高爐干法煤氣噴堿塔脫氯效果評(píng)價(jià)的探討

大氣網(wǎng)訊:摘要：近年來(lái),干法除塵工藝得到普遍的應(yīng)用。盡管在布袋除塵后增設(shè)了噴堿塔,但仍出現(xiàn)煤氣與熱風(fēng)管道先后出現(xiàn)腐蝕開(kāi)裂的問(wèn)題。研究提出了通過(guò)直接檢測(cè)噴堿塔前后煤氣氯含量來(lái)評(píng)價(jià)噴堿塔脫氯效果的設(shè)備和方法,比控制噴堿液的pH值更直接、可靠。結(jié)果表明,干法除塵-噴堿塔工藝對(duì)煤氣中氯的脫除率為10%～70%,對(duì)下游工序的裝備存在腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

高爐干法除塵具有設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低、操作靈活、結(jié)構(gòu)緊湊和安全性好等優(yōu)點(diǎn)， 己成為近年來(lái)煉鐵技術(shù)發(fā)展的重要方向之一， 且發(fā)展迅速。新建或改造髙爐系統(tǒng)的除塵工藝普遍采用了干法除塵技術(shù)鋼鐵企業(yè)采用干法除塵后， 先后出現(xiàn)氯元素參與的設(shè)備腐蝕問(wèn)題， 該類問(wèn)題己在較多廠家出現(xiàn)并報(bào)道， 尤其是氣元素參與的腐蝕。為彌補(bǔ)干法布袋除塵工藝在脫除腐蝕介質(zhì)方面的不足， 均在布袋除塵器后增設(shè)了噴堿塔以脫除腐蝕介質(zhì)。生產(chǎn)上， 主要控制噴堿塔循環(huán)水的PH 值呈堿性， 然而， 噴堿塔對(duì)腐蝕介質(zhì)的脫除效果鮮有報(bào)道。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)存在的氯腐蝕問(wèn)題， 本文提出了用檢測(cè)噴堿塔前后煤氣含氯量來(lái)推算脫氯效果的評(píng)價(jià)方法， 以及基于該方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)噴堿塔脫氯效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)， 并指出了干法布袋-噴堿塔的煤氣處理工藝能獲得含塵量低的煤氣， 但其腐蝕介質(zhì)含量仍較高， 仍存在煤氣用戶腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)， 以便引起煉鐵工作者對(duì)防腐工作引起重視。

1 高爐干法煤氣攜帶走大部分腐蝕性氯元素

己有的生產(chǎn)實(shí)踐和己發(fā)表的文獻(xiàn) ， 研究結(jié)果表明：

1 ) 氯元素主要來(lái)源于含鐵爐料、焦炭和煤粉， 帶入量分別約為63% ，31%和6% 。

2 ) 干法除塵工藝中氯元素主要由爐渣、重力除塵灰、布袋灰和凈煤氣帶走， 支出量分別約為14% ，16% ，8% ， 62% 。

3 ) 濕法除塵工藝中氯離子主要由爐渣、重力除塵灰、污泥、洗滌水和凈煤氣帶走， 支出量分別為10% ，12.9% ，1% ，76% ，0.1% 。

干法除塵工藝條件下， 含鐵爐料是氯元素的主要帶入者， 煤氣是氯元素的帶出者， 兩者帶入與帶出的量基本相當(dāng)， 分別為63%和62% 。濕法除塵工藝條件下， 煤氣帶出氣元素量?jī)H為0.1% 。因此， 從煤氣所含腐蝕介質(zhì)的含量來(lái)看， 濕法工藝所獲煤氣較干法更“潔凈”。

也正是基于該原因， 在干法布袋除塵后又增設(shè)了噴堿塔， 通過(guò)噴堿堿液以吸收煤氣中的腐蝕介質(zhì)。

2 增設(shè)噴堿裝置后， 煤氣支管仍發(fā)生因腐蝕而壁厚度減薄的問(wèn)題

Q 鋼熱風(fēng)爐用煤氣經(jīng)噴堿塔脫除腐蝕介質(zhì)， 但煤氣管道仍出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題。煤氣支管設(shè)計(jì)壁厚為8mm ， 運(yùn)行4 年后出現(xiàn)壁厚減薄、漏氣現(xiàn)象， 其壁厚實(shí)測(cè)值見(jiàn)表1 。

由表1可見(jiàn)， Q銅熱風(fēng)爐運(yùn)行4年后各煤氣支管壁厚均有不同程度的減薄， 尤其是下部減薄嚴(yán)重， 最薄處厚度僅為3.36mm， 影響安全運(yùn)行。

2.1 煤氣管道的腐蝕產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)氣元素的腐蝕介質(zhì)

熱風(fēng)爐煤氣支管內(nèi)冷凝液、沉積物的物相分析結(jié)果見(jiàn)表2表。

由表2 可見(jiàn)， 熱風(fēng)爐煤氣支管內(nèi)主要存在以下3 種反應(yīng)：

1 ) 由 煤氣帶來(lái)的氣離子參與的腐蝕過(guò)程。

2 ) 存在鋼材中的鐵元素的氧化反應(yīng)。

3 ) 煤氣管道內(nèi)存在的水蒸汽與溶有陰離子和陽(yáng)離子的冷凝液形成的強(qiáng)電化學(xué)反應(yīng)。

上述3 種反應(yīng)的綜合作用使煤氣管壁厚減薄。

2.2 煤氣支管底部的冷凝液明顯酸性且導(dǎo)電率高

檢修期間從熱風(fēng)爐煤氣支管中取得冷凝液， 檢測(cè)分析( 其pH值及主要腐蝕介質(zhì)的分析)結(jié)果見(jiàn)表3 。

由表3 可見(jiàn)， 煤氣支管中的冷凝液具有酸性較強(qiáng)、氯離子含量高、導(dǎo)電性較強(qiáng)及陽(yáng)離子含量較髙等特點(diǎn)。

綜上所述， 腐蝕性介質(zhì)Cl-、( OH )-等與煤氣支管中的鐵元素反應(yīng)是煤氣支管腐蝕變薄的原因之一; 煤氣中含有的水蒸汽結(jié)露冷凝析出液態(tài)水是促進(jìn)煤氣支管腐蝕的關(guān)鍵因素; 較高含量的腐蝕介質(zhì)溶于液態(tài)水而形成的強(qiáng)酸、髙含量的陰離子和陽(yáng)離子與煤氣支管中的鐵元素形成的強(qiáng)電化學(xué)反應(yīng)是煤氣支管腐蝕變薄的主要途徑。

然而， 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)噴堿塔運(yùn)行管控若僅關(guān)注循環(huán)噴淋液的pH值與Cl-根離子， 來(lái)決定噴堿液的加入量， 顯然是不夠的。若噴堿塔脫除腐蝕介質(zhì)的效率低， 噴淋液并未充分吸收煤氣中的酸根離子和氣離子， 而噴堿液的pH 值與Cl-根離子仍然會(huì)低。因此， 有必要通過(guò)直接檢測(cè)煤氣中的氯含量來(lái)評(píng)價(jià)噴堿塔的脫氯效果。

3 噴堿塔的脫氯效率評(píng)價(jià)方法

該方法包括噴堿塔前后煤氣含氯元素的測(cè)量裝置， 以及利用該測(cè)量裝置所獲得煤氣含氯量， 并推算噴堿塔的脫除率， 具體所用設(shè)備和評(píng)價(jià)方法如下。

( 1 ) 如圖1所示， 為煤氣氯含量檢測(cè)裝置的的連接示意圖， 由濕式氣體流量計(jì)和依次串聯(lián)的3 個(gè)吸收瓶組成， 其中濕式氣體流量計(jì)要求額定流量為0.5m3 /h， 吸收瓶容積要求為0.5-1L。

( 2 ) 濕式氣體流量計(jì)用水為去離子水， 單個(gè)吸收瓶中放入200-300m l 堿性溶液， 要求堿性溶液由去離子水和純NaOH 化學(xué)試劑配制而成， 濃度控制在1.5mol/L 。

( 3 ) 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中， 要注意煤氣泄漏問(wèn)題， 實(shí)驗(yàn)人員要站在上風(fēng)口并佩戴煤氣報(bào)警器，流量計(jì)出口排氣管要放于下風(fēng)口處。

( 4 ) 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)煤氣閥開(kāi)關(guān)程度控制合理的煤氣流量， 流量控制在3-5 L/min ;

( 5 ) 為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性， 要求每個(gè)取樣位置測(cè)量至少3組數(shù)據(jù)， 且每組數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)間控制在30min 左右。

( 6 ) 計(jì)算煤氣中Cl含量

若每次測(cè)量取用V〇體積氫氧化鈉溶液， 均分成三份， 分別加入吸收瓶?jī)?nèi)。實(shí)驗(yàn)前， 記錄濕式氣體流量計(jì)初始流量L0， 高爐煤氣經(jīng)過(guò)三次堿液洗漆后， 再經(jīng)濕式氣體流量計(jì)讀取流量L1 ; 實(shí)驗(yàn)時(shí)間為t ; 此時(shí)， 高爐煤氣中C〇2 含量記為[CO2 ] 。則煤氣中氯元素的含量計(jì)算公式為：

4 經(jīng)噴堿塔脫除腐蝕介質(zhì)的煤氣仍具有較強(qiáng)的腐蝕性

利用上述脫氯效率評(píng)價(jià)方法， 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)噴堿塔前后的煤氣含氣量進(jìn)行測(cè)定， 所獲噴堿塔前后煤氣氯元素含量以及脫除率結(jié)果如下表4 所列。

噴堿塔現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)煤氣含氯量來(lái)看， 噴堿塔的脫氯效果并不理想， 最高脫氯率不足70% ，最低脫氯率不足10% ， 脫氣效果堪憂。噴堿塔后煤氣含氯量在230-700 mg/m3 之間， 對(duì)煤氣管道和用戶產(chǎn)生腐蝕并危害設(shè)備的安全工作也就不足為奇了。

考慮到對(duì)裝備腐蝕影響其壽命和安全運(yùn)行等問(wèn)題， 如下幾個(gè)與腐蝕相關(guān)的問(wèn)題需要煉鐵工作者重視。

1 ) 近年來(lái)， 在非主流礦的應(yīng)用中， 硫含量和氣含量對(duì)煉鐵成本和對(duì)裝備腐蝕的負(fù)面影響并未得到充分考慮或受重視程度不夠。

2 ) 為 降低生產(chǎn)成本， 煤氣中腐蝕介質(zhì)含量或入爐腐蝕介質(zhì)負(fù)荷水平與加堿量間仍未形成相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3 ) 管 道內(nèi)壁防腐涂料的使用效果受工作溫度的影響較大， 髙溫下防腐涂料的防腐效果失效。

4 ) 為維持燒結(jié)礦入爐前檢測(cè)低溫還原粉化指標(biāo)RDI處理較高水平， 而在燒結(jié)運(yùn)輸皮帶上噴灑的氣化鈣的作用， 有必要重新審視?

5) 入爐原燃料的硫含量和氯含量應(yīng)納入原燃料性價(jià)比評(píng)價(jià)的體系中。

5 結(jié)語(yǔ)

( 1 ) 與濕法除塵技術(shù)相比， 高爐干法除塵技術(shù)獲得了低成本運(yùn)行條件下煤氣含塵凈化的效果， 但是干法除塵技術(shù)并沒(méi)有承接濕法除塵技術(shù)髙效脫除煤氣帶入腐蝕介質(zhì)的功能。

( 2 ) 研宄提出了通過(guò)直接檢測(cè)噴堿塔前后煤氣含氯量， 來(lái)評(píng)價(jià)噴堿塔脫氯效果的設(shè)備和方法， 較控制噴堿液的pH值更直接、可靠。

( 3 ) 利用該方法檢測(cè)結(jié)果表明： 干法除塵-噴堿塔工藝對(duì)煤氣中氯的脫除率在1 0%-70%之間， 仍對(duì)下游工序的裝備存在腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。