高炉干法煤气喷碱塔脱氯效果评价的探讨

摘要：近年来,干法除尘工艺得到普遍的应用。尽管在布袋除尘后增设了喷碱塔,但仍出现煤气与热风管道先后出现腐蚀开裂的问题。研究提出了通过直接检测喷碱塔前后煤气氯含量来评价喷碱塔脱氯效果的设备和方法,比控制喷碱液的pH值更直接、可靠。结果表明,干法除尘-喷碱塔工艺对煤气中氯的脱除率为10%～70%,对下游工序的装备存在腐蚀的风险。

高炉干法除尘具有设备简单、能耗低、操作灵活、结构紧凑和安全性好等优点， 己成为近年来炼铁技术发展的重要方向之一， 且发展迅速。新建或改造髙炉系统的除尘工艺普遍采用了干法除尘技术钢铁企业采用干法除尘后， 先后出现氯元素参与的设备腐蚀问题， 该类问题己在较多厂家出现并报道， 尤其是氣元素参与的腐蚀。为弥补干法布袋除尘工艺在脱除腐蚀介质方面的不足， 均在布袋除尘器后增设了喷碱塔以脱除腐蚀介质。生产上， 主要控制喷碱塔循环水的PH 值呈碱性， 然而， 喷碱塔对腐蚀介质的脱除效果鲜有报道。

结合现场存在的氯腐蚀问题， 本文提出了用检测喷碱塔前后煤气含氯量来推算脱氯效果的评价方法， 以及基于该方法对现场喷碱塔脱氯效果进行了评价， 并指出了干法布袋-喷碱塔的煤气处理工艺能获得含尘量低的煤气， 但其腐蚀介质含量仍较高， 仍存在煤气用户腐蚀的风险， 以便引起炼铁工作者对防腐工作引起重视。

1 高炉干法煤气携带走大部分腐蚀性氯元素

己有的生产实践和己发表的文献 ， 研究结果表明：

1 ) 氯元素主要来源于含铁炉料、焦炭和煤粉， 带入量分别约为63% ，31%和6% 。

2 ) 干法除尘工艺中氯元素主要由炉渣、重力除尘灰、布袋灰和净煤气带走， 支出量分别约为14% ，16% ，8% ， 62% 。

3 ) 湿法除尘工艺中氯离子主要由炉渣、重力除尘灰、污泥、洗涤水和净煤气带走， 支出量分别为10% ，12.9% ，1% ，76% ，0.1% 。

干法除尘工艺条件下， 含铁炉料是氯元素的主要带入者， 煤气是氯元素的带出者， 两者带入与带出的量基本相当， 分别为63%和62% 。湿法除尘工艺条件下， 煤气带出氣元素量仅为0.1% 。因此， 从煤气所含腐蚀介质的含量来看， 湿法工艺所获煤气较干法更“洁净”。

也正是基于该原因， 在干法布袋除尘后又增设了喷碱塔， 通过喷碱碱液以吸收煤气中的腐蚀介质。

2 增设喷碱装置后， 煤气支管仍发生因腐蚀而壁厚度减薄的问题

Q 钢热风炉用煤气经喷碱塔脱除腐蚀介质， 但煤气管道仍出现腐蚀问题。煤气支管设计壁厚为8mm ， 运行4 年后出现壁厚减薄、漏气现象， 其壁厚实测值见表1 。

由表1可见， Q铜热风炉运行4年后各煤气支管壁厚均有不同程度的减薄， 尤其是下部减薄严重， 最薄处厚度仅为3.36mm， 影响安全运行。

2.1 煤气管道的腐蚀产物中发现氣元素的腐蚀介质

热风炉煤气支管内冷凝液、沉积物的物相分析结果见表2表。

由表2 可见， 热风炉煤气支管内主要存在以下3 种反应：

1 ) 由 煤气带来的氣离子参与的腐蚀过程。

2 ) 存在钢材中的铁元素的氧化反应。

3 ) 煤气管道内存在的水蒸汽与溶有阴离子和阳离子的冷凝液形成的强电化学反应。

上述3 种反应的综合作用使煤气管壁厚减薄。

2.2 煤气支管底部的冷凝液明显酸性且导电率高

检修期间从热风炉煤气支管中取得冷凝液， 检测分析( 其pH值及主要腐蚀介质的分析)结果见表3 。

由表3 可见， 煤气支管中的冷凝液具有酸性较强、氯离子含量高、导电性较强及阳离子含量较髙等特点。

综上所述， 腐蚀性介质Cl-、( OH )-等与煤气支管中的铁元素反应是煤气支管腐蚀变薄的原因之一; 煤气中含有的水蒸汽结露冷凝析出液态水是促进煤气支管腐蚀的关键因素; 较高含量的腐蚀介质溶于液态水而形成的强酸、髙含量的阴离子和阳离子与煤气支管中的铁元素形成的强电化学反应是煤气支管腐蚀变薄的主要途径。

然而， 生产现场对喷碱塔运行管控若仅关注循环喷淋液的pH值与Cl-根离子， 来决定喷碱液的加入量， 显然是不够的。若喷碱塔脱除腐蚀介质的效率低， 喷淋液并未充分吸收煤气中的酸根离子和氣离子， 而喷碱液的pH 值与Cl-根离子仍然会低。因此， 有必要通过直接检测煤气中的氯含量来评价喷碱塔的脱氯效果。

3 喷碱塔的脱氯效率评价方法

该方法包括喷碱塔前后煤气含氯元素的测量装置， 以及利用该测量装置所获得煤气含氯量， 并推算喷碱塔的脱除率， 具体所用设备和评价方法如下。

( 1 ) 如图1所示， 为煤气氯含量检测装置的的连接示意图， 由湿式气体流量计和依次串联的3 个吸收瓶组成， 其中湿式气体流量计要求额定流量为0.5m3 /h， 吸收瓶容积要求为0.5-1L。

( 2 ) 湿式气体流量计用水为去离子水， 单个吸收瓶中放入200-300m l 碱性溶液， 要求碱性溶液由去离子水和纯NaOH 化学试剂配制而成， 浓度控制在1.5mol/L 。

( 3 ) 实验过程中， 要注意煤气泄漏问题， 实验人员要站在上风口并佩戴煤气报警器，流量计出口排气管要放于下风口处。

( 4 ) 实验过程中通过煤气阀开关程度控制合理的煤气流量， 流量控制在3-5 L/min ;

( 5 ) 为了保证实验数据可靠性， 要求每个取样位置测量至少3组数据， 且每组数据测量时间控制在30min 左右。

( 6 ) 计算煤气中Cl含量

若每次测量取用V〇体积氢氧化钠溶液， 均分成三份， 分别加入吸收瓶内。实验前， 记录湿式气体流量计初始流量L₀， 高炉煤气经过三次碱液洗漆后， 再经湿式气体流量计读取流量L1 ; 实验时间为t ; 此时， 高炉煤气中C〇2 含量记为[CO2 ] 。则煤气中氯元素的含量计算公式为：

4 经喷碱塔脱除腐蚀介质的煤气仍具有较强的腐蚀性

利用上述脱氯效率评价方法， 对现场喷碱塔前后的煤气含氣量进行测定， 所获喷碱塔前后煤气氯元素含量以及脱除率结果如下表4 所列。

喷碱塔现场检测煤气含氯量来看， 喷碱塔的脱氯效果并不理想， 最高脱氯率不足70% ，最低脱氯率不足10% ， 脱氣效果堪忧。喷碱塔后煤气含氯量在230-700 mg/m3 之间， 对煤气管道和用户产生腐蚀并危害设备的安全工作也就不足为奇了。

考虑到对装备腐蚀影响其寿命和安全运行等问题， 如下几个与腐蚀相关的问题需要炼铁工作者重视。

1 ) 近年来， 在非主流矿的应用中， 硫含量和氣含量对炼铁成本和对装备腐蚀的负面影响并未得到充分考虑或受重视程度不够。

2 ) 为 降低生产成本， 煤气中腐蚀介质含量或入炉腐蚀介质负荷水平与加碱量间仍未形成相关技术标准。

3 ) 管 道内壁防腐涂料的使用效果受工作温度的影响较大， 髙温下防腐涂料的防腐效果失效。

4 ) 为维持烧结矿入炉前检测低温还原粉化指标RDI处理较高水平， 而在烧结运输皮带上喷洒的氣化钙的作用， 有必要重新审视?

5) 入炉原燃料的硫含量和氯含量应纳入原燃料性价比评价的体系中。

5 结语

( 1 ) 与湿法除尘技术相比， 高炉干法除尘技术获得了低成本运行条件下煤气含尘净化的效果， 但是干法除尘技术并没有承接湿法除尘技术髙效脱除煤气带入腐蚀介质的功能。

( 2 ) 研宄提出了通过直接检测喷碱塔前后煤气含氯量， 来评价喷碱塔脱氯效果的设备和方法， 较控制喷碱液的pH值更直接、可靠。

( 3 ) 利用该方法检测结果表明： 干法除尘-喷碱塔工艺对煤气中氯的脱除率在1 0%-70%之间， 仍对下游工序的装备存在腐蚀的风险。