氯离子超标对转炉干法除尘蒸发冷却器喷枪堵塞的影响分析

摘 要：针对转炉干法除尘蒸发冷却器喷枪堵塞的问题，通过对堵塞物进行成分分析和水质化验分析，结合氯离子对碳钢管道的腐蚀机理，得出喷枪用水中氯离子严重超标，管道腐蚀加速导致锈层脱落，是堵塞喷枪喷头的根本原因，并由此提出一系列后续预防改进措施。

在转炉炼钢吹炼过程中，转炉中产生约1500℃的高温废气，具有高温、有毒、易燃易爆、含尘量高等特点。近年来发展的转炉煤气干法除尘蒸发冷却器具有冷却烟气、粗除尘及调节烟气比电阻的作用，入口的烟气温度为800～1000℃，出口温度一般控制在250～300℃，其温度控制是保证干法除尘系统正常运行的前提，而蒸发冷却器的喷水量直接影响控温效果，因此，喷枪是蒸发冷却器实现有效冷却的核心部件。

喷枪通过软管分别连接到水和蒸汽的二个环管，通过双流喷嘴对蒸汽和冷却水进行混合，冷却水从喷嘴中心孔喷出，同时蒸汽从中心孔周围的环形间隙喷出，达到冷却水的雾化效果。喷射水雾与转炉烟气在运行的过程中，水滴受烟气加热被蒸发，在汽化过程中吸收烟气的热量，从而降低烟气温度。 当蒸汽压力低或喷嘴堵塞时，喷嘴雾化能力减弱，水滴粒径大而不能全部蒸发，烟气含水量增加引起冷却效果差、粉尘黏结、筒壁结垢[1]。

青岛特殊钢铁有限公司炼钢厂建有3台100吨顶底复吹转炉，同时配套3套转炉煤气干法除尘系统，每台蒸发冷却器采用10支双介质外混式双流喷枪，设计水量2.5m?/h·支。自2015年11月投产至今，运行情况一直保持良好。

2 问题描述

2017年6月5日夜班，3#转炉蒸发冷却器出口烟气温度多次超过430℃的设定值，导致氧枪紧急提枪。经现场紧急抢修拆检，发现3#炉蒸发冷却器喷枪中有6支喷枪的枪头发生堵塞，堵塞物为红褐色结块或灰色金属熔滴。同时拆检3#炉蒸发冷却器进水总管处Y型过滤器，过滤器过滤性能良好，未发现大量杂质。事后拆检3#炉蒸发冷却器进水总管，发现大量块状或颗粒状、呈黄褐色或红锈色的管壁附着物。

3 原因分析

3.1 成分化验

事故发生后，提取部分从喷头中清理出的堵塞物进行成分化验分析，结果Fe含量为97.87%，CaO含量为0.89%，Al2O3含量为0.63%，S含量为0.47%，MnO含量为0.14%。

经化验分析，堵塞物主要成分为铁及铁的氧化物。

3.2 水质分析

喷枪使用的冷却水为公司统一供应的生产消防水，经过水泵加压后由蓄水池直接输送至喷枪进行消耗使用。事故发生前一段时间的生产消防水化验结果如表1所示。

根据公司生产消防水补水水质指标要求，补水的总硬度应小于450mg/l，氯离子应小于250mg/l。

通过与化验结果对比发现，5月27日至28日期间喷枪用水的氯离子超标严重。

3.3 管道材质分析

通过查询设计图纸发现喷枪前段供水管道采用φ89×4.5mm的10#无缝钢管，总长约60米。采用金属成分分析仪对其进行成分分析，结果如下表2所示。

经成分对比分析，所用管道质量不能满足国家标准。

3.4 氯离子的腐蚀机理

通过查询相关文献发现，碳钢的腐蚀速率随着氯离子浓度的增加而增大，氯离子能破坏碳钢表面的沉积膜，加速碳钢的腐蚀[3]。

碳钢在含 Cl-环境中形成锈层的物相晶体生长速度快， 颗粒大， 结构疏松易脱落[4]。

3.5 结论

综合以上因素分析，此次喷枪堵塞是因为喷枪用水中氯离子严重超标，导致管道电化学腐蚀加速导致锈层脱落，从而堵塞了喷枪喷头。

4 预防措施

为避免此类事故再次发生，针对喷枪堵塞问题，采取了以下预防措施：

（1）将喷枪前段碳钢管道更换为不锈钢材质，避免锈层产生。（2）在每只喷枪进水分管处增加Y型过滤器，进一步过滤杂质，避免喷枪大面积同时堵塞，同时便于维修人员拆检清理。（3）加强补水水质化验分析，确保在水质出现问题之前提前预警、提前采取措施。

5 结语

蒸发冷却器喷枪工作环境恶劣、工况波动严重，在其运行过程中会出现各种非正常状态，原因错综复杂，只有在实践中不断总结和改进，才能做到提高喷枪使用寿命，尽量减少设备事故，保证转炉干法除尘系统的安全、稳定运行。