高炉煤气系统腐蚀分析及喷淋洗涤系统应用

劳广兵

（中冶华天南京工程技术有限公司，江苏南京 210019）

引言

高炉冶炼过程中除了生产铁水之外，还会生成副产物高炉煤气。高炉煤气是一种可燃性气体，可作为钢铁企业的自用燃气，用于高炉热风炉、轧钢加热炉、自备电厂等。高炉煤气含尘量非常大，需要先经过重力除尘器脱除其中的大颗粒灰尘，重力除尘器后的高炉半净煤气含尘量仍可达到10 g/m3，还需要经过进一步除尘后方可利用。高炉煤气精除尘工艺包括干法除尘和湿法除尘两类，干法布袋除尘工艺相对于湿法除尘工艺可以节约大量水，并且由于阻力损失小，可以更充分地利用煤气储存的压力能推动透平做功发电，干法除尘技术已经逐渐取代传统的湿法除尘技术，成为国内高炉煤气除尘技术的首选。但是在高炉煤气干法除尘技术的推广过程中，发现煤气系统的腐蚀问题日益突出。

1 高炉煤气系统腐蚀的危害及原因

国内各大钢铁企业均对高炉煤气系统的腐蚀进行了报道。宝钢1#高炉大修将高炉煤气湿法除尘工艺改为干法布袋除尘，并根据以往的经验对煤气系统进行了多项防腐措施，但是在投产不久后部分煤气系统就出现了严重的腐蚀问题。［1］唐钢、莱钢等企业在采用高炉煤气干法布袋除尘工艺后都出现了不锈钢波纹管腐蚀穿孔或开裂泄漏等问题，研究发现这与高炉煤气中含有的氯元素有很大关系。［2］

贾彩清［3］研究煤气系统的腐蚀机理过程中，认为煤气系统腐蚀需要3个因素：（1）煤气中含有酸性成分；（2）煤气中含水分；（3）煤气温度低于对应压力下水蒸汽的露点温度。

铁矿石是高炉冶炼过程中的重要原材料，在我国主要依靠进口，这些铁矿石在通过船只运输的过程中，需要在表面喷洒海水防止扬尘，铁矿石中渗入的海水，在高炉冶炼过程中，主要以氯离子的形式进入高炉煤气中。高炉煤气中的酸性成分除了海水带入的氯元素外，还有其它过程中产生的SO42-、H2S 等物质。这些腐蚀性气体可以通过湿法除尘溶解或反应除去，以达到煤气除酸的目的。当采用干法除尘时，这些酸性成分以固体颗粒或气体状态存留在高炉煤气中，干法除尘工艺无法将其有效除去。

含有酸性成分的高炉煤气在输运过程中温度不断降低，当高炉煤气温度低于对应煤气压力下饱和水的露点温度，煤气中水分就会凝结，而高炉煤气中含有的酸性成分便会溶解到冷凝水中生成具有强腐蚀性的冷凝液。这些酸性冷凝液极易与金属中的铁发生反应，同时氯离子还可以在焊接点处发生电化学反应，产生点腐蚀坑并逐步扩大加剧［4］。

2 高炉煤气系统腐蚀的应对措施

由于高炉煤气系统腐蚀离不开煤气中的酸性成分和冷凝水，所以为了解决煤气系统腐蚀可以通过从源头上减少酸性成分和水分含量，也可以对高炉煤气进行其它处理减少其中的酸性成分和水，还可以提高煤气系统自身抵抗腐蚀的能力。

2.1 从源头上减少酸性成分和水分

为了控制进入高炉的原燃料中酸性成分的含量，从源头上减轻高炉煤气对系统的腐蚀，可以采取的措施有：（1）对进口铁矿石喷洒淡水或者采取其它物理压尘避免喷洒海水；（2）减少烧结矿中的氯化钙添加量，或者改用无氯添加剂。

干煤气中的酸性成分对煤气管道和设备不具备腐蚀性，只有在含水的条件下产生对煤气系统有强腐蚀性的酸性物质。当高炉炉顶温度超过一定程度后，高温煤气冲击位于高炉中心的气密箱，损坏气密箱，为了减少对气密箱的损坏，需要进行高炉炉顶打水处理。因此通过减少高炉炉顶打水可以减少酸性气体冷凝，进而减轻煤气系统的腐蚀。

2.2 提高煤气系统抗蚀能力

针对高炉煤气系统腐蚀严重，目前国内普遍采取的措施是增加高炉煤气管道壁厚以及补偿器波纹管采用254SMo 替代对氯腐蚀敏感的316L，增加管道壁厚可以延长管道寿命，但是壁厚过大会导致管道和支架成本显著增加，而254SMo 不锈钢价格非常昂贵，仅适用于波纹管补偿器中，用在煤气管道中不切实际。

不少企业尝试在高炉煤气管道内壁喷涂酚醛环氧防腐涂料，该涂料可有效应对高炉煤气中的酸性成分，但是酚醛环氧涂料为易燃物，它里面含有可挥发性的易燃溶剂，所以此涂料喷涂的位置必须远离明火，而且此涂料一般用两三年就会脱落失效。

一些企业开始尝试开发低成本、高耐蚀性材料，如鞍钢开发出耐侯钢制管材，耐蚀效果明显。马钢自主开发耐酸性腐蚀Q345NS 板材，可提高煤气管道的耐腐蚀性能，通过实验室、现场挂片试验，耐蚀效果明显，且管道不需刷漆，利用钢板钝化层防腐，第一年管道呈红锈，后渐渐发乌发青，通过在管内挂片试验，计算材质的腐蚀速率为0.018 mm/a，相对Q345B 的腐蚀率为28.6%，耐蚀寿命约为Q345B的3.5倍，管道的长寿命可期。

2.3 煤气洗涤脱酸处理

高炉煤气采用湿法除尘时，煤气系统腐蚀并不明显，故对干法除尘后的煤气进行洗涤除酸能减少煤气中的酸性成分。目前对煤气进行洗涤除酸主要有管道喷淋和洗涤塔喷淋两种，管道喷淋装置投资小、水量少，能够一定程度上减少煤气中酸性成分含量，提高煤气系统寿命，但是由于煤气管道管径小、煤气流速大，煤气在喷淋管道中的停留时间短，另外，喷淋水滴停留时间短，进一步缩短煤气与水滴的接触时间，而且洗涤后的煤气中机械水含量较高，一般还需配套增加旋流板脱水器。洗涤塔喷淋装置虽然一次投入费用高，但是能很好地解决管道喷淋的缺点，处理效果要比管道喷淋好很多。

3 喷淋洗涤系统原理及改进措施

3.1 工艺简述

在TRT 或者调压阀组后的低压煤气管道上设置喷淋洗涤塔，可以有效除去高炉煤气中的大部分酸性成分，再通过设置在塔顶的填料层除去高炉煤气中的机械水。喷淋洗涤系统主要设备由洗涤塔本体和水处理系统组成。

3.2 工作原理

高炉煤气从喷淋洗涤塔下部进入，通过入口管道进入塔体下部。在入口上方设有分流板，使煤气能够均匀地分布在喷淋洗涤塔整个截面。洗涤塔中间设有水喷雾的多层大口径螺旋喷嘴，高炉煤气在喷淋塔内由下向上流动，在上升过程中与设置在塔中间的多层喷嘴喷出的雾化水滴充分接触，不仅煤气能够通过热交换快速降温，而且水滴可很好地吸附煤气中的酸性气体和颗粒，完成煤气的降温和煤气中酸性成分的吸收。经过喷淋洗涤后的高炉煤气中含有大量的机械水，煤气继续上升进入填料层，经过水滴捕集层脱出一部分机械水后，再经不锈钢丝网层进一步脱出煤气中所夹带的机械水后，由洗涤塔的顶部出口管引出。高炉煤气中的酸性气体和颗粒被吸收到喷淋冷却水中，形成具有腐蚀性的液体在塔底汇集。见图1。

洗涤后的冷凝液经过U 形水封后排到热水池，通过碱液储罐向热水池里加碱，碱液储罐是通过自动控制系统加碱使热水池里的水呈中性，热水池里的水由一次提升泵加压送至斜管沉淀器进行沉淀，沉淀后回水自流至中间水池，再由二次提升泵加压送至浅层过滤器进行过滤，过滤后的循环水利用余压自流至冷却塔进行冷却，冷却后的循环水经供水泵加压后供洗涤塔喷淋使用。由于循环水中有少量难溶物质无法通过水处理除去，为了避免不断富集，在冷却塔设置小流量连续排污，排污水送到污水处理厂集中处理。

3.3 喷淋洗涤系统改进措施

马钢2#高炉于2017年停炉大修，将高炉煤气湿法除尘改为干法除尘，并在TRT/调压阀组后增加喷淋洗涤塔，喷淋洗涤系统可以很好地降低煤气管网温度，并除去煤气中的酸性成分，但是在施工和运行中也暴露出一些问题：

（1）不锈钢丝网购买来为大块状，通过洗涤塔上椎体DN600圆形人孔安装不便。

（2）运行几个月后，业主反映喷枪经常堵塞。

（3）运行几个月后，业主反映喷淋碱液对管道系统腐蚀严重，且碱液容易形成水垢堵塞管道。

马钢1#高炉于2018 年停炉大修，根据2#高炉暴露出的问题，在新建1#高炉喷淋洗涤系统时采取了一些改进措施，1#高炉喷淋洗涤系统暴露的问题得到解决，改进措施有效。具体改进措施如下：

（1）减少一层喷枪。喷淋洗涤水经过处理后循环利用，随着循环次数的增多，循环水硬度不断增大，容易形成水垢堵塞喷嘴。为了避免喷嘴被堵塞，本次设计时减少一层喷枪，增大每个喷嘴的流量，使喷嘴孔径增大，降低了喷嘴堵塞的几率。

（2）修改了喷嘴布置，使喷嘴形成的雾化区域既能有效覆盖塔内，也能降低喷嘴直接喷向塔壁的水量，减少壁流现象，提高水的利用率。

（3）两层喷嘴错开布置，即使一层喷嘴有个别堵塞，另一层喷嘴也能实现整个截面全覆盖，确保水和煤气充分接触，提高降温除酸效果。

（4）采用喷淋水代替喷淋碱液。喷淋液除去煤气中的酸性物质主要是通过循环水吸收，马钢2#高炉喷淋洗涤系统运行表明喷淋碱液和直接喷淋水效果一样，本次采取直接喷淋水，可以有效防止碱液对管道的腐蚀。

（5）筒体上部锥段2 个DN600 圆形人孔改为2个1.2×1.1 m 方形人孔，方形人孔开孔较大，方便丝网安装。

（6）设置了高密度沉淀器等深度水处理设施。通过设置深度水处理设施，可将循环水中大颗粒悬浮物沉底，并通过加药将水进行软化，改善了循环水水质，避免了喷嘴和管道因结垢造成系统堵塞，并延长了循环水使用时间。

4 结论

高炉煤气中的Cl、S 等酸性成分对煤气系统的腐蚀已成为高炉煤气干法除尘工艺推广过程中不可忽略的问题。受原燃料供应和工艺要求的限制，降低高炉煤气生成时的酸性成分和水分含量较难实现；提高煤气系统抗蚀能力成本较高或技术不成熟，难以有效低成本解决煤气系统腐蚀。煤气喷淋除酸系统可以去除煤气中的酸性成分，有效减缓后续煤气系统腐蚀。文中介绍了高炉煤气喷淋除酸系统工艺流程，并结合马钢2#高炉新增喷淋洗涤系统存在的问题，提出解决措施并运用到马钢1#高炉新增喷淋洗涤系统中，运行结果良好，可为今后解决高炉煤气系统腐蚀提供参考。