高炉煤气干法除尘工艺对下游工序的影响

管宏飞（天津天铁冶金集团有限公司动力厂，河北涉县056404）



高炉煤气干法除尘工艺对下游工序的影响

管宏飞
（天津天铁冶金集团有限公司动力厂，河北涉县056404）

［摘要］介绍了高炉采用煤气干法除尘工艺以后对下游工序用户锅炉、TRT系统造成的影响：腐蚀和堵塞，分析了造成腐蚀和堵塞的原因，通过改进操作方法、改变材质、加强监测、改善检修工艺等措施有效延缓了锅炉、TRT系统的腐蚀和堵塞。

［关键词］高炉煤气；干法除尘；锅炉；腐蚀；堵塞

1　引言

天铁集团高炉都配备了高炉煤气余压回收透平发电装置（Blast Furnace Gas Top Pressure Recovery TurbineUnit），即TRT装置，同时为了更好地利用高炉煤气的热能、压力等能源来推动TRT装置做功和发电，高炉全部采用了干法除尘工艺，而淘汰了湿法除尘工艺。但是因湿法除尘工艺的取消，高炉煤气中的酸性气体和成分无法去除，只能被带入下游工序用户中。随着输送管网的延长和煤气温度的降低，冷凝水逐渐析出，酸性气体和成分溶入其中，形成了具有高酸性的腐蚀溶液，对管网及其附属设备的寿命和使用造成严重影响，从而成为制约锅炉、TRT煤气管道及其附属设备安全运行的主要因素。同时高炉煤气中的粉尘、颗粒物和管道锈蚀物由于冲刷和阻力的作用，慢慢在管道下层聚集和堆积，堵塞管道，影响用户的使用。

2　影响情况分析

2.1对TRT系统的影响

采用干法除尘工艺后，经过一段时间的运行，高炉煤气管道上和TRT大型阀门上的不锈钢波纹补偿器上出现不同程度的腐蚀穿孔、焊缝腐蚀和开裂等现象，造成高炉煤气泄露和设备非正常停机检修。一方面，高炉煤气的泄露给现场作业人员带来了安全隐患；另一方面，大大降低了设备的有效生产时间，使设备的利用效率下降，降低了经济效益。

2.2对锅炉系统的影响

（1）锅炉煤气系统管道的腐蚀

自高炉采用干法除尘工艺后，锅炉高炉煤气管道泄露成为了制约安全生产的难题。通过对现场管道的检查和分析，由于管道内外温差形成的冷凝水的存在，腐蚀基本都发生在被冷凝水覆盖的部分，由内向外逐渐腐蚀，主要体现为管道下部整体变薄、腐蚀穿孔、焊缝点蚀等。最容易发生腐蚀的主要部位有高炉煤气分支管道底部、下部焊口、连接法兰焊口、放散管根部焊口、仪表管根部焊口等。

（2）锅炉煤气系统管道的堵塞

由于管道中冷凝水的存在，在高炉煤气的流动过程中，随着管道阻力和高炉煤气流速的变化，越来越多的粉尘颗粒物和管道锈蚀物沉积在管道底部，一方面使管道流通面积变小，进一步加剧了管道堵塞，另一方面使管道长期处于潮湿状态，加剧了管道的腐蚀。

（3）锅炉一级空气预热器的腐蚀和堵塞

高炉煤气进入炉膛燃烧后，其中的杂质并不参与燃烧，而是随着烟气通过高温过热器、低温过热器、二级省煤器、二级管式空气预热器、一级省煤器、一级管式空气预热器、锅炉尾部烟道进入烟囱排入大气中，在通过一级管式空气预热器时，由于流通面积的变化和温度的降低，在预热器出口会有凝结水析出，煤气杂质逐渐被吸附在其中。随着锅炉运行时间的延长，部分管子就会被堵塞和腐蚀，严重者用高压水都无法疏通，无法保证锅炉正常运行。

3　腐蚀和堵塞原因分析

3.1 TRT系统波纹补偿器腐蚀原因

通过对TRT高炉煤气管道和大型阀门上波纹补偿器腐蚀部位的分析，发现其全部位于不锈钢波纹管下部的波峰上，究其原因为波峰处易集聚冷凝水，与煤气中的酸性杂质和粉尘形成酸性溶液，从内部逐渐向外部腐蚀波纹补偿器，从而造成大面积点腐蚀穿孔。通过查找资料得知，对于316L材质的波纹管，随着冷凝水中Cl-含量的升高，其抗腐蚀性会逐渐下降，当Cl-含量＜240 mg/L时，其拥有相当好的耐腐蚀性能，但是当Cl-含量＞360 mg/L时，其耐腐蚀性能会迅速下降，再加上煤气温度的变化而导致的应力变化，波纹补偿器波峰处极易发生腐蚀，出现大面积穿孔，并流出黄色或红色凝结物，严重的甚至出现裂口（如图1、图2所示）。

图1　补偿器腐蚀图

图2　补偿器裂口图

高炉煤气冷凝水中呈酸性，主要是由于高炉喷煤工艺中加入了白云石和炼铁时使用了经过海运的国外铁矿石，其中混入了含有氯的酸性物质，而高炉干法除尘无法有效净化这些酸性物质，通过煤气的携带进入管网中，再溶解到管道冷凝水中，形成了具有强烈腐蚀性的酸性溶液。

3.2锅炉煤气系统管道腐蚀和堵塞原因

（1）锅炉煤气系统管道腐蚀原因

天铁集团高炉煤气主要气体成分含量见表1。从中可以看出，能溶于水的气体只有CO2，形成碳酸，但其酸性很弱，远远达不到煤气管道表现出来的腐蚀效果，因此在高炉煤气中一定还存在腐蚀性较强的酸性物质，经水处理车间做的水质分析结果显示，管道中的冷凝水pH值为3.5左右，呈强酸性，证明高炉煤气中含有硫化物和氯化物，这才是造成管道腐蚀的直接原因。

表1　高炉煤气主要气体成分含量/V％

高炉煤气在长距离输送过程中，温度会逐渐降低，其所含的水蒸气慢慢分离和凝结，集聚在管道内表面底部，这时高炉煤气中含有硫、氯的气体和杂质会溶解到凝结水中，形成具有强烈腐蚀性的酸性溶液，并与碳钢管道发生化学反应。一方面造成与酸性溶液接触的管道整体腐蚀变薄，另一方面由于管道内表面的不平整和管道焊口焊肉的高低差异，造成与之接触的酸液对其腐蚀程度的差异，而造成局部的穿孔腐蚀。

（2）锅炉煤气系统管道堵塞原因

锅炉煤气管道的堵塞，首先是煤气中的灰尘和颗粒物由于阻力和撞击的作用，落在管道底部，从而与冷凝水混合，使其失去流动性，同时由于混合物的吸附性，在管径较小的地方就会愈积愈多，直至堵塞管道。另外，由于酸液的腐蚀作用，碳钢管道内壁会出现锈蚀物，当煤气压力出现波动时，锈蚀物很容易被冲刷下来并渐渐沉积在管道底部，逐渐将煤气通道堵塞。

3.3锅炉一级空气预热器腐蚀和堵塞原因

在锅炉生产运行过程中，由于各种因素的影响，在一级管式空气预热器处容易出现结露现象，此时烟气温度低于烟气露点，烟气中的水蒸气凝结成水珠挂在预热器管子内壁，而烟气中的氯离子、硫离子则溶于水珠中，生成盐酸和硫酸，使空气预热器管子遭受酸性腐蚀而破损。同时由于酸液聚集在预热器管子内壁，对烟气中的颗粒物具有吸附作用，随着时间的延长造成一级预热器管子堵塞，这属于典型的低温腐蚀，使得空气预热器管的腐蚀、堵塞速度加快，从而导致了预热器的换热和通流能力下降，漏风量增加，降低了锅炉的热效率。

4　解决和改进措施

4.1 TRT不锈钢波纹补偿器腐蚀的解决和改进措施

（1）对TRT入口高炉煤气管道加强保温，减少煤气管道裸露面积，降低高炉煤气的热量散失，提高高炉煤气进口温度，降低凝结水的析出量，避免产生更多的酸性液体。

（2）加强与高炉操作室的联系和协调，及时了解炉况，在保证设备安全运行的前提下，尽可能地提高高炉顶压和煤气温度，增加温差，降低煤气中凝结水的析出几率。

（3）就目前的生产工艺来看，消除高炉煤气中的酸性物质难度较大，故从设备入手，从延长寿命方面进行了适应性改造。经过多方查找资料和与相关单位的联系，决定将不锈钢波纹补偿器材质由316L改为825，先后逐渐在1#～4#TRT上实施，取得了良好的使用效果。在未改变高炉煤气酸性腐蚀性质的前提下，TRT系统的不锈钢波纹补偿器寿命大大延长。

4.2锅炉煤气管道腐蚀、堵塞的解决和改进措施

（1）将部分运行时间长，腐蚀变薄严重的管道进行更换，同时将管道的壁厚由6 mm改为8 mm；建立定期检查制度，检查和测量壁厚，发现薄弱部位及时进行包覆，消除煤气泄漏隐患。

（2）煤气管道每运行一定时间分段开孔对其内部进行水冲洗，一方面可以清除管内杂质和沉积物，防止堵塞；另一方面可有效降低和稀释酸性冷凝水的pH值，延缓其对管道的腐蚀。

（3）管道焊口焊接完成后对其进行加热和敲击，以释放焊接应力，降低发生电化学反应的几率；对于大管径管道，采用焊口内外双层焊接和涂刷防腐层或树脂的办法减缓管道腐蚀。

（4）建议在高炉煤气主管上加装两组环状喷淋管对煤气进行喷淋处理，通过水的吸附去除煤气中的粉尘和酸性物质，喷淋水则通过设置在喷淋管前后的排水器排出，从而降低管道酸性腐蚀，延长管道寿命。

4.3锅炉一级空气预热器腐蚀、堵塞的解决和改进措施

（1）锅炉运行人员要精心操作，及时关注燃烧工况，及时调整配风量，实现高炉煤气的完全燃烧，增加煤气在炉膛内的停留时间，降低其所携带的杂质和颗粒物，延缓一级预热器的堵塞。

（2）建议对锅炉煤气管道进行保温处理，一方面降低煤气的热量散失，一方面降低温差减少冷凝水的析出，从而提高煤气温度，煤气温度越高，越容易实现完全燃烧。

（3）加大热风再循环混合风量，提高一级预热器入口冷风温度，从而降低一级预热器处的冷风与烟气的温差，使预热器处的烟气温度保持在露点以上，减少和避免结露的发生。

（4）在纯烧高炉煤气时，将火焰中心适当上移，提高排烟温度。运行数据表明当锅炉排烟温度提高20～30℃后，虽然锅炉效率降低了一些，但一级预热器管子温度得到了有效提高，降低了低温腐蚀的几率，综合考虑来说，有利于锅炉安全运行。

5　结束语

通过上述改进措施的实施，经过实际运行效果的检验，TRT和锅炉煤气设备检修率大大降低，设备寿命得到了延长，达到了预期目的，保证了设备的安全稳定运行。

Influence of Dry Dedusting Process for BF Gas on Subsequent Process

GUAN Hong-fei
（Power Plant，Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co.，Ltd.，She County，Heibei Province，China 056404）

AbstractThe paper analyzes the influence of dry dedusting process for BF gas on boiler and TRT system belonging to the subsequent processes. Aiming at the problems of stainless steel compensator erosion at TRT system and the erosion and clogging of boiler gas pipeline and air pre-heater at boiler stage 1，measures of improving operation approach，changing material，enhancing supervision and improving maintenance process were taken，which substantially reduced maintenance rate of TRT and boiler gas equipment，prolonged service life and ensuring the safe and stable running of the equipment.

Key wordsblast furnace；gas；dry dedusting；boiler；erosion；clogging

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2016.03.024

收稿日期：2016- 02- 08修回日期：2016- 02- 25

作者简介：管宏飞（1978—），男，工程师，主要从事锅炉检修方面的研究工作。