干法除尘系统的高炉煤气管路防腐.pdf

2024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER干法除尘系统的高炉煤气管路防腐施万玲，邱晟华，李君，周亚军，夏朝晖（中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉 430223）【摘要】高炉干法除尘系统在TRT之后的煤气管道极易发生腐蚀，其主要原因是高炉煤气里的氯盐溶于煤气析出水后产生酸性溶液，与管道发生了化学反应。煤气管路的防腐可以采用喷涂防腐材料、耐腐蚀的特殊管道等被动防腐方法，也可以采用控制高炉煤气的含湿量和含盐量的主动防腐方法，同时，需要在管道设计上进行优化，使煤气管道尽快排出冷凝水，减少酸性溶液与管路作用时间，以减缓高炉干法除尘系统煤气管路腐蚀。【关键词】高炉煤气管道防腐；含湿量；露点温度【中图分类号】TQ547.8 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）02-0023-04 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Anti-corrosion of Blast Furnace Gas Pipeline in Dry Dedusting SystemSHI Wanling,QIU Shenghua,LI Jun,ZHOU Yajun,XIA Zhaohui(WISDRI Engineering&Research Incorporation Ltd.,Wuhan,Hubei 430223,China)【Abstract】The gas pipeline is easy to be corroded when the dry dedusting system of blast furnace is after TRT,the main reason is that the chlorine salt in the blast furnace gas dissolves in the gas to precipitate water to produce an acidic solution,and the pipeline undergoes a chemical reaction.The anti-corrosion of the gas pipeline can adopt passive anti-corrosion methods such as spraying anti-corrosion materials and adopting corrosion-resistant special pipelines,as well as active anti-corrosion methods of controlling the moisture content and salt content of the blast furnace gas.At the same time,it is necessary to optimize the pipeline design,so that the gas pipeline can eliminate condensate as soon as possible to reduce the acidic solution and pipeline action time,leading to slowing down the corrosion of the gas pipeline.【Keywords】blast furnace gas pipeline corrosion protection;moisture content;dew point temperature引言高炉干法除尘串联余压透平发电（TRT）系统，因其除尘效率高、节水、发电量高且系统能耗低等优点，成为高炉煤气余能回收的首选方案。但采用高炉干法除尘系统的 TRT 透平机内容易出现积盐1，TRT出口净煤气管道腐蚀严重2的问题成为制约干法除尘系统发展的主要矛盾之一。净煤气管路上补偿器孔蚀开裂、管路阀门及减压阀等部件腐蚀以及净煤气管道管底腐蚀等问题，给煤气管道的安全运行带来了严重的隐患，并影响高炉的正常运行。研究表明，高炉煤气管路腐蚀的主要原因是高炉煤气中含有带氯离子的盐，当高炉煤气温度低于露点温度时，酸性的含氯盐溶于煤气冷凝水，对管路造成腐蚀。高炉中氯元素的主要来源如下。（1）铁矿石在海运过程中由于海水的混入而携带氯化钠等含氯盐。（2）烧结过程中加入氯化钙来改善烧结矿低温还原粉化性能。（3）高炉喷煤时会将煤炭中含有的氯元素带入高炉。（4）焦炭中含有少量的氯元素。232024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER由于氯元素来源广泛，所以通过原料预处理来阻断氯元素进入高炉难度极大。研究发现，高炉内的氯元素在还原氛围中主要以氯化氢气体的形式进入高炉煤气，所以防止煤气管路中的酸性气体腐蚀是主要的研究方向。张琰3提出加保温材料以减少冷凝水量而减缓管路腐蚀；曾邵4等人致力于高炉煤气防腐材料的研究；陈小东、邓万里5针对宝钢干法除尘管道的腐蚀原理提出了通过增设喷淋塔及在喷淋冷却水中添加碱性药剂等措施来降低腐蚀；王树忠6指出以低氯助剂代替喷洒氯化钙控制烧结矿氯含量等防腐措施；党东红7等指出通过减少炉料及氯助剂中的氯元素，控制冶炼过程，并在管道内壁涂抹防腐材料等措施进行防腐。现结合国内钢厂高炉煤气管路腐蚀的情况，对高炉煤气管路腐蚀机理进行分析，提出管路防腐措施。1 高炉煤气干法除尘系统中管路腐蚀机理研究表明，从高炉旋风除尘或重力除尘出口至TRT透平入口的这一段荒煤气管道上，虽然煤气中含有氯离子，但由于煤气温度高没有冷凝水析出，所以这段荒煤气管道没有腐蚀现象，系统运行良好。随着高炉煤气在TRT内减压、降温，煤气中的水分析出，使得氯化氢气体溶于水而产生盐酸或酸性盐，从而导致TRT出口的净煤气管道腐蚀。由以上分析可知，干煤气中的氯离子几乎没有腐蚀性，只有当煤气中有冷凝水析出时，才会产生酸露点腐蚀。通过对TRT出口的净煤气管道腐蚀分析，冷凝水中的酸性盐对管道及管道附件腐蚀主要集中在管道下部。表1列出了国内一些钢厂高炉煤气冷凝水的pH值和氯离子含量8。从表1中数据可知，高炉煤气管道冷凝水 pH 值均小于 4，氯离子含量均高。因此，高炉煤气中的酸性物质尤其是氯化氢气体溶于冷凝水中，是高炉煤气管路产生严重的化学腐蚀的主要原因。综上所述，高炉煤气冷凝水析出与氯离子含量高是形成管路酸露点腐蚀的两个必要因素。针对高炉煤气管道腐蚀原理，提出4种管道防腐方法。2 高炉煤气管道防腐方法2.1 管内使用防腐涂料针对全流程钢铁厂中的煤气管道酸露点腐蚀，管道内壁涂刷耐腐蚀涂料层是减缓腐蚀的较好方法。防腐涂料多由一种或者多种防腐颜料、溶剂、成膜物质及各种助剂混合而成。常有的复合防腐涂料有环氧树脂、聚氨酯、环氧煤沥青涂料、环氧富锌涂料及玻璃鳞片防腐涂料等。经过各大钢厂实践发现，采用干法除尘系统的高炉煤气管道具有温度高、含湿量大、氯含量高的特点，因此采用环氧玻璃鳞片涂料防腐效果更好。2.2 管道坡度设计在早期的全流程钢铁企业中，为了保证煤气管道中的冷凝水与凝结物能及时排出至排水器，煤气管道均有一定的坡度i，且坡度i大于管道挠度转角。为了避免煤气管道落差太大，采用间隔一段距离后反向倾斜安装并在最低点设置水封排水器的设计，坡度设计示意图见图1。该设计方式的煤气管道即使煤气中杂质含量较高，在运行中也未见严重的管道腐蚀情况。现在的钢铁厂煤气管道设计多采用同管底标高的无坡度设计。在无坡度设计下，煤气管道在两片支架间是简支梁，受管道挠度转角影响，两片支架的中间形成下垂挠度h，部分煤气冷凝水将长期聚集于此，无法排入煤气排水器，使得煤气管道管底长期浸润在煤气冷凝水中。由于冷凝水呈弱酸性，这部分管道将长期存在管底酸露点腐蚀。即使管网系统设计了煤气排水器，但因排水器一般设置在靠支架处，不在该段管道跨距的中点，因此，仍有冷凝水聚集于管底，形成酸露点腐蚀，管底腐蚀部位见图2中阴影部分。管道挠度转角计算公式为：表1 高炉煤气管路冷凝水中氯离子含量和pH值单位济钢宝钢某钢厂湛钢氯离子含量/（g/L）19.41106.5521.3pH值1.45122.231.1图1 管道坡度设计示意图242024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER=104qcL348EJ（1）式中：管路挠度转角，（）；qc管道操作荷载，kg/m；L管道跨距，m；E管道材料的弹性模量，kg/cm2；J管道断面惯性矩，cm4。由式（1）可以看出，对于同一管径的管道，管道荷载越大，跨距越大，则管道挠度转角越大，所以对于上面承载其他管道荷载且跨距大的高炉煤气管道，其挠度转角更大，管道底部将长年处于酸露点腐蚀中。因此在含水的煤气管道设计过程中，采用带坡度的设计，并使坡度i大于煤气管道的挠度转角，将会使煤气管道中析出的冷凝水快速流入排水器，避免在管底长期停留，可有效减缓管道的腐蚀速度。2.3 控制高炉煤气含湿量饱和煤气含湿量计算公式为：de=804 P汽P-P汽（2）式中：de工作状态饱和气体的含湿量，g/m3；P煤气绝对压力，Pa；P汽饱和水蒸汽分压，Pa。通过式（2）计算出不同温度下TRT出口高炉煤气达到饱和状态时的含湿量，具体数值见表2。从表2中数据可知，随着煤气露点温度的升高，煤气含湿量升高，且露点温度越高，升高速度越快。露点温度从30 升至60，煤气含湿量增加4倍。假设通过湿法精除尘后的煤气温度为55，煤气压力为0.35 MPa（绝对压力），则TRT入口前煤气含湿量为 38.57 g/m3；假设通过 TRT 煤气温度降到30，出口压力取0.118 MPa，则此时饱和煤气含湿量为30.48 g/m3，此过程冷凝水量很少。如果将出口温度升至40，出口压力同样取0.118 MPa，则此时饱和煤气含湿量为54.56 g/m3，大于TRT入口前煤气含湿量，该系统高炉煤气在TRT出口没有达到饱和状态，将没有冷凝水析出。生产实践表明采用干法除尘系统的 TRT入口前无冷凝水析出，出口有冷凝水析出。分析出口高炉煤气参数为 55、0.118 MPa，达到饱和状态，由 表 2 可知，采用干法除尘后，高炉煤气含湿量为126.31 g/m3。而在TRT前参数为80、0.35 MPa，对应饱和蒸汽含湿量为128.52 g/m3，大于126.31 g/m3，故TRT入口前高炉煤气未达到饱和状态，所以TRT入口无冷凝水析出，出口有冷凝水析出。另外在高炉煤气系统中串联高炉煤气干燥塔9，采用吸附式干燥剂对高炉煤气进行除湿，利用部分热风炉烟气对干燥剂进行再生，也可降低高炉煤气的含湿量，从而降低高炉煤气的露点温度，实现高炉煤气管路系统的无冷凝水运行，实现有效防表2 饱和状态高炉煤气含湿量温度/3040455055605580高炉煤气压力/MPa0.1180.1180.1180.1180.1180.1180.350.35饱和水蒸汽分压/Pa4 3107 4999 74712 55216 02120 27916 02148 238高炉煤气含湿量/（g/m3）30.4854.5672.3995.70126.31166.8438.57128.52注：表2取TRT入口压力为0.35 MPa（绝对压力），出口煤气压力为0.118 MPa（绝对压力）。图2 煤气管道在无坡度设计下管道集水情况示意图252024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER腐，工艺系统简图见图3。干法除尘系统下的高炉煤气携带的水汽比湿法除尘多，在 TRT 出口后的净煤气管道上遇冷凝结，冷凝水溶解了煤气中携带的盐，对管路底部造成严重腐蚀。通过控制高炉矿石、焦炭、煤粉原料的干度，采用高炉脱湿鼓风技术，精确控制高炉炉顶打水等生产措施，可降低高炉煤气的含湿量，降低其露点温度，使煤气露点温度低于环境温度，实现有效防腐。2.4 净煤气管道串联喷淋洗涤塔分析干法除尘与湿法除尘系统煤气管道腐蚀情况，发现湿法除尘系统的高炉煤气管路没有突出的腐蚀问题，原因是湿法除尘是水洗法，经重力除尘或旋风除尘器除尘后，高炉煤气进入湿式塔文或双文系统，依靠喷淋大量水，最终获得净煤气。水洗不仅可以除去煤气的灰尘，同时也可以除去氯离子，且湿法除尘出口煤气温度低，煤气含湿量低。但湿法除尘需要大量的清洗水，且洗涤过程产生大量污水，难于处理，能耗大。为解决该问题，提出一种新的工艺系统。在高炉煤气干法除尘系统的基础上，TRT出口处串联喷淋洗涤塔10，使用双流喷嘴对高炉煤气进行洗涤。高炉煤气进入喷淋洗涤塔，管路管径变大，从而降低煤气流速，使煤气与喷嘴中的细水雾充分接触，降低了高炉煤气中的氯离子含量，增大了后续管路冷凝水的pH值，使其值大于4，实现管道防腐。同时在喷淋洗涤煤气出口处，布置填料脱水器，捕捉高炉煤气冷凝的机械水及喷入未汽化的水。现场可根据高炉煤气温度及含湿量的实时监控数据，调整喷水量，使高炉煤气达到饱和状态，同时有一定的洗涤水排出。相较于大水量的喷淋塔，该系统耗水量少，耗电量小，运行、维护成本低。该方法更适用于高炉煤气含湿量比较大的干法除尘系统，若在TRT出口处高炉煤气已经接近饱和状态，则进入喷淋洗涤塔后，高炉煤气很快将达到饱和状态，此时，喷入的细水雾将对煤气进行洗涤，运行耗水量很低。该方法还有2种改进措施：（1）喷淋水中加入少量的碱，如 NaOH，可更好地吸收煤气中的酸性气体；（2）喷入低于环境温度的水，即使用一部分冷冻水，从而使得除盐后的煤气温度略低于环境温度，该方法可保证后续管路不会再有冷凝水析出，使净煤气管路处于无冷凝水工况运行，从而达到有效防腐。3 结论高炉煤气冷凝水析出与氯离子含量高是形成煤气管路酸露点腐蚀的两个主要因素。针对这两大因素，提出了四种高炉煤气管道防腐的措施。其中涂刷耐腐蚀涂层料、采用管道带坡度设计及采用耐腐蚀的特殊钢材等被动防腐方法，是普适于各个新建钢铁厂的减缓管道腐蚀方法。控制高炉煤气的含湿量，从而达到整个管道系统在无冷凝水的工况下运行，是已有钢铁厂从根本上解决高炉煤气管道腐蚀的方法。净煤气管道串联喷淋洗涤塔，降低煤气管道含盐量是有效缓解煤气管道腐蚀的图3 热风炉烟气干燥高炉煤气工艺系统简图（下转第92页）262024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER口烟气温度180，避免低温烟气超温烧坏布袋。（3）因为干燥后的污泥颗粒对后端分离器的磨损较大，所以系统选择陶瓷多管分离器，以解决干燥后的颗粒分离磨损问题。（4）为了观察干燥后污泥颗粒的气力输送情况，喷射器出口处加装了有透明观察窗的玻璃连接头，可观察疏堵情况。3 结论该污泥烘干焚烧处理系统从湿污泥进仓到干污泥进入锅炉炉膛燃烧，全过程、全系统封闭运行，不产生二次扬尘污染及异味。系统采用DCS控制操作，具有负荷可调、温度可调、物料含水率可调等优势。燃煤锅炉中掺入少量污泥（比例不大于 6%），对燃料燃烧的稳定、锅炉效率、锅炉参数和受热面工作的安全性不会产生不良影响，可有效解决水处理产生的污泥处置问题。污泥干燥燃烧后，不再占用填埋场地，节约了土地资源，同时产生的飞灰与粉煤灰可一起作为建筑材料再生利用，实现了资源合理利用。经过近几年的运行实践，验证了该系统工艺成熟、可靠，是钢铁企业内部处置水处理污泥较好的方案。参 考 文 献 1 赵丽君，张大群，陈宝柱.污泥处理与处置技术的进展 J.中国给水排水，2001（6）：23-25.2 芮新红，周强泰，张宁生，等.煤粉锅炉掺污泥燃烧的计算和分析J.江苏电机工程，2003（6）：24-26.3 李德波，阙正斌，苗建杰，等.燃煤电厂掺烧生活污泥燃烧及环保特性现场试验研究 J.热能动力工程，2023，38（8）：110-117+124.收稿日期：2023-11-17作者简介：赵红兵（1966-），男，工程师，本科，现主要从事安全管理工作。表2 关键设备控制选择及保护设置序号1234设备名称污泥输送机污泥耙式干燥机增压风机罗茨风机调节控制选择变频变频变频变频保护设置过载保护过载、轴承温度、干燥塔烟气出口温度设置联锁保护过载、轴承温度、风机振动、风机出口烟气温度设置联锁保护过载保护（上接第26页）措施。由于各钢铁厂的铁矿石、焦炭、煤粉原料不同，所处的地理位置、大气环境也不同，对于不同的钢铁厂应根据当地的具体情况，设计合理的管道防腐系统。对于南方地区，环境温度通常高于煤气露点温度，建议从工艺源头降低高炉煤气的含湿量，同时根据季节变化辅助以干燥吸附剂来降低高炉煤气含湿量，从而使高炉煤气的露点温度低于环境温度，解决管道腐蚀问题。对于北方地区，在夏季，可从工艺源头上降低高炉煤气的露点温度；在冬季，可采用净煤气管路串联喷淋洗涤装置的方法，降低高炉煤气中氯离子含量。参 考 文 献 1 盖东兴，周全，胡建亮，等.高炉煤气干法除尘系统除盐研究 J.冶金动力，2013（4）：25-26.2 李海军.高炉煤气管道防腐缓蚀新工艺的应用 J.冶金动力，2020（2）：32-35+38.3 张琰.干法除尘高炉煤气的管道腐蚀机理与防护对策研究 D.东北大学，2014.4 曾邵，王天堂，陆士平，等.关于高炉煤气管道防腐蚀材料的选择J.全面腐蚀控制，2012，26（5）：2-5+22.5 陈小东，邓万里.高炉煤气干法除尘后煤气管道腐蚀情况分析及对策 J.冶金能源，2011，30（6）：16-19.6 王树忠.高炉煤气中含氯对煤气系统运行的影响 J.冶金动力，2006（5）：22+24.7 党东红，郜来森.干法除尘高炉煤气腐蚀问题探讨 J.冶金动力，2007（6）：24-25.8 钟丽娜.钢厂煤气管道内腐蚀原因及防腐涂料的选用 J.冶金动力，2022（1）：33-35+58.9 施万玲，吴炳成，夏朝晖.热风炉烟气使高炉煤气脱湿的研究 J.冶金动力，2018（4）：21-23.10 中冶南方工程技术有限公司.一种高炉煤气脱除酸性气体的洗涤塔：CN202020459395.2 P.2021-01-05.收稿日期：2023-12-05作者简介：施万玲（1985-），女，高级工程师，硕士，现从事钢铁厂燃气设计及节能研究工作。92