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高爐煤氣脫氯防腐技術的研究與應用①

2016-09-23 08:44:46孫素英
現代冶金 2016年4期
關鍵詞:系統

孫素英,臧 鎮

(江蘇省冶金設計院, 江蘇 南京 210007)

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高爐煤氣脫氯防腐技術的研究與應用①

孫素英,臧鎮

(江蘇省冶金設計院, 江蘇 南京210007)

闡述了高爐煤氣管道腐蝕產生的原因及解決方法,通過對高爐煤氣噴灑堿液使其吸收高爐煤氣中的氯、硫離子,從而達到高爐煤氣脫氯、脫硫的效果,降低高爐煤氣的酸性,控制冷凝水PH值在中性范圍,使高爐煤氣管道腐蝕的問題得到有效解決。

高爐煤氣; 脫氯、脫硫; 噴堿塔; 煤氣管道腐蝕

引 言

近幾年,隨著高爐生產大幅度提高噴煤和進口礦石的配比,以及高爐余壓發電項目的普及,高爐煤氣干式除塵技術普遍應用在煤氣凈化處理系統中;干式除塵運行中發現凈化處理后煤氣管道的腐蝕問題非常突出,給管道及煤氣用戶的設備維護、生產安全帶來了極大的麻煩和威脅。如何有效地解決高爐煤氣管道的腐蝕問題,成為安全生產和降低維修成本的一項緊急而迫切的任務。

1 高爐煤氣脫氯原理

針對造成高爐煤氣管道腐蝕的主要因素,采用高爐煤氣脫氯、脫硫塔系統,脫除煤氣中的S2-、Cl-等腐蝕性離子,從而大大減少對煤氣管道的腐蝕。

高爐煤氣脫氯、脫硫系統主要分為噴堿塔系統、堿液系統、循環水系統、自動化控制系統、供配電系統、外部管道及配套工藝系統等;系統可以自動調節煤氣冷凝水的pH值,使冷凝水達到中性;整個系統可以長期、連續、穩定運行,具備較高的安全性能。如圖1所示,計量泵從堿液罐抽取氫氧化鈉堿液,軟水泵從軟水池抽取軟化水,經過自清洗過濾器后,兩者按一定比例進行混合,混合好的堿液送至煤氣噴堿塔,高爐煤氣在噴堿塔下部按特定角度進入,自下而上均布流動,與循環液及混合后的新堿液充分接觸,進行傳熱、傳質以及化學反應,高爐煤氣中的氯及硫離子被吸收到堿液中,煤氣溫度同時得到降低。噴淋回水流入煤氣洗滌回水池,經過加藥和補水后由循環泵送噴淋塔循環使用。

其脫氯、脫硫反應機理為:

NaOH+HCl→NaCl+H2O

2NaOH+H2SO4→Na2SO4+2H2O

NaOH+HF→NaF+H2O

圖1 高爐煤氣脫氯系統示意圖

2 系統介紹

高爐煤氣脫氯工藝設備系統分為噴堿塔系統、臥式旋流板脫水器、脫氯劑配制系統、脫氯液循環系統四大部分。

2.1噴堿塔系統

噴堿塔為鋼制圓筒殼體構造,塔內壁刷涂一層特殊的防腐涂料,塔內設置三層洗滌堿液的霧化噴頭,高爐煤氣從塔下部以30°夾角進入[1],以逆流方式與循環堿液水換熱、換質,發生化學反應,初步溶解煤氣中的HCl,HF等物;第三層噴頭為新配制的堿液,再次徹底去除煤氣中殘留的含氯、含硫物質。塔上部設置填料脫水層,脫除煤氣中所含的部分冷凝機械水,凈化后的煤氣從塔的頂部引出,進入旋流板脫水器進一步脫除煤氣中的凝結水;此時的煤氣中,S2-、Cl-離子以及含塵量都大大降低,合格煤氣外送至煤氣用戶。脫氯塔后的煤氣溫度約55 ℃,煤氣中含機械水<5 g/m3,煤氣冷凝水pH值控制在7左右。

2.2臥式旋流板脫水器

脫水裝置又稱氣液分離裝置或除霧器,由中心盲板和與其相切的并帶有一定傾角的旋流葉片組成。爐煤氣通過時,產生旋流,使煤氣中的水霧在離心力的作用下,被甩向管壁,從而達到水分離的目的。在濕法脫氯除塵系統中,氣液間發生強烈的傳質、傳熱過程,絕大部分帶有塵粒和有害物質的液滴返回循環水系統,少量則被煤氣挾帶,造成煤氣含濕量過高,濕煤氣中含有一定的有害物質,將導致下游管道的運行環境惡化。因此,必須采取有效措施,最大限度降低煤氣夾帶的水分含量。

臥式旋流板脫水器,利用重力、慣性力、離心力等氣水分離原理設計。在中心區安裝流線形導流錐,迫使中心氣流向塔壁運動,消除中心區渦流的形成,提高脫水除霧效果。安裝阻液環,可以有效防止甩向塔壁的水再次被上升氣流挾帶。用作脫水除霧的塔板為“外向板”,外向板的旋向直接朝塔壁方向,可將煤氣中的液滴拋向塔壁,從而聚集沿塔壁落下。

2.3脫氯劑配制系統

噴淋堿液:計量泵從堿液罐抽取堿液(氫氧化鈉溶液),軟水泵從軟水池抽取軟化水,經過自清洗過濾器后,兩者經過管道靜態混合器的充分混合,靜態混合器的混合過程是靠固定在管內的混合元件來進行的,由于混合元件的作用,使液體定時左旋或者右旋,不斷改變流動方向,不僅將中心液流推向周邊,而且將周邊流體推向中心,從而達成良好的徑向混合效果。混合好的堿液以環狀管道,送至煤氣噴堿塔的第三層洗滌堿液噴嘴。

2.4脫氯液循環系統

噴堿塔設置三層洗滌水噴嘴,塔下部第一、二層噴淋循環堿液及工業用水,第三層噴淋堿液。

噴淋工業水:循環水泵從循環水池取水,送至煤氣噴堿塔的第一、二層洗滌水噴嘴的位置。水在上噴淋塔之前通過自清洗過濾器裝置。

自清洗過濾器:被過濾液體從濾筒的外側流向內側,顆粒雜質被截留在濾筒外側;隨著濾筒外側表面污物增多,設備進出口的壓力差增大,當壓差達到設定值時,電控系統迅速打開排污閥,造成濾筒外壓力急劇降低,此時濾筒內外壓差迅速增大,利用過濾后的水對濾筒進行強力反沖洗。同時,電控驅動除污電機工作,帶動濾筒旋轉,固定在濾筒外側的不銹鋼刷對濾筒進行刷洗,保證了濾筒外側表面的雜質徹底沖洗干凈。當進出水口壓差值恢復到設定值以下時,電控系統自動關閉排污閥、除污電機,即完成一次清洗過程。

高爐煤氣從塔下部進入,以逆流方式被噴淋水和堿液充分接觸,并溶解煤氣中的HCL、HF等物。部分噴淋水被煤氣帶走,其余的噴淋回水流入下部的排水坑,排水坑內設置兩臺液下泵,由液下泵排至循環水池進行循環。

3 實際應用

某鋼鐵公司高爐煤氣經干法除塵凈化后,煤氣管道中含有大量氯離子以及硫離子,在煤氣輸送過程中,煤氣溫度會逐漸降低,當降至露點溫度以下后煤氣中會有大量凝結水析出,這些煤氣凝結水的pH值高達1~3,呈強酸性,造成后續煤氣設施及煤氣管道腐蝕、燒嘴堵塞等問題,嚴重影響了生產,同時帶來管道腐蝕后泄露煤氣的安全隱患。

在未增設高爐煤氣脫氯系統前,高爐煤氣中的腐蝕性氣體成分及冷凝水化驗數據如表1,2所示。

表1 高爐煤氣冷凝水分析表

表2 高爐煤氣中腐蝕性氣體成分

分析氣體成分氯化氫(HCL)氟化氫(HF)硫酸(二氧化硫溶于水部分測定SO2-4)H2SO4數值/(mg·m-3)104.71.4343.2

注:上述腐蝕性氣體采集于吸收液中,采用離子色譜分析。

由此可見,高爐煤氣冷凝水中除了含有大量的氯離子、硫離子外,還有少量硝酸離子和磷酸離子,因此,煤氣冷凝水呈強酸特性,對普通碳鋼材質的煤氣管道及設施具有很強的腐蝕性。如果煤氣管道采用耐腐蝕合金鋼材質,則投資巨大,增加企業負擔。

為了解決此問題,在TRT機組后設置了煤氣脫氯系統,該系統由直徑8米的噴堿塔和地上循環泵站組成。系統投運后煤氣冷凝水PH值由以前的1~3控制到7左右,煤氣中機械水含量<5 g/m3,煤氣冷凝水的溫度由以前的80~90 ℃降低到40~50 ℃;使煤氣冷凝水呈低溫、中性略偏堿性,相應煤氣管道腐蝕及設備阻塞嚴重的問題也得到了有效解決。

4 結束語

高爐煤氣脫氯系統不僅有效解決高爐煤氣管道腐蝕的問題,還同時解決了燃燒廢氣對大氣的污染、排放不達標的環保問題,該項目建設周期短,投資少,具有廣泛的市場應用性。

[1]《鋼鐵企業燃氣設計參考資料》編寫組.鋼鐵企業燃氣設計參考資料(煤氣部分)[M].北京:冶金工業出版社.1978.

2016-05-16

孫素英(1968—),女,高級工程師。電話:15260225795

TF547+.2

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