届上海国际固·废气展

2020年8月25-27日

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干法除尘高炉煤气腐蚀探讨及综合防治技术在特大型高炉上的应用

       摘 要:针对冶金行业高炉煤气净化采用全干法除尘工艺后引起的高炉煤气管道及设备腐蚀问题,探讨了腐蚀产生的原因,分析了高炉煤气中酸性和腐蚀成分的来源及影响,并总结和比较了目前开发的防腐对策。文章进一步阐述了高炉煤气腐蚀综合防治技术在5 000 m3级特大型高炉上的应用情况,为高炉煤气腐蚀的治理和全干法布袋除尘技术在特大型高炉上的推广提供了有益参考。
 

       高炉煤气干法除尘工艺具有节水、污染少、除尘效率高,且能充分利用高炉煤气余压发电等优点,已取代传统的湿法除尘工艺,成为国内高炉煤气净化工艺的首选,在高炉上得到了广泛应用。在干法除尘工艺的推广普及过程中,由于干法除尘工艺在原来小高炉上腐蚀的矛盾不突出,又对大高炉传统湿法除尘煤气中酸性成分和氯等离子的存在缺少认识和对策,造成很多钢厂的高炉干法除尘系统普遍存在腐蚀问题。高炉煤气腐蚀问题逐渐成为阻碍干法除尘技术使用,尤其是在5 0 0 0 m3级特大型高炉上推广的突出矛盾。
 
1 腐蚀原因分析及对策
 

       表1是某钢厂TRT后典型高炉煤气排水器冷凝水化学成分的实测值。从化验结果可知,煤气管道腐的主要原因是由于干法除尘后高炉煤气中携带的大量氯、硫等离子,以及酸性液体环境造成的。这也是产生高炉煤气腐蚀的两个必要因素。


 

       首先是高炉煤气中需含有酸性成分及氯元素等腐蚀性物质,但气态氯化合物几乎不会产生腐蚀,气固态酸性物质不遇水也不会形成酸腐蚀,所以还需另一个必要因素,即需有形成液体环境的条件—水。
 

1.1 酸及氯等腐蚀成分的来源

       高炉煤气中大量酸性成分和氯等腐蚀性物质的来源主要有以下几个方面:

       (1)铁矿石带入。部分钢铁企业高炉原料采用进口矿,除了在开采、选矿、海运等过程中不可避免与海水接触外,其本身原料中亦含有腐蚀成分,都经过高炉冶炼带入高炉煤气中。

       (2)烧结矿中氯助剂带入。部分钢铁企业采用氯助剂(如C aC l 2等)来提高烧结矿的强度,降低其低温还原粉化率,烧结矿中的氯元素大部分都进入高炉煤气中。

       (3)喷吹煤粉及其他原料带入。煤粉及其他原料中硫元素经高温化学反应产生H2S、S O 2、S O3酸性气体,溶于水后形成酸性溶液。回收利用烧结脱硫废水、焦化废水等,也把废水中的酸性成分带入到后续的高炉煤气中。

       (4)高炉煤气灰回收带入。
 
1.2 水的来源

       高炉煤气中水的来源主要有以下几个方面:

       (1)高炉原、燃料带入。高炉原、燃料(如矿石、煤粉等)本身含有自由水和结晶水,高炉鼓风中水蒸气,这部分水分通过高炉冶炼进入高炉煤气中。

       (2)外部加入。如为防止高温煤气进布袋而设的炉顶打水降温设施等。
 
1.3 防腐对策及比较

       近年来,随着对高炉煤气腐蚀原因和机理研究的深入,各种腐蚀防治技术开始在工程上应用,新的防腐技术也在不断开发中。目前应用较多的腐蚀防治措施分类总结见表2。


 

1.3.1 提高腐蚀阻力

       提高煤气中腐蚀成分对管道及设备的腐蚀阻力,可减少管道及设备的腐蚀速率,工程运用后取得很好效果。近年来,新材质开始在工程上得到应用,如高分子复合材质波纹管、不锈钢复合钢板等,取得一定效果。但是,提高腐蚀阻力的措施,一方面受成本制约;另一方面又都没有针对引起腐蚀的各种腐蚀成分采取治理措施,故只能在某些场合和一定程度上缓解腐蚀造成的影响,无法从根本上解决酸性成分对高炉煤气管道及设备的腐蚀问题,一般作为辅助防腐措施。

       更为有效的腐蚀治理措施是阻止腐蚀形成的两个必要条件中的一个,从而达到防治腐蚀的目的。
 
1.3.2 减少酸性物质含量

       从减少煤气中腐蚀性成分含量的角度,从源头上严格控制铁矿石、煤粉等原料中的酸性成分含量是有效方法,但此措施受矿石品位和原料供应等条件限制,可选择余地不大。

       另外,在钢铁冶炼的各工序中,减少酸性成分的引入对腐蚀治理有很大效果,如烧结工序不用氯助剂;控制脱硫废水、焦化废水等生产废水在各工序中的使用等,可有效降低煤气中酸性成分含量,这些无法循环使用的生产废水虽然一定程度上增加了全厂废水处理的负荷和环保投资,但对高炉煤气腐蚀治理意义重大,应引起重视。

       减少煤气中腐蚀成分含量的另一种行之有效的方法是通过充分水洗,并加碱液中和,以洗涤除去煤气中的大量酸性成分。此技术也是目前最为主要和有效的腐蚀治理方法。
 
1.3.3 阻止液体腐蚀环境形成

       从阻止液体腐蚀环境形成的角度来说,由于高炉煤气中水的来源不可避免,故除了尽可能减少水的引入外,只有让煤气中的水不以液态水形式析出,才可以达到防腐目的,煤气温度是实现这一目标的关键。一般全干法布袋除尘高炉煤气中含湿量约45 g / Nm 3,对应的煤气露点温度约6 0℃,理论上只需煤气实际温度高于此露点温度即可避免冷凝水析出;但实际工程上很难保证全厂管网(尤其是末端用户)的高炉煤气温度都高于露点温度,故控制煤气温度的方法无法完全消除腐蚀隐患。
 

2 高炉煤气腐蚀综合防治技术的应用实践
 

       任何单独的防腐措施都有其局限性,应针对工程实际情况采取综合防腐措施,以达到最好的防腐效果。国内某钢铁企业5 0 0 0 m3级高炉采用综合防腐技术,取得了很好的成效。
 
2.1 设计参数

       高炉煤气处理量:6 9 5 6 0 0 N m 3 / h ( 正常) ;762 8 0 0 Nm3/ h(最大)。

       T R T 出口煤气温度:5 0 ~8 5 ℃( T R T 不运行时按150 ℃)。

       T RT出口煤气压力:12~14 k P a。

       净煤气温度:≤55℃(T RT不运行时≤6 0℃)。

       净煤气冷凝水pH值:~6。
 
2.2 综合防腐技术应用
 
2.2.1 加碱喷淋洗涤塔

       洗涤塔设在T RT和减压阀组后,塔直径10 m,内设三层洗涤喷嘴。从塔下部进入的高炉煤气以逆流方式被3层喷淋水洗涤降温并除去煤气中的酸性成分,并经脱水后送入净煤气管网。喷淋回水从塔底流入回水池,经加药(碱液等)和冷却后由泵输送至喷淋塔循环使用。循环水水质通过定期排污及补充新水得以保证。

       此工艺喷淋循环水量约3 0 0~3 5 0 m3/ h,根据煤气中酸性成分含量的多少,灵活调节循环水置换量,平均补水约3 0 m 3/ h。喷淋水循环使用,无需软水或纯水,可节省运行成本;喷淋洗涤塔位于T RT之后,能最大限度通过T RT回收高炉煤气顶压及显热的能量。
 
2.2.2 控制原料酸性成分带入

       鉴于该钢铁企业煤气中酸性腐蚀成分很高,需在各工序采取降低酸性成分的措施,主要是烧结工序不使用含氯助剂;同时各工序避免使用焦化废水和烧结脱硫废水。
 
2.2.3 新型耐蚀合金波纹管使用

       2 5 4 SMO奥氏体不锈钢具有较强的耐氯离子腐蚀性能,且具有很好的综合性价比。该项目高炉煤气管道波纹管均采用2 5 4 SMO奥氏体不锈钢,替代对氯腐蚀敏感的3 0 0系列不锈钢(如316 L等),大大延长了波纹管的使用寿命。
 
2.2.4 新型耐蚀合金复合板的合理使用

       高炉煤气经T RT膨胀做功后,压力温度下降,在T RT后煤气管道中易析出冷凝水,由于未经处理,冷凝水中含高浓度酸性成分,故T RT后低压管道是最易腐蚀的区域。该项目在T RT出口至喷淋塔的10 m左右长度煤气管道采用复合钢板,复合钢板内层为普通碳钢,外层为2 m m厚的25 4 SMo钢板,并经特殊的复合处理,既控制了投资成本,又大大提高了该段管道抗腐蚀能力。
 
2.2.5 管道及设备内防腐

       高炉煤气管道及设备内壁防腐涂料均采用酚醛环氧耐湿热重防腐涂料(喷涂型),以隔绝煤气中腐蚀成分与管道内壁,可有效阻止及延缓管道内壁的腐蚀。
 
2.2.6 管道及设备保温

       从炉顶经干法布袋除尘和T RT系统,直至喷淋塔的高炉煤气管道及设备,均采取保温措施,可有效减少高炉煤气温降,即有利于TRT更好地回收高炉煤气的能量,又能避免煤气管道中冷凝水的过早析出腐蚀管道及设备。
 
2.2.7 TRT设备抗腐蚀

       在透平入口管道上加药,药剂为新型缓蚀阻垢剂,缓蚀率可达81%;透平机壳进气室、排气室采用优选防腐涂料;透平动叶和静叶采用超音速等离子热喷涂工艺进行表面防腐耐磨处理。通过这些措施,大大提高了T RT 设备的抗腐蚀能力。
 

3 运行效果
 

       从投产后运行1年多的实效来看,采用高炉煤气综合腐蚀防治技术后,高炉煤气管道及波纹管未见明显腐蚀,TRT工作率高且未出现结垢及腐蚀问题。综合腐蚀防治技术效果显著。
 

4 结语
 

       随着钢厂采用全干法布袋除尘工艺暴露的高炉煤气管道及设备腐蚀问题愈来愈多,通过单一的防腐措施很难得以全面解决。该文介绍的高炉煤气腐蚀综合防治技术,通过在5 0 0 0 m3级特大高炉上的成功运用,为全干法布袋除尘工艺在特大型高炉上的进一步推广,以及钢铁行业现有高炉煤气腐蚀治理提供了十分有价值的参考。
 

来源:科技创新导报

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