高爐煤氣干法除塵工藝對下游工序的影響

管宏飛（天津天鐵冶金集團有限公司動力廠，河北涉縣056404）

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高爐煤氣干法除塵工藝對下游工序的影響

管宏飛
（天津天鐵冶金集團有限公司動力廠，河北涉縣056404）

［摘要］介紹了高爐采用煤氣干法除塵工藝以后對下游工序用戶鍋爐、TRT系統(tǒng)造成的影響：腐蝕和堵塞，分析了造成腐蝕和堵塞的原因，通過改進操作方法、改變材質(zhì)、加強監(jiān)測、改善檢修工藝等措施有效延緩了鍋爐、TRT系統(tǒng)的腐蝕和堵塞。

［關(guān)鍵詞］高爐煤氣；干法除塵；鍋爐；腐蝕；堵塞

1　引言

天鐵集團高爐都配備了高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置（Blast Furnace Gas Top Pressure Recovery TurbineUnit），即TRT裝置，同時為了更好地利用高爐煤氣的熱能、壓力等能源來推動TRT裝置做功和發(fā)電，高爐全部采用了干法除塵工藝，而淘汰了濕法除塵工藝。但是因濕法除塵工藝的取消，高爐煤氣中的酸性氣體和成分無法去除，只能被帶入下游工序用戶中。隨著輸送管網(wǎng)的延長和煤氣溫度的降低，冷凝水逐漸析出，酸性氣體和成分溶入其中，形成了具有高酸性的腐蝕溶液，對管網(wǎng)及其附屬設備的壽命和使用造成嚴重影響，從而成為制約鍋爐、TRT煤氣管道及其附屬設備安全運行的主要因素。同時高爐煤氣中的粉塵、顆粒物和管道銹蝕物由于沖刷和阻力的作用，慢慢在管道下層聚集和堆積，堵塞管道，影響用戶的使用。

2　影響情況分析

2.1對TRT系統(tǒng)的影響

采用干法除塵工藝后，經(jīng)過一段時間的運行，高爐煤氣管道上和TRT大型閥門上的不銹鋼波紋補償器上出現(xiàn)不同程度的腐蝕穿孔、焊縫腐蝕和開裂等現(xiàn)象，造成高爐煤氣泄露和設備非正常停機檢修。一方面，高爐煤氣的泄露給現(xiàn)場作業(yè)人員帶來了安全隱患；另一方面，大大降低了設備的有效生產(chǎn)時間，使設備的利用效率下降，降低了經(jīng)濟效益。

2.2對鍋爐系統(tǒng)的影響

（1）鍋爐煤氣系統(tǒng)管道的腐蝕

自高爐采用干法除塵工藝后，鍋爐高爐煤氣管道泄露成為了制約安全生產(chǎn)的難題。通過對現(xiàn)場管道的檢查和分析，由于管道內(nèi)外溫差形成的冷凝水的存在，腐蝕基本都發(fā)生在被冷凝水覆蓋的部分，由內(nèi)向外逐漸腐蝕，主要體現(xiàn)為管道下部整體變薄、腐蝕穿孔、焊縫點蝕等。最容易發(fā)生腐蝕的主要部位有高爐煤氣分支管道底部、下部焊口、連接法蘭焊口、放散管根部焊口、儀表管根部焊口等。

（2）鍋爐煤氣系統(tǒng)管道的堵塞

由于管道中冷凝水的存在，在高爐煤氣的流動過程中，隨著管道阻力和高爐煤氣流速的變化，越來越多的粉塵顆粒物和管道銹蝕物沉積在管道底部，一方面使管道流通面積變小，進一步加劇了管道堵塞，另一方面使管道長期處于潮濕狀態(tài)，加劇了管道的腐蝕。

（3）鍋爐一級空氣預熱器的腐蝕和堵塞

高爐煤氣進入爐膛燃燒后，其中的雜質(zhì)并不參與燃燒，而是隨著煙氣通過高溫過熱器、低溫過熱器、二級省煤器、二級管式空氣預熱器、一級省煤器、一級管式空氣預熱器、鍋爐尾部煙道進入煙囪排入大氣中，在通過一級管式空氣預熱器時，由于流通面積的變化和溫度的降低，在預熱器出口會有凝結(jié)水析出，煤氣雜質(zhì)逐漸被吸附在其中。隨著鍋爐運行時間的延長，部分管子就會被堵塞和腐蝕，嚴重者用高壓水都無法疏通，無法保證鍋爐正常運行。

3　腐蝕和堵塞原因分析

3.1 TRT系統(tǒng)波紋補償器腐蝕原因

通過對TRT高爐煤氣管道和大型閥門上波紋補償器腐蝕部位的分析，發(fā)現(xiàn)其全部位于不銹鋼波紋管下部的波峰上，究其原因為波峰處易集聚冷凝水，與煤氣中的酸性雜質(zhì)和粉塵形成酸性溶液，從內(nèi)部逐漸向外部腐蝕波紋補償器，從而造成大面積點腐蝕穿孔。通過查找資料得知，對于316L材質(zhì)的波紋管，隨著冷凝水中Cl-含量的升高，其抗腐蝕性會逐漸下降，當Cl-含量＜240 mg/L時，其擁有相當好的耐腐蝕性能，但是當Cl-含量＞360 mg/L時，其耐腐蝕性能會迅速下降，再加上煤氣溫度的變化而導致的應力變化，波紋補償器波峰處極易發(fā)生腐蝕，出現(xiàn)大面積穿孔，并流出黃色或紅色凝結(jié)物，嚴重的甚至出現(xiàn)裂口（如圖1、圖2所示）。

圖1　補償器腐蝕圖

圖2　補償器裂口圖

高爐煤氣冷凝水中呈酸性，主要是由于高爐噴煤工藝中加入了白云石和煉鐵時使用了經(jīng)過海運的國外鐵礦石，其中混入了含有氯的酸性物質(zhì)，而高爐干法除塵無法有效凈化這些酸性物質(zhì)，通過煤氣的攜帶進入管網(wǎng)中，再溶解到管道冷凝水中，形成了具有強烈腐蝕性的酸性溶液。

3.2鍋爐煤氣系統(tǒng)管道腐蝕和堵塞原因

（1）鍋爐煤氣系統(tǒng)管道腐蝕原因

天鐵集團高爐煤氣主要氣體成分含量見表1。從中可以看出，能溶于水的氣體只有CO2，形成碳酸，但其酸性很弱，遠遠達不到煤氣管道表現(xiàn)出來的腐蝕效果，因此在高爐煤氣中一定還存在腐蝕性較強的酸性物質(zhì)，經(jīng)水處理車間做的水質(zhì)分析結(jié)果顯示，管道中的冷凝水pH值為3.5左右，呈強酸性，證明高爐煤氣中含有硫化物和氯化物，這才是造成管道腐蝕的直接原因。

表1　高爐煤氣主要氣體成分含量/V％

高爐煤氣在長距離輸送過程中，溫度會逐漸降低，其所含的水蒸氣慢慢分離和凝結(jié)，集聚在管道內(nèi)表面底部，這時高爐煤氣中含有硫、氯的氣體和雜質(zhì)會溶解到凝結(jié)水中，形成具有強烈腐蝕性的酸性溶液，并與碳鋼管道發(fā)生化學反應。一方面造成與酸性溶液接觸的管道整體腐蝕變薄，另一方面由于管道內(nèi)表面的不平整和管道焊口焊肉的高低差異，造成與之接觸的酸液對其腐蝕程度的差異，而造成局部的穿孔腐蝕。

（2）鍋爐煤氣系統(tǒng)管道堵塞原因

鍋爐煤氣管道的堵塞，首先是煤氣中的灰塵和顆粒物由于阻力和撞擊的作用，落在管道底部，從而與冷凝水混合，使其失去流動性，同時由于混合物的吸附性，在管徑較小的地方就會愈積愈多，直至堵塞管道。另外，由于酸液的腐蝕作用，碳鋼管道內(nèi)壁會出現(xiàn)銹蝕物，當煤氣壓力出現(xiàn)波動時，銹蝕物很容易被沖刷下來并漸漸沉積在管道底部，逐漸將煤氣通道堵塞。

3.3鍋爐一級空氣預熱器腐蝕和堵塞原因

在鍋爐生產(chǎn)運行過程中，由于各種因素的影響，在一級管式空氣預熱器處容易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，此時煙氣溫度低于煙氣露點，煙氣中的水蒸氣凝結(jié)成水珠掛在預熱器管子內(nèi)壁，而煙氣中的氯離子、硫離子則溶于水珠中，生成鹽酸和硫酸，使空氣預熱器管子遭受酸性腐蝕而破損。同時由于酸液聚集在預熱器管子內(nèi)壁，對煙氣中的顆粒物具有吸附作用，隨著時間的延長造成一級預熱器管子堵塞，這屬于典型的低溫腐蝕，使得空氣預熱器管的腐蝕、堵塞速度加快，從而導致了預熱器的換熱和通流能力下降，漏風量增加，降低了鍋爐的熱效率。

4　解決和改進措施

4.1 TRT不銹鋼波紋補償器腐蝕的解決和改進措施

（1）對TRT入口高爐煤氣管道加強保溫，減少煤氣管道裸露面積，降低高爐煤氣的熱量散失，提高高爐煤氣進口溫度，降低凝結(jié)水的析出量，避免產(chǎn)生更多的酸性液體。

（2）加強與高爐操作室的聯(lián)系和協(xié)調(diào)，及時了解爐況，在保證設備安全運行的前提下，盡可能地提高高爐頂壓和煤氣溫度，增加溫差，降低煤氣中凝結(jié)水的析出幾率。

（3）就目前的生產(chǎn)工藝來看，消除高爐煤氣中的酸性物質(zhì)難度較大，故從設備入手，從延長壽命方面進行了適應性改造。經(jīng)過多方查找資料和與相關(guān)單位的聯(lián)系，決定將不銹鋼波紋補償器材質(zhì)由316L改為825，先后逐漸在1#～4#TRT上實施，取得了良好的使用效果。在未改變高爐煤氣酸性腐蝕性質(zhì)的前提下，TRT系統(tǒng)的不銹鋼波紋補償器壽命大大延長。

4.2鍋爐煤氣管道腐蝕、堵塞的解決和改進措施

（1）將部分運行時間長，腐蝕變薄嚴重的管道進行更換，同時將管道的壁厚由6 mm改為8 mm；建立定期檢查制度，檢查和測量壁厚，發(fā)現(xiàn)薄弱部位及時進行包覆，消除煤氣泄漏隱患。

（2）煤氣管道每運行一定時間分段開孔對其內(nèi)部進行水沖洗，一方面可以清除管內(nèi)雜質(zhì)和沉積物，防止堵塞；另一方面可有效降低和稀釋酸性冷凝水的pH值，延緩其對管道的腐蝕。

（3）管道焊口焊接完成后對其進行加熱和敲擊，以釋放焊接應力，降低發(fā)生電化學反應的幾率；對于大管徑管道，采用焊口內(nèi)外雙層焊接和涂刷防腐層或樹脂的辦法減緩管道腐蝕。

（4）建議在高爐煤氣主管上加裝兩組環(huán)狀噴淋管對煤氣進行噴淋處理，通過水的吸附去除煤氣中的粉塵和酸性物質(zhì)，噴淋水則通過設置在噴淋管前后的排水器排出，從而降低管道酸性腐蝕，延長管道壽命。

4.3鍋爐一級空氣預熱器腐蝕、堵塞的解決和改進措施

（1）鍋爐運行人員要精心操作，及時關(guān)注燃燒工況，及時調(diào)整配風量，實現(xiàn)高爐煤氣的完全燃燒，增加煤氣在爐膛內(nèi)的停留時間，降低其所攜帶的雜質(zhì)和顆粒物，延緩一級預熱器的堵塞。

（2）建議對鍋爐煤氣管道進行保溫處理，一方面降低煤氣的熱量散失，一方面降低溫差減少冷凝水的析出，從而提高煤氣溫度，煤氣溫度越高，越容易實現(xiàn)完全燃燒。

（3）加大熱風再循環(huán)混合風量，提高一級預熱器入口冷風溫度，從而降低一級預熱器處的冷風與煙氣的溫差，使預熱器處的煙氣溫度保持在露點以上，減少和避免結(jié)露的發(fā)生。

（4）在純燒高爐煤氣時，將火焰中心適當上移，提高排煙溫度。運行數(shù)據(jù)表明當鍋爐排煙溫度提高20～30℃后，雖然鍋爐效率降低了一些，但一級預熱器管子溫度得到了有效提高，降低了低溫腐蝕的幾率，綜合考慮來說，有利于鍋爐安全運行。

5　結(jié)束語

通過上述改進措施的實施，經(jīng)過實際運行效果的檢驗，TRT和鍋爐煤氣設備檢修率大大降低，設備壽命得到了延長，達到了預期目的，保證了設備的安全穩(wěn)定運行。

Influence of Dry Dedusting Process for BF Gas on Subsequent Process

GUAN Hong-fei
（Power Plant，Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co.，Ltd.，She County，Heibei Province，China 056404）

AbstractThe paper analyzes the influence of dry dedusting process for BF gas on boiler and TRT system belonging to the subsequent processes. Aiming at the problems of stainless steel compensator erosion at TRT system and the erosion and clogging of boiler gas pipeline and air pre-heater at boiler stage 1，measures of improving operation approach，changing material，enhancing supervision and improving maintenance process were taken，which substantially reduced maintenance rate of TRT and boiler gas equipment，prolonged service life and ensuring the safe and stable running of the equipment.

Key wordsblast furnace；gas；dry dedusting；boiler；erosion；clogging

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2016.03.024

收稿日期：2016- 02- 08修回日期：2016- 02- 25

作者簡介：管宏飛（1978—），男，工程師，主要從事鍋爐檢修方面的研究工作。