高爐煤氣脫氯防腐技術(shù)的研究與應用①

孫素英，臧　鎮(zhèn)

(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(shù)的研究與應用①

孫素英，臧鎮(zhèn)

(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(chǎn)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(chǎn)大幅度提高噴煤和進口礦石的配比，以及高爐余壓發(fā)電項目的普及，高爐煤氣干式除塵技術(shù)普遍應用在煤氣凈化處理系統(tǒng)中；干式除塵運行中發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)，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(tǒng)主要分為噴堿塔系統(tǒng)、堿液系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、外部管道及配套工藝系統(tǒng)等；系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)煤氣冷凝水的pH值，使冷凝水達到中性；整個系統(tǒng)可以長期、連續(xù)、穩(wěn)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(jīng)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(huán)液及混合后的新堿液充分接觸，進行傳熱、傳質(zhì)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(jīng)過加藥和補水后由循環(huán)泵送噴淋塔循環(huán)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(tǒng)示意圖

2　系統(tǒng)介紹

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

2.1噴堿塔系統(tǒng)

噴堿塔為鋼制圓筒殼體構(gòu)造，塔內(nèi)壁刷涂一層特殊的防腐涂料，塔內(nèi)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(huán)堿液水換熱、換質(zhì)，發(fā)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(zhì)。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(jié)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(chǎn)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(tǒng)中，氣液間發(fā)生強烈的傳質(zhì)、傳熱過程，絕大部分帶有塵粒和有害物質(zhì)的液滴返回循環(huán)水系統(tǒng)，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(zhì)，將導致下游管道的運行環(huán)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(qū)安裝流線形導流錐，迫使中心氣流向塔壁運動，消除中心區(qū)渦流的形成，提高脫水除霧效果。安裝阻液環(huán)，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(tǒng)

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(jīng)過自清洗過濾器后，兩者經(jīng)過管道靜態(tài)混合器的充分混合，靜態(tài)混合器的混合過程是靠固定在管內(nèi)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?；旌虾玫膲A液以環(huán)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(huán)系統(tǒng)

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

噴淋工業(yè)水：循環(huán)水泵從循環(huán)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(cè)流向內(nèi)側(cè)，顆粒雜質(zhì)被截留在濾筒外側(cè)；隨著濾筒外側(cè)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(tǒng)迅速打開排污閥，造成濾筒外壓力急劇降低，此時濾筒內(nèi)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(qū)動除污電機工作，帶動濾筒旋轉(zhuǎn)，固定在濾筒外側(cè)的不銹鋼刷對濾筒進行刷洗，保證了濾筒外側(cè)表面的雜質(zhì)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(tǒng)自動關(guān)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(nèi)設置兩臺液下泵，由液下泵排至循環(huán)水池進行循環(huán)。

3　實際應用

某鋼鐵公司高爐煤氣經(jīng)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(jié)水析出，這些煤氣凝結(jié)水的pH值高達1～3，呈強酸性，造成后續(xù)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(chǎn)，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(tǒng)前，高爐煤氣中的腐蝕性氣體成分及冷凝水化驗數(shù)據(jù)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(shù)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(zhì)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(zhì)，則投資巨大，增加企業(yè)負擔。

為了解決此問題，在TRT機組后設置了煤氣脫氯系統(tǒng)，該系統(tǒng)由直徑8米的噴堿塔和地上循環(huán)泵站組成。系統(tǒng)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(jié)束語

高爐煤氣脫氯系統(tǒng)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(huán)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(yè)燃氣設計參考資料》編寫組.鋼鐵企業(yè)燃氣設計參考資料(煤氣部分)[M].北京：冶金工業(yè)出版社.1978.

2016-05-16

孫素英(1968—)，女，高級工程師。電話：15260225795

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