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?xì)?，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(dá)到10 g/m3，還需要經(jīng)過進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yán)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(jī)理過程中，認(rèn)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(diǎn)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(jìn)口，這些鐵礦石在通過船只運(yùn)輸?shù)倪^程中，需要在表面噴灑海水防止揚(yáng)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(jìn)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(dá)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(yùn)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(diǎn)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(qiáng)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(diǎn)處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕坑并逐步擴(kuò)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(yán)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(bǔ)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(bǔ)償器中，用在煤氣管道中不切實(shí)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(yuǎn)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(shí)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(jìn)行洗滌除酸能減少煤氣中的酸性成分。目前對煤氣進(jìn)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(jìn)一步縮短煤氣與水滴的接觸時間，而且洗滌后的煤氣中機(jī)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(fèi)用高，但是能很好地解決管道噴淋的缺點(diǎn)，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(jìn)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(jī)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(jìn)入，通過入口管道進(jìn)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(jī)械水，煤氣繼續(xù)上升進(jìn)入填料層，經(jīng)過水滴捕集層脫出一部分機(jī)械水后，再經(jīng)不銹鋼絲網(wǎng)層進(jìn)一步脫出煤氣中所夾帶的機(jī)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(jìn)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(jìn)行過濾，過濾后的循環(huán)水利用余壓自流至冷卻塔進(jìn)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(jìn)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(yùn)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(yùn)行幾個月后，業(yè)主反映噴槍經(jīng)常堵塞。

（3）運(yùn)行幾個月后，業(yè)主反映噴淋堿液對管道系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)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(jìn)措施，1#高爐噴淋洗滌系統(tǒng)暴露的問題得到解決，改進(jìn)措施有效。具體改進(jìn)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(shí)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(yùn)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(jìn)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(shí)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(yùn)用到馬鋼1#高爐新增噴淋洗滌系統(tǒng)中，運(yùn)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。