高爐沖渣水換熱材質(zhì)選取分析

魏亞志,周紀(jì)帥

引言

高爐沖渣水作為一種低溫廢熱源，高爐爐渣帶走的熱量約占高爐總熱耗的16%左右，具有溫度高(70～90℃)、流量大的特點(diǎn)。高爐沖渣水水質(zhì)差，水中含有纖維狀的細(xì)小懸浮物，主要成分為SiO2、CaO、Al2O3、MgO以及少量的Fe2O3；高爐沖渣水中含有大量的SO42-、C1-等成分，一般呈弱堿性，對(duì)普通鋼材存在腐蝕性，并且高爐沖渣硬度很大，易結(jié)垢。

目前，高爐高爐沖渣水余熱回收利用主要用于供熱、生活熱水。高爐沖渣水對(duì)金屬換熱器會(huì)產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢，另外纖維狀的懸浮物會(huì)在換熱器的進(jìn)出口、傳熱元件間淤積，堵塞換熱流道。換熱器作為高爐沖渣水提取熱量的關(guān)鍵部件，選取何種材質(zhì)的換熱元件對(duì)高效換熱至關(guān)重要。

1　高爐沖渣水換熱材質(zhì)選取實(shí)驗(yàn)

針對(duì)高爐沖渣水對(duì)不同金屬材質(zhì)的腐蝕性、結(jié)垢性，本文通過現(xiàn)場(chǎng)掛片實(shí)驗(yàn)方式對(duì)不同金屬材質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選取適合沖渣水換熱的金屬材質(zhì)。

1.1　試驗(yàn)材料與方法

1.1.1試驗(yàn)地點(diǎn)

某鋼廠8#高爐現(xiàn)場(chǎng)，8#高爐的爐容為2250 m3，沖渣水采用冷因巴法。分別選取8#高爐沖渣循環(huán)水的冷卻塔和沖渣水水池處，作為掛片放置地點(diǎn)。

1.1.2試驗(yàn)掛片材料

材質(zhì)分別為20#碳鋼、A3碳鋼、黃銅、紫銅、不銹鋼304、不銹鋼316L、不銹鋼2205、鈦，掛片尺寸為35mm×35mm×2mm。

1.1.3試驗(yàn)方法

將掛片依次串聯(lián)在繩子上，淹沒在冷卻塔的冷卻池、沖渣水池中。

分別在第30天、60天從沖渣水中取出20#碳鋼、A3碳鋼、黃銅、紫銅、不銹鋼304、不銹鋼316L、不銹鋼2205、鈦掛片進(jìn)行觀察，90天時(shí)將掛片取出進(jìn)行掛片測(cè)試分析。

1.2　試驗(yàn)評(píng)價(jià)特性掛片腐蝕特性

金屬腐蝕的現(xiàn)象與腐蝕機(jī)理比較復(fù)雜，一般可將金屬腐蝕的影響分為：常溫腐蝕和高溫腐蝕；大氣腐蝕、海水腐蝕、淡水腐蝕、土壤腐蝕和生物腐蝕；全面腐蝕和局部腐蝕。

由于技術(shù)條件限制，本課題評(píng)價(jià)掛片試驗(yàn)腐蝕特性采用表觀檢查的方式，通過對(duì)掛片表面的顏色與形態(tài)、腐蝕介質(zhì)的變化進(jìn)行觀察并判斷腐蝕類型。根據(jù)Champion F A[1]提出的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比分析試驗(yàn)掛片表觀定性的對(duì)腐蝕特性做出評(píng)價(jià)。

1.3　掛片結(jié)垢特性

根據(jù)結(jié)垢層沉積的機(jī)理，可將污垢分為顆粒污垢、結(jié)晶污垢、化學(xué)反應(yīng)污垢、腐蝕污垢、生物污垢和凝固污垢。通常的污垢形成過程，可能是幾種污垢機(jī)理同時(shí)作用的結(jié)果，即混合污垢，操作條件不同，其形成過程也會(huì)有差異。

1.4　水質(zhì)分析

本文對(duì)某鋼廠7#、8#高爐沖渣水進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，水質(zhì)結(jié)果分析如表1。

表1　高爐沖渣水質(zhì)分析表

通過分析結(jié)果可見，高爐沖渣水pH為7左右，略呈堿性；硬度較高，氯離子、硫酸根離子較高，對(duì)于金屬材質(zhì)具有一定的腐蝕性和結(jié)垢性。

2　試驗(yàn)結(jié)果分析

由于高爐沖渣水中含有大量的鹽離子，如SO42-、C1-，金屬掛片會(huì)在高爐沖渣水中發(fā)生電化學(xué)腐蝕或局部腐蝕，甚至全面腐蝕。高爐沖渣水進(jìn)入換熱器前經(jīng)過過濾裝置的處理，因此高爐沖渣水系統(tǒng)中主要有析晶垢和腐蝕垢，主要化學(xué)成分為碳酸鈣垢、硫酸鈣垢和硅酸鹽垢等。不同金屬材質(zhì)對(duì)于高爐沖渣水的適用性，可通過腐蝕特性、結(jié)垢特性進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選，見表2。

表2　掛片試驗(yàn)分析表

碳鋼掛片在高爐沖渣水中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，表面腐蝕，表面被鐵銹覆蓋形成腐蝕污垢，不能作為換熱器的換熱材質(zhì)。

白銅、黃銅材質(zhì)掛片表面存在一定腐蝕形成氧化層，阻止了進(jìn)一步的腐蝕，并且顆粒、析晶在表面形成了一定污垢，不適合作為換熱器的換熱材質(zhì)。

不銹鋼 304L、316L、2205、鈦基本不腐蝕（裸眼看不出），同時(shí)形成一定污垢，可以作為換熱器換熱材質(zhì)。污垢形成主要為析晶污垢和顆粒污垢，沖渣水溫度的變化使得溶解的無機(jī)鹽在換熱器表面形成結(jié)晶體，同時(shí)和懸浮在沖渣水中的渣棉纖維協(xié)同在換熱表面積聚。

3　結(jié)論

高爐沖渣水水質(zhì)對(duì)金屬換熱器有一定的腐蝕性，沖渣水的硬度較大，水中的碳酸鹽、硅酸鹽會(huì)以析晶垢形式附著在換熱器表面，纖維狀懸浮物會(huì)以沉降的形式堆積在換熱器表面形成沉淀污垢。

由于鈦合金較不銹鋼價(jià)格較高，綜合考慮選用不銹鋼作為換熱器換熱材質(zhì)。不銹鋼選取需要根據(jù)不同高爐沖渣水特性、不銹鋼不同型號(hào)的耐磨度等特性綜合選擇，換熱器換熱材質(zhì)表面可以采取納米涂層等技術(shù)，避免換熱器表面結(jié)垢。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]Champion F A.Corrosion testing procedure[M].2nded.London:Chapman and hall,1964.