決包括TRT在內(nèi)的所有設(shè)備及用戶管網(wǎng)的腐蝕和積鹽問題，當(dāng)煤氣氯含量小于60 mg/m3時，其綜合節(jié)能增效明顯優(yōu)于濕法除酸技術(shù)，具有較好的應(yīng)用價值。

目前此項(xiàng)技術(shù)已基本完成技術(shù)開發(fā)工作，為降低工業(yè)化應(yīng)用風(fēng)險，擬聯(lián)合鋼廠進(jìn)行工業(yè)化樣機(jī)試驗(yàn)，驗(yàn)證新系統(tǒng)的可靠性。

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圖1 斷路器操動機(jī)構(gòu)圖

圖2 機(jī)構(gòu)行程測量調(diào)整圖

A相：16滋Ω；B相：19滋Ω；C相：17滋Ω。符合要求，耐壓試驗(yàn)也正常，可以投入運(yùn)行。

4 結(jié)語

高壓開關(guān)組裝涉及到機(jī)械及電氣技術(shù)，一般情況企業(yè)內(nèi)的開關(guān)故障均發(fā)回廠家修理；經(jīng)過我們探索，利用“一測一調(diào)”法，能夠準(zhǔn)確有效地分析開關(guān)組裝存在的問題，能解決一般開關(guān)的組裝問題，提高高壓開關(guān)修理的效率和正確率，在當(dāng)前鋼鐵行業(yè)持續(xù)低迷的情況下，開關(guān)組裝的成功在電氣設(shè)備降本增效方面具有重要的意義。

收稿日期：2014－07－14

作者簡介：邱勇仁（1981－），男，2005年畢業(yè)于江西理工大學(xué)自動化專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事高壓供配電設(shè)備的檢修維護(hù)工作。

The Feasibility of a New Dry Acid Removal Method for Blast Furnace Gas

JIA Caiqing1，2，HU Kun1，2，MA Zuofang3
（1.CISDI Chongqing Smelting Equipment Co.,Chongqing 401122;2.National Ironmaking&Steelmaking Equipment Center,Chongqing 400013;3.CISDI Engineering Technology Co.,Ltd.,Chongqing 401122,China)

The anticorrosion technologies for blast furnace gas after dry dust removal operation are summarized and the new full-dry acid removal technology based on dry absorption tower is introduced,of which the feasibility for industrial application is discussed.CISDI’s new-type dry acid removal technology based on dry absorber can perfectly solve the problem of corrosion and salification in all kinds of equipment and user pipe networks including TRT.When chlorine content in gas is less then 60 mg/m3,the overall effect of energy saving and efficiency improvement of the method is significantly better than that of wet acid removal method,proving good application value.

Blast furnace gas;dry dust removal;dry acid removal

TF547

B

1006-6764(2014)10-0017-04

2014－05－21

賈彩清（1977-），女，碩士學(xué)歷，高級工程師，現(xiàn)主要從事冶金煤氣除塵研究、設(shè)計(jì)工作。