热管式煤气加热器腐蚀原因分析

杜秀萍，王康健，熊梅，徐德新

（南京圣诺热管有限公司，江苏 南京210009）

分离式热管换热器主要用于钢铁厂余热回收。利用炼铁厂废烟气的余热加热进炉的煤气和空气。热烟气、空气和煤气相互分离，不会因煤气泄漏而造成相互窜漏。因而，比一般气气换热器安全［1］。图1为分离式热管换热器示意图。某厂高炉煤气采用干法除尘后，用于自备电厂发电。高炉煤气送至电厂后，先经分离式热管换热器加热，再进锅炉燃烧。最初，分离式热管换热器的煤气加热部分使用1个月后，就因腐蚀严重而失效。经分析煤气中硫离子和氯离子含量较高，且含水量也很高。在煤气降温的过程中，饱和水凝结成机械水，形成硫酸、盐酸，造成腐蚀。湿法除尘时，煤气经水冲洗，煤气中的硫离子和氯离子溶于水，因此不会造成后道设备的腐蚀。鉴于该原因，该厂在TRT发电后的煤气管道上加装了碱水喷淋装置。并更换了新的换热器。冷凝水的pH值从喷淋前的1～2，提高到喷淋后的5～6。但是，新设备使用3个月后，换热效果明显下降。打开人孔观察发现换热翅片管堵塞严重，且伴有腐蚀现象。我们就新设备的堵塞和腐蚀进行了分析，并探讨了解决方法。

图1 分离式热管换热器

1 煤气加热器的腐蚀情况

图2为分离式热管换热器翅片管堵塞和腐蚀情况照片。停机后，从人孔观察发现，管束堵塞严重，而且腐蚀明显。该现象从第一排管束到最后管束一排均有发生。前几排腐蚀较为严重，有些翅片管的翅片全部被腐蚀掉了。煤气走向为从照片的左倾向右。和之前不同的是：这次大部分换热管上结满堵塞物。而且，附着在换热管上的堵塞物十分坚硬，很难从翅片管上剥离。从煤气加热器的输水口取冷凝水样，测试冷凝水的酸碱度约为：pH值为5。从翅片上提取堵塞物，用X射线衍射分析其物相。经分析，这些堵塞物为碳酸亚铁，未检出其他物相。图3为X射线衍射峰值扫描图。

图2 翅片管堵塞和腐蚀情况照片

图3 X射线衍射扫描图

2 原因分析和解决措施

经X射线衍射分析认为堵塞物为碳酸亚铁。应该是碳酸和铁的反应产物。

煤气中含有CO2，当煤气中再含机械水时，CO2溶于水生成碳酸。碳酸和铁反应生成碳酸亚铁。因碳酸铁亚不溶于水，其生成物沉淀在翅片管表面，并在高温下结成硬块，形成坚硬的堵塞物。其反应方程式如式（1）、式（2）。

即使煤气经过碱水冲洗，硫和氯的含量很少。但只要存在机械水，由于二氧化碳的存在设备同样会被腐蚀。实际上在煤气管道中出现碳酸亚铁的鳞状物并不少见。另外，即使煤气经过碱水冲洗，也不可能100%去除硫化物和氯化物。前几排腐蚀严重，应是硫化物和氯化物的贡献。

根据文献［2］介绍：高炉煤气中水含量约40g／m3，煤气的露点约60℃，高炉煤气余压透平发电装置（TRT）出口温度在70℃以上。但经喷碱水后，含水量肯定高于40g／m3，而煤气温度会进一步下降，结果会冷凝出大量机械水。正是这些机械水的存在造成了设备的腐蚀。因此，脱除机械水应是比较好的防腐和防堵的方法。

3 煤气机械水脱除方法

高炉煤气中的水分来源于：高炉炉料中的氢化物和为了满足布袋温度要求的炉顶打水降温的水，以及之后的喷碱水除盐、除酸的水。喷碱水后设备中装有丝网除雾器，但其除水效果不理想。因此，进入换热器的机械水含量较高。煤气脱水有吸收法、冷冻法和机械法。吸收法和冷冻法脱水效率高，不但可脱除机械水，同时可脱除溶解在煤气内的水分，可降低煤气的露点。但这两种方法运行成本高，并且系统阻力大。较为经济的方法是机械法。虽然机械法只能脱除机械水，但是造成设备腐蚀的也就是机械水。机械法中有丝网脱水法、旋流板脱水法和拆叠板脱水法。这3种方法的性能比较如表1所示。从各方法的性能看拆叠板脱水法的各种性能最好，不但脱水效率高，而且系统阻力小，运行成本也低。所以，建议在煤气喷碱水后，使用拆叠板除雾器有助于解决后道换热器的腐蚀和堵塞问题。脱除煤气中的机械水还可提高煤气的燃烧热值［3］，减少煤气加热器的升温负担。各种机械脱水方法的性能见表1。

表1 各种机械脱水方法的性能比较［4］

4 结 语

干法除尘的高炉煤气经除盐、除酸后，煤气加热器管束仍然被腐蚀的原因主要是由于煤气中的机械水含量较高，水和煤气中的二氧化碳反应生成碳酸腐蚀设备。腐蚀产物碳酸亚铁沉结在翅片间，造成堵塞。为了解决煤气加热器腐蚀和堵塞问题，建议在系统中使用拆叠板除雾器，在煤气加热前先脱除煤气中的机械水，可有效防止换热设备的腐蚀和堵塞。还可提高煤气的燃烧热值，减少煤气加热器的升温负担。

［1］ 张红，杨峻，庄骏.热管节能技术［M］.北京：化学工业出版社，2009.

［2］ 陈小东，邓万里.高炉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.

［3］ 谈付安.高炉煤气含水量对煤气热值的影响［J］.冶金动力，2006，116（4）：23－24.

［4］ 肖立春，李强，丁志江，等.煤气脱水技术综述［J］.河北大学学报：自然科学版，2007，27（4）：24－25.