高爐煤氣系統(tǒng)腐蝕分析及噴淋洗滌系統(tǒng)應(yīng)用

勞廣兵

（中冶華天南京工程技術(shù)有限公司，江蘇南京 210019）

引言

高爐冶煉過程中除了生產(chǎn)鐵水之外，還會生成副產(chǎn)物高爐煤氣。高爐煤氣是一種可燃性氣體，可作為鋼鐵企業(yè)的自用燃氣，用于高爐熱風(fēng)爐、軋鋼加熱爐、自備電廠等。高爐煤氣含塵量非常大，需要先經(jīng)過重力除塵器脫除其中的大顆?；覊m，重力除塵器后的高爐半凈煤氣含塵量仍可達到10 g/m3，還需要經(jīng)過進一步除塵后方可利用。高爐煤氣精除塵工藝包括干法除塵和濕法除塵兩類，干法布袋除塵工藝相對于濕法除塵工藝可以節(jié)約大量水，并且由于阻力損失小，可以更充分地利用煤氣儲存的壓力能推動透平做功發(fā)電，干法除塵技術(shù)已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)的濕法除塵技術(shù)，成為國內(nèi)高爐煤氣除塵技術(shù)的首選。但是在高爐煤氣干法除塵技術(shù)的推廣過程中，發(fā)現(xiàn)煤氣系統(tǒng)的腐蝕問題日益突出。

1 高爐煤氣系統(tǒng)腐蝕的危害及原因

國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)均對高爐煤氣系統(tǒng)的腐蝕進行了報道。寶鋼1#高爐大修將高爐煤氣濕法除塵工藝改為干法布袋除塵，并根據(jù)以往的經(jīng)驗對煤氣系統(tǒng)進行了多項防腐措施，但是在投產(chǎn)不久后部分煤氣系統(tǒng)就出現(xiàn)了嚴重的腐蝕問題。［1］唐鋼、萊鋼等企業(yè)在采用高爐煤氣干法布袋除塵工藝后都出現(xiàn)了不銹鋼波紋管腐蝕穿孔或開裂泄漏等問題，研究發(fā)現(xiàn)這與高爐煤氣中含有的氯元素有很大關(guān)系。［2］

賈彩清［3］研究煤氣系統(tǒng)的腐蝕機理過程中，認為煤氣系統(tǒng)腐蝕需要3個因素：（1）煤氣中含有酸性成分；（2）煤氣中含水分；（3）煤氣溫度低于對應(yīng)壓力下水蒸汽的露點溫度。

鐵礦石是高爐冶煉過程中的重要原材料，在我國主要依靠進口，這些鐵礦石在通過船只運輸?shù)倪^程中，需要在表面噴灑海水防止揚塵，鐵礦石中滲入的海水，在高爐冶煉過程中，主要以氯離子的形式進入高爐煤氣中。高爐煤氣中的酸性成分除了海水帶入的氯元素外，還有其它過程中產(chǎn)生的SO42-、H2S 等物質(zhì)。這些腐蝕性氣體可以通過濕法除塵溶解或反應(yīng)除去，以達到煤氣除酸的目的。當(dāng)采用干法除塵時，這些酸性成分以固體顆?；驓怏w狀態(tài)存留在高爐煤氣中，干法除塵工藝無法將其有效除去。

含有酸性成分的高爐煤氣在輸運過程中溫度不斷降低，當(dāng)高爐煤氣溫度低于對應(yīng)煤氣壓力下飽和水的露點溫度，煤氣中水分就會凝結(jié)，而高爐煤氣中含有的酸性成分便會溶解到冷凝水中生成具有強腐蝕性的冷凝液。這些酸性冷凝液極易與金屬中的鐵發(fā)生反應(yīng)，同時氯離子還可以在焊接點處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生點腐蝕坑并逐步擴大加?。?］。

2 高爐煤氣系統(tǒng)腐蝕的應(yīng)對措施

由于高爐煤氣系統(tǒng)腐蝕離不開煤氣中的酸性成分和冷凝水，所以為了解決煤氣系統(tǒng)腐蝕可以通過從源頭上減少酸性成分和水分含量，也可以對高爐煤氣進行其它處理減少其中的酸性成分和水，還可以提高煤氣系統(tǒng)自身抵抗腐蝕的能力。

2.1 從源頭上減少酸性成分和水分

為了控制進入高爐的原燃料中酸性成分的含量，從源頭上減輕高爐煤氣對系統(tǒng)的腐蝕，可以采取的措施有：（1）對進口鐵礦石噴灑淡水或者采取其它物理壓塵避免噴灑海水；（2）減少燒結(jié)礦中的氯化鈣添加量，或者改用無氯添加劑。

干煤氣中的酸性成分對煤氣管道和設(shè)備不具備腐蝕性，只有在含水的條件下產(chǎn)生對煤氣系統(tǒng)有強腐蝕性的酸性物質(zhì)。當(dāng)高爐爐頂溫度超過一定程度后，高溫煤氣沖擊位于高爐中心的氣密箱，損壞氣密箱，為了減少對氣密箱的損壞，需要進行高爐爐頂打水處理。因此通過減少高爐爐頂打水可以減少酸性氣體冷凝，進而減輕煤氣系統(tǒng)的腐蝕。

2.2 提高煤氣系統(tǒng)抗蝕能力

針對高爐煤氣系統(tǒng)腐蝕嚴重，目前國內(nèi)普遍采取的措施是增加高爐煤氣管道壁厚以及補償器波紋管采用254SMo 替代對氯腐蝕敏感的316L，增加管道壁厚可以延長管道壽命，但是壁厚過大會導(dǎo)致管道和支架成本顯著增加，而254SMo 不銹鋼價格非常昂貴，僅適用于波紋管補償器中，用在煤氣管道中不切實際。

不少企業(yè)嘗試在高爐煤氣管道內(nèi)壁噴涂酚醛環(huán)氧防腐涂料，該涂料可有效應(yīng)對高爐煤氣中的酸性成分，但是酚醛環(huán)氧涂料為易燃物，它里面含有可揮發(fā)性的易燃溶劑，所以此涂料噴涂的位置必須遠離明火，而且此涂料一般用兩三年就會脫落失效。

一些企業(yè)開始嘗試開發(fā)低成本、高耐蝕性材料，如鞍鋼開發(fā)出耐侯鋼制管材，耐蝕效果明顯。馬鋼自主開發(fā)耐酸性腐蝕Q345NS 板材，可提高煤氣管道的耐腐蝕性能，通過實驗室、現(xiàn)場掛片試驗，耐蝕效果明顯，且管道不需刷漆，利用鋼板鈍化層防腐，第一年管道呈紅銹，后漸漸發(fā)烏發(fā)青，通過在管內(nèi)掛片試驗，計算材質(zhì)的腐蝕速率為0.018 mm/a，相對Q345B 的腐蝕率為28.6%，耐蝕壽命約為Q345B的3.5倍，管道的長壽命可期。

2.3 煤氣洗滌脫酸處理

高爐煤氣采用濕法除塵時，煤氣系統(tǒng)腐蝕并不明顯，故對干法除塵后的煤氣進行洗滌除酸能減少煤氣中的酸性成分。目前對煤氣進行洗滌除酸主要有管道噴淋和洗滌塔噴淋兩種，管道噴淋裝置投資小、水量少，能夠一定程度上減少煤氣中酸性成分含量，提高煤氣系統(tǒng)壽命，但是由于煤氣管道管徑小、煤氣流速大，煤氣在噴淋管道中的停留時間短，另外，噴淋水滴停留時間短，進一步縮短煤氣與水滴的接觸時間，而且洗滌后的煤氣中機械水含量較高，一般還需配套增加旋流板脫水器。洗滌塔噴淋裝置雖然一次投入費用高，但是能很好地解決管道噴淋的缺點，處理效果要比管道噴淋好很多。

3 噴淋洗滌系統(tǒng)原理及改進措施

3.1 工藝簡述

在TRT 或者調(diào)壓閥組后的低壓煤氣管道上設(shè)置噴淋洗滌塔，可以有效除去高爐煤氣中的大部分酸性成分，再通過設(shè)置在塔頂?shù)奶盍蠈映ジ郀t煤氣中的機械水。噴淋洗滌系統(tǒng)主要設(shè)備由洗滌塔本體和水處理系統(tǒng)組成。

3.2 工作原理

高爐煤氣從噴淋洗滌塔下部進入，通過入口管道進入塔體下部。在入口上方設(shè)有分流板，使煤氣能夠均勻地分布在噴淋洗滌塔整個截面。洗滌塔中間設(shè)有水噴霧的多層大口徑螺旋噴嘴，高爐煤氣在噴淋塔內(nèi)由下向上流動，在上升過程中與設(shè)置在塔中間的多層噴嘴噴出的霧化水滴充分接觸，不僅煤氣能夠通過熱交換快速降溫，而且水滴可很好地吸附煤氣中的酸性氣體和顆粒，完成煤氣的降溫和煤氣中酸性成分的吸收。經(jīng)過噴淋洗滌后的高爐煤氣中含有大量的機械水，煤氣繼續(xù)上升進入填料層，經(jīng)過水滴捕集層脫出一部分機械水后，再經(jīng)不銹鋼絲網(wǎng)層進一步脫出煤氣中所夾帶的機械水后，由洗滌塔的頂部出口管引出。高爐煤氣中的酸性氣體和顆粒被吸收到噴淋冷卻水中，形成具有腐蝕性的液體在塔底匯集。見圖1。

洗滌后的冷凝液經(jīng)過U 形水封后排到熱水池，通過堿液儲罐向熱水池里加堿，堿液儲罐是通過自動控制系統(tǒng)加堿使熱水池里的水呈中性，熱水池里的水由一次提升泵加壓送至斜管沉淀器進行沉淀，沉淀后回水自流至中間水池，再由二次提升泵加壓送至淺層過濾器進行過濾，過濾后的循環(huán)水利用余壓自流至冷卻塔進行冷卻，冷卻后的循環(huán)水經(jīng)供水泵加壓后供洗滌塔噴淋使用。由于循環(huán)水中有少量難溶物質(zhì)無法通過水處理除去，為了避免不斷富集，在冷卻塔設(shè)置小流量連續(xù)排污，排污水送到污水處理廠集中處理。

3.3 噴淋洗滌系統(tǒng)改進措施

馬鋼2#高爐于2017年停爐大修，將高爐煤氣濕法除塵改為干法除塵，并在TRT/調(diào)壓閥組后增加噴淋洗滌塔，噴淋洗滌系統(tǒng)可以很好地降低煤氣管網(wǎng)溫度，并除去煤氣中的酸性成分，但是在施工和運行中也暴露出一些問題：

（1）不銹鋼絲網(wǎng)購買來為大塊狀，通過洗滌塔上椎體DN600圓形人孔安裝不便。

（2）運行幾個月后，業(yè)主反映噴槍經(jīng)常堵塞。

（3）運行幾個月后，業(yè)主反映噴淋堿液對管道系統(tǒng)腐蝕嚴重，且堿液容易形成水垢堵塞管道。

馬鋼1#高爐于2018 年停爐大修，根據(jù)2#高爐暴露出的問題，在新建1#高爐噴淋洗滌系統(tǒng)時采取了一些改進措施，1#高爐噴淋洗滌系統(tǒng)暴露的問題得到解決，改進措施有效。具體改進措施如下：

（1）減少一層噴槍。噴淋洗滌水經(jīng)過處理后循環(huán)利用，隨著循環(huán)次數(shù)的增多，循環(huán)水硬度不斷增大，容易形成水垢堵塞噴嘴。為了避免噴嘴被堵塞，本次設(shè)計時減少一層噴槍，增大每個噴嘴的流量，使噴嘴孔徑增大，降低了噴嘴堵塞的幾率。

（2）修改了噴嘴布置，使噴嘴形成的霧化區(qū)域既能有效覆蓋塔內(nèi)，也能降低噴嘴直接噴向塔壁的水量，減少壁流現(xiàn)象，提高水的利用率。

（3）兩層噴嘴錯開布置，即使一層噴嘴有個別堵塞，另一層噴嘴也能實現(xiàn)整個截面全覆蓋，確保水和煤氣充分接觸，提高降溫除酸效果。

（4）采用噴淋水代替噴淋堿液。噴淋液除去煤氣中的酸性物質(zhì)主要是通過循環(huán)水吸收，馬鋼2#高爐噴淋洗滌系統(tǒng)運行表明噴淋堿液和直接噴淋水效果一樣，本次采取直接噴淋水，可以有效防止堿液對管道的腐蝕。

（5）筒體上部錐段2 個DN600 圓形人孔改為2個1.2×1.1 m 方形人孔，方形人孔開孔較大，方便絲網(wǎng)安裝。

（6）設(shè)置了高密度沉淀器等深度水處理設(shè)施。通過設(shè)置深度水處理設(shè)施，可將循環(huán)水中大顆粒懸浮物沉底，并通過加藥將水進行軟化，改善了循環(huán)水水質(zhì)，避免了噴嘴和管道因結(jié)垢造成系統(tǒng)堵塞，并延長了循環(huán)水使用時間。

4 結(jié)論

高爐煤氣中的Cl、S 等酸性成分對煤氣系統(tǒng)的腐蝕已成為高爐煤氣干法除塵工藝推廣過程中不可忽略的問題。受原燃料供應(yīng)和工藝要求的限制，降低高爐煤氣生成時的酸性成分和水分含量較難實現(xiàn)；提高煤氣系統(tǒng)抗蝕能力成本較高或技術(shù)不成熟，難以有效低成本解決煤氣系統(tǒng)腐蝕。煤氣噴淋除酸系統(tǒng)可以去除煤氣中的酸性成分，有效減緩后續(xù)煤氣系統(tǒng)腐蝕。文中介紹了高爐煤氣噴淋除酸系統(tǒng)工藝流程，并結(jié)合馬鋼2#高爐新增噴淋洗滌系統(tǒng)存在的問題，提出解決措施并運用到馬鋼1#高爐新增噴淋洗滌系統(tǒng)中，運行結(jié)果良好，可為今后解決高爐煤氣系統(tǒng)腐蝕提供參考。