熱管式煤氣加熱器腐蝕原因分析

杜秀萍，王康健，熊梅，徐德新

（南京圣諾熱管有限公司，江蘇 南京210009）

分離式熱管換熱器主要用于鋼鐵廠余熱回收。利用煉鐵廠廢煙氣的余熱加熱進(jìn)爐的煤氣和空氣。熱煙氣、空氣和煤氣相互分離，不會(huì)因煤氣泄漏而造成相互竄漏。因而，比一般氣氣換熱器安全［1］。圖1為分離式熱管換熱器示意圖。某廠高爐煤氣采用干法除塵后，用于自備電廠發(fā)電。高爐煤氣送至電廠后，先經(jīng)分離式熱管換熱器加熱，再進(jìn)鍋爐燃燒。最初，分離式熱管換熱器的煤氣加熱部分使用1個(gè)月后，就因腐蝕嚴(yán)重而失效。經(jīng)分析煤氣中硫離子和氯離子含量較高，且含水量也很高。在煤氣降溫的過程中，飽和水凝結(jié)成機(jī)械水，形成硫酸、鹽酸，造成腐蝕。濕法除塵時(shí)，煤氣經(jīng)水沖洗，煤氣中的硫離子和氯離子溶于水，因此不會(huì)造成后道設(shè)備的腐蝕。鑒于該原因，該廠在TRT發(fā)電后的煤氣管道上加裝了堿水噴淋裝置。并更換了新的換熱器。冷凝水的pH值從噴淋前的1～2，提高到噴淋后的5～6。但是，新設(shè)備使用3個(gè)月后，換熱效果明顯下降。打開人孔觀察發(fā)現(xiàn)換熱翅片管堵塞嚴(yán)重，且伴有腐蝕現(xiàn)象。我們就新設(shè)備的堵塞和腐蝕進(jìn)行了分析，并探討了解決方法。

圖1 分離式熱管換熱器

1 煤氣加熱器的腐蝕情況

圖2為分離式熱管換熱器翅片管堵塞和腐蝕情況照片。停機(jī)后，從人孔觀察發(fā)現(xiàn)，管束堵塞嚴(yán)重，而且腐蝕明顯。該現(xiàn)象從第一排管束到最后管束一排均有發(fā)生。前幾排腐蝕較為嚴(yán)重，有些翅片管的翅片全部被腐蝕掉了。煤氣走向?yàn)閺恼掌淖髢A向右。和之前不同的是：這次大部分換熱管上結(jié)滿堵塞物。而且，附著在換熱管上的堵塞物十分堅(jiān)硬，很難從翅片管上剝離。從煤氣加熱器的輸水口取冷凝水樣，測試?yán)淠乃釅A度約為：pH值為5。從翅片上提取堵塞物，用X射線衍射分析其物相。經(jīng)分析，這些堵塞物為碳酸亞鐵，未檢出其他物相。圖3為X射線衍射峰值掃描圖。

圖2 翅片管堵塞和腐蝕情況照片

圖3 X射線衍射掃描圖

2 原因分析和解決措施

經(jīng)X射線衍射分析認(rèn)為堵塞物為碳酸亞鐵。應(yīng)該是碳酸和鐵的反應(yīng)產(chǎn)物。

煤氣中含有CO2，當(dāng)煤氣中再含機(jī)械水時(shí)，CO2溶于水生成碳酸。碳酸和鐵反應(yīng)生成碳酸亞鐵。因碳酸鐵亞不溶于水，其生成物沉淀在翅片管表面，并在高溫下結(jié)成硬塊，形成堅(jiān)硬的堵塞物。其反應(yīng)方程式如式（1）、式（2）。

即使煤氣經(jīng)過堿水沖洗，硫和氯的含量很少。但只要存在機(jī)械水，由于二氧化碳的存在設(shè)備同樣會(huì)被腐蝕。實(shí)際上在煤氣管道中出現(xiàn)碳酸亞鐵的鱗狀物并不少見。另外，即使煤氣經(jīng)過堿水沖洗，也不可能100%去除硫化物和氯化物。前幾排腐蝕嚴(yán)重，應(yīng)是硫化物和氯化物的貢獻(xiàn)。

根據(jù)文獻(xiàn)［2］介紹：高爐煤氣中水含量約40g／m3，煤氣的露點(diǎn)約60℃，高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（TRT）出口溫度在70℃以上。但經(jīng)噴堿水后，含水量肯定高于40g／m3，而煤氣溫度會(huì)進(jìn)一步下降，結(jié)果會(huì)冷凝出大量機(jī)械水。正是這些機(jī)械水的存在造成了設(shè)備的腐蝕。因此，脫除機(jī)械水應(yīng)是比較好的防腐和防堵的方法。

3 煤氣機(jī)械水脫除方法

高爐煤氣中的水分來源于：高爐爐料中的氫化物和為了滿足布袋溫度要求的爐頂打水降溫的水，以及之后的噴堿水除鹽、除酸的水。噴堿水后設(shè)備中裝有絲網(wǎng)除霧器，但其除水效果不理想。因此，進(jìn)入換熱器的機(jī)械水含量較高。煤氣脫水有吸收法、冷凍法和機(jī)械法。吸收法和冷凍法脫水效率高，不但可脫除機(jī)械水，同時(shí)可脫除溶解在煤氣內(nèi)的水分，可降低煤氣的露點(diǎn)。但這兩種方法運(yùn)行成本高，并且系統(tǒng)阻力大。較為經(jīng)濟(jì)的方法是機(jī)械法。雖然機(jī)械法只能脫除機(jī)械水，但是造成設(shè)備腐蝕的也就是機(jī)械水。機(jī)械法中有絲網(wǎng)脫水法、旋流板脫水法和拆疊板脫水法。這3種方法的性能比較如表1所示。從各方法的性能看拆疊板脫水法的各種性能最好，不但脫水效率高，而且系統(tǒng)阻力小，運(yùn)行成本也低。所以，建議在煤氣噴堿水后，使用拆疊板除霧器有助于解決后道換熱器的腐蝕和堵塞問題。脫除煤氣中的機(jī)械水還可提高煤氣的燃燒熱值［3］，減少煤氣加熱器的升溫負(fù)擔(dān)。各種機(jī)械脫水方法的性能見表1。

表1 各種機(jī)械脫水方法的性能比較［4］

4 結(jié) 語

干法除塵的高爐煤氣經(jīng)除鹽、除酸后，煤氣加熱器管束仍然被腐蝕的原因主要是由于煤氣中的機(jī)械水含量較高，水和煤氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸腐蝕設(shè)備。腐蝕產(chǎn)物碳酸亞鐵沉結(jié)在翅片間，造成堵塞。為了解決煤氣加熱器腐蝕和堵塞問題，建議在系統(tǒng)中使用拆疊板除霧器，在煤氣加熱前先脫除煤氣中的機(jī)械水，可有效防止換熱設(shè)備的腐蝕和堵塞。還可提高煤氣的燃燒熱值，減少煤氣加熱器的升溫負(fù)擔(dān)。

［1］ 張紅，楊峻，莊駿.熱管節(jié)能技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［2］ 陳小東，鄧萬里.高爐干法除塵后煤氣管道腐蝕情況分析及對策［J］.冶金能源，2011，30（6）：16－19.

［3］ 談付安.高爐煤氣含水量對煤氣熱值的影響［J］.冶金動(dòng)力，2006，116（4）：23－24.

［4］ 肖立春，李強(qiáng)，丁志江，等.煤氣脫水技術(shù)綜述［J］.河北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，27（4）：24－25.