天铁高炉煤气喷碱除氯技术的应用

2019-01-18张佳男天津天铁冶金集团有限公司动力厂河北涉县056404

天津冶金 2019年3期

张佳男（天津天铁冶金集团有限公司动力厂，河北涉县056404）

0 引言

天铁集团铁前新区6#高炉于2009年建成投产，高炉煤气净化系统采用干法布袋除尘，经干法布袋除尘后的高炉煤气会富集酸性离子以及金属离子，而天铁6#TRT或调压阀组出口处的煤气温度多在80～100℃，随着煤气远距离输送后温度降低，导致冷凝出酸性液体或凝结盐垢，致使对我厂外部输送管道及附件和后续用户设备造成腐蚀。

1 腐蚀问题影响

（1）煤气管网腐蚀，使高煤管道壁厚下降，易形成砂眼泄漏；（2）主管线沿线冷凝水排水器本体及阀门等附件结垢生锈，腐蚀后使排水器使用寿命下降且易泄漏；（3）高炉煤气管网沿线波纹补偿器腐蚀，对波纹段及碳钢连接段均有腐蚀造成泄漏点；（4）腐蚀问题对于下游用户也有较大影响，尤其是以高炉煤气为热源燃烧的设备，如燃气轮机、燃气锅炉高炉热风炉等的燃烧室喷嘴结垢堵塞，使热效率降低，增加了设备维修成本和使用成本；（5）对煤气加压站的升压风机转子造成腐蚀进而降低工作效率增加了运行和维护成本。为防范管网和运行设备因腐蚀发生煤气泄漏造成安全事故，延长管网和设备的使用寿命，降低成本，因此去除或降低腐蚀影响极为重要。

2 腐蚀原因分析

高炉煤气管网及相关设备的腐蚀主要为酸性介质造成的，其来源主要有3个方面：（1）在高炉生产时的高温环境中，会使为降低焦比而喷吹的煤粉中的硫元素发生化学反应，而产生的气体硫化物如H2S、SO2、SO3等将混入煤气中，含硫物质溶于煤气冷凝水中后将形成离子，形成酸性溶液；（2）高炉烧结矿为提高强度，多使用CaCl2等含氯辅料，其高温下分解会使大量Cl-等腐蚀性物质进入高炉煤气中，遇水后形成强酸性溶液；（3）进口原料矿的使用，因其在选矿时大量的使用海水，会使海水中的含有硫酸根和氯根离子物质进入到炼铁原料中，另外，在海运的过程中也会喷洒海水，这些含有SO24和Cl-的物质在高炉生产时会混入高炉煤气中。

3 应对措施

3.1 传统处理措施

（1）对于高煤管网腐蚀，在设计时加厚高炉煤气管道壁厚，当出现砂眼时，在高炉煤气管道漏点打瓦，而针对较大区段管道壁腐蚀变薄的在管道底部采取重新包裹处理；（2）冷凝水排水器作为冷凝水的直接回收装置，延线管网上排水器100多个，需每日安排人员巡查，发现问题及时补救或组织更换；（3）波纹管补偿器的材质升级，采用更耐氯离子腐蚀的Incoloy825材质制作不锈钢波纹管，能使其寿命略有提高，但设备成本昂贵，且无法解决根本问题，在波纹管出现较大腐蚀点后，或者离线更换，或者在线进行整体包覆，施工难度大，资金投入成本高。

3.2 天铁铁前新区高炉煤气喷碱除氯技术的引入应用

3.2.1 高炉煤气脱除酸性介质设计方案

高压净煤气经减压阀组或TRT发电后，煤气温度仍维持在80～100℃，煤气输送途中随着温度降低，在管网内析出大量冷凝水，酸性物质溶于水后可形成酸液。因此，考虑将高炉煤气中的酸性介质在并入管网之前脱除，而去除高炉煤气中酸性介质最简单有效的方法就是利用酸碱中和反应原理向其中喷洒碱液，使煤气中溶于水里的酸性介质被碱液中和后，pH值控制在7左右的冷凝水沿排水器排出。为提供一个酸性介质与碱液反应的场所，建设了一台喷碱洗氯脱水装置。

3.2.2 天铁6#高炉煤气脱除酸性介质设计参数

喷碱塔煤气处理量：270 000 Nm3/h；

高炉煤气含湿量：＜50 g/Nm3；

入塔煤气温度：～80℃（最大按110℃考虑）；

出塔煤气温度：48～55℃；

入塔煤气压力：9～13 kPa；

出塔煤气压力：7～11 kPa；

煤气冷凝液pH值：6～7.5；

机械水含量：＜5 g/Nm3；

塔体运行阻力：＜3 kPa。

3.2.3 天铁高炉煤气喷碱除氯装置简述

作为高炉煤气喷碱洗氯装置的喷碱塔，内部排布多组喷嘴，并布置脱水填料等。喷碱塔直径为6 000 mm，塔体高度约23 m，出口高煤管道设有DN400手动卷扬放散阀，整体高度约28.5 m；塔底设有检修用集水池，塔体下锥部设有水封式喷淋循环水回水管，管径DN300，另有DN100检修排污放空管。塔内设置3层喷淋装置及填料脱水层，第1层为喷淋循环水，第2层为喷淋稀释碱液层，第3层为定期反冲洗层。1、2层均为9个喷枪，配有哈氏合金喷嘴；3层为11个碗型喷嘴，脱水填料采用铝合金金属花环。

3.2.4 本喷碱除氯系统工艺流程简述

喷碱除氯装置位于铁前加压站院内，进、出塔高炉煤气管道直径均为DN2400，均与原并网DN2400管道对接，并在原管道上增加DN2400蝶阀和轴向波纹补偿器作为旁通，塔体进、出口管道上设置蝶阀与插板阀作为可靠切断阀门组及电伴热冷凝水排水器，进口管道加设大拉杆型波纹补偿器，对管道进行横向补偿。

高炉煤气从塔体侧下方进入，上方排出，与喷淋液逆向接触，经喷淋后的煤气可以溶解并去除大部分的氯及金属离子物质，再通过塔顶的脱水填料层脱除煤气中含多种离子的机械水，之后煤气通过出口排水器、出口阀组后并入外部管网。塔内脱水填料定期用喷淋水进行反冲洗。喷碱塔对喷淋过程起到一定降温作用，出塔煤气温度可降至～55℃，进一步避免了煤气进入管网后析出大量冷凝水。喷淋回水通过水封式回水管流入煤气喷淋洗涤循环水池，由喷淋供水泵送喷碱塔循环使用，循环水在进喷淋塔使用之前经过自清洗式过滤器，喷淋水循环消耗量约为100 t/h。为控制循环水系统中氯离子浓度，并保证喷淋循环水池有效液位高度，需定期对喷淋回水进行排放，同时补充工业新水进行置换，排水送至6#高炉水冲渣冷水池进行串级使用或集中处理，池内设置在线超声波液位计，根据液位启停排污泵。煤气中和洗涤液采取边混合稀释边喷淋方式，碱液通过计量泵抽取注入管道静态混合器中，与软化水混合稀释后，随软化水送至喷碱塔的洗涤液层喷嘴，稀释后的碱液理论用量约12～14 m3/h。煤气出塔后的冷凝水排水器设置有在线pH值监测装置，其数据引至微机显示，以便调整碱液添加量，使塔后冷凝液pH值控制在6～7.5范围内。洗涤液根据冷凝水pH值不定期配置使用。