钢铁企业高炉煤气脱水设备改进及实践

崔新华

（河北鑫达钢铁集团有限公司 技术部，河北 迁安 064400）

一般钢铁企业用户炼钢厂、轧钢厂广泛使用高炉煤气用来进行钢包、中包和轧钢加热炉的烘烤和加热。

在高炉煤气主管道中，温度约在30～80℃之间，内部含有大量水分和粉尘，下游煤气用户常出现设备损坏，加热效率降低，一般必须对煤气进行脱水、除尘。其中，脱水方式一般采用常规自动脱水器或自行设计的脱水器，通常布置在煤气管道的低点下方，煤气中的水汽随着煤气进行流动，同时沉降到管道底部，管道底部的水分再流到下部的排水器中，从而达到排水的目的。

1 煤气脱水现状

1.1 利用水封装置进行脱水

目前市场上使用的常规脱水器一般水流量小，速度慢，在排水过程中受到户外温降影响比较大，特别是在北方的冬季这种小流量的水分容易凝固结冰，如果保温效果不好，整个排水器就会冻结；还有一种情况是煤气的粉尘和水分混合形成灰桨，整个煤气管道被粘结住。此两种情况均会增加维修成本，也达不到排水的效果。常规脱水器如图1所示。

图1 常规煤气脱水器实物图

这种排水器排除的水分仅是煤气管道中自然冷凝下来的水分，煤气中其它的物理水和机械水还未全部脱离，随着煤气的流动逐渐脱落继而最终到达用户的末端，到达轧钢厂加热炉，会影响加热炉蓄热体的蓄热效果，甚至会造成蓄热体耐材损坏，导致燃烧系统瘫痪；到达炼钢厂中包、钢包烤包器，会影响煤气的燃烧效果，烘烤温度达不到使用要求；到达其它炉窑时，煤气水分的多少直接影响着烘烤温度、煤气的使用量，从而增加了煤气成本。

针对这种常规脱水器的使用效果，由于在煤气管道铺设过程中间隔设置，自动排水，日常维护时如果检查不到位，脱水效果达不到预期。目前许多企业根据现场管道的布置方式和使用情况，自行设计煤气脱水器。

下文介绍一种企业自行设计的煤气脱水装置。

1.2 利用管道阻力进行脱水

有的企业利用管道的多重阻力进行脱水，设计为“H”型、“V”型、“U”型和锥形重力除尘除水器等（见图2），使用效果各有差别，但基本都能达到脱水的效果和目的。

图2 新型“H”型煤气脱水装置实物图

2 煤气脱水器的改进及应用

为了进一步将煤气中的水分清除干净，某钢铁公司自行设计一种新型大型脱水器（见图3），利用增加多通道阻力，使得煤气在流动中多次碰撞阻隔板，机械水和物理水脱落，从而达到煤气脱水的目的。

2.1 工作原理及流程

高炉煤气中含有大量的物理水与机械水，呈现气态和液态，与煤气混合在一起，伴随着煤气的运行而运行，在流动过程中煤气中的气态水分会逐渐变成液态水分，到达煤气用户。此设备中，含水与粉尘的高炉煤气从煤气主管道进入到煤气中转罐内。在煤气中转罐内，煤气中的机械水遇到低位挡板后，在惯性的作用力下受阻上行，从煤气中脱离。随着煤气逐渐通过煤气中转罐内低位挡板和高位挡板之间的通道下行，煤气中的机械水和粉尘不断地受阻而脱离，最后煤气上行通过高炉煤气主管道出口而进入外网煤气主管道（如图3箭头所示）。

图3 大型煤气脱水器结构示意图

在煤气通过中转罐的过程中，由于扩容作用，煤气压力减低，温度逐渐下降，煤气中的物理水分也逐渐析出沉降在煤气中转罐内。

定期人工操作煤气中转罐放水设备进行放水，将煤气中转罐内的水分排除，达到排水的目的。

2.2 主要特点

（1）该煤气脱水设备结构简单，易于制造，操作简便。

（2）该煤气脱水设备主要利用公式PV=NRT中压力、体积和温度的三者关系，即容器扩容体积增大、压力降低，煤气中的温度就会下降，煤气中的机械水由水汽混合物变为液态从而脱落的特性而设计。

（3）该煤气脱水设备根据用户煤气主管道的直径可自行设计煤气中转罐的尺寸，灵活性较大，内部的挡板也可灵活调节大小和间距。

（4）该煤气脱水设备由于大于煤气管道直径，煤气中的水流量排除也比较迅速，所以不需要进行保温处理，在用户厂房外面进行安置即可，由于受到户外温降影响，煤气中的水分冷凝迅速下沉到箱体底部，通过排水阀（需要进行保温处理）排放至相应的积水坑中。

2.3 排水效果

使用此种新型煤气脱水设备，在手动排水时大量的水分和粉尘排出罐外，如图4所示。在现场用户的煤气终端（煤气管道的最末端）未发现有水，用户使用效果较好，煤气燃烧温度提高100℃以上，节省煤气约5%。在实际的现场应用跟踪中，以蓄热式加热炉为例，蓄热体堵塞的情况几乎没有了，使用寿命由以前的6个月提高至12～15个月，较改造前提高2～3倍，大大节约了时间和成本，加热炉热效率也较改造前提高2～3倍左右，煤气使用成本下降5%～8%，脱水效率较常规小型脱水器提高80%~90%。

图4 排水效果现场图

2.4 推广及应用

上述新型大型立式脱水器主要是在煤气管道已经完成铺设后进行改进时使用的，用户也可以根据管道的布置结构及需要确认添加脱水器的位置、管道与脱水器布置的空间大小等，进行自行设计和改造。在充分考虑到煤气压力的同时，在煤气管道线路中添加多个脱水器，可以设计为横向的、三角形的或者方形的，如图5、图6所示。

图5 横向脱水器示意图

图6 三角脱水器示意图

对于用户在煤气管道建设初期考虑到需要对煤气中的水分进行去除进行设计的，可以根据煤气管道的管线布置，设置合理的位置，进行脱水器的安装，一般都在遵循以下几个原则进行设计、安装和维护。

（1）按照用户使用煤气总量的大小设计出总管线的直径和长度；

（2）结合高炉情况预估煤气中的水分，根据管线的总长度设计合理的常规自动脱水器，有的企业规定每50 m一个自动脱水装置；

（3）在管道的位置落差处，可以根据煤气中的水分多少设计新型大型脱水装置；

（4）在设计安装后，一定进行打压测漏实验，确保安装后周边的煤气浓度达到安全值；

（5）在大型脱水装置的最下端，安装排水装置，必须使用双阀门进行控制；

（6）在煤气脱水装置的下方，充分考虑到煤气中排除的水的积聚、储存和后续运输管线的布置，不能随意排放，以免污染环境。

2.5 后续维护措施

对于用户根据管道新型煤气脱水器，日常的维护和使用也非常关键，使用单位需要从以下几个方面进行维护：

（1）日常检查排水阀门（双阀门控制）的开关灵活性，不能出现煤气泄漏情况；

（2）对排水器进行排水时注意排水后期的煤气泄漏，做好防护措施；

（3）在冬季可以添加蒸汽伴热和电加热伴热，做好放水阀门的防冻措施；

（4）在检修期间，打开检修人孔，按照规程进行N2吹扫，合格后，打开排水器的检修人孔，检查内部的隔板是否开焊和变形，对于开焊的需要进行补焊；

（5）对脱水器内部的污泥进行彻底清理；

（6）在日常的检查和维护中，根据季节变化和水分多少制定合理规范的排水频率；

（7）做好日常排水记录和维护台账。

3 结语

钢铁企业使用高炉煤气的效率越来越高，煤气中的水分必须尽可能地去除，主要是考虑到煤气中的水分中含有大量的腐蚀性气体和液体，水分越多，这种腐蚀性物质越多，对于煤气的下游用户产生的损坏也较大，最明显的就是在管道的末端部位的管道腐蚀，用户燃烧器的腐蚀损坏，热工炉窑中耐材的损坏等等。基于安全和成本考虑，将煤气中的水分去除后，有利于煤气管道的长寿命安全使用，也有利于保证下游用户使用安全。