高炉煤气脱氯防腐技术的研究与应用①

孙素英，臧　镇

(江苏省冶金设计院， 江苏 南京　210007)



高炉煤气脱氯防腐技术的研究与应用①

孙素英，臧镇

(江苏省冶金设计院， 江苏 南京210007)

阐述了高炉煤气管道腐蚀产生的原因及解决方法，通过对高炉煤气喷洒碱液使其吸收高炉煤气中的氯、硫离子，从而达到高炉煤气脱氯、脱硫的效果，降低高炉煤气的酸性，控制冷凝水PH值在中性范围，使高炉煤气管道腐蚀的问题得到有效解决。

高炉煤气； 脱氯、脱硫； 喷碱塔； 煤气管道腐蚀

引　言

近几年，随着高炉生产大幅度提高喷煤和进口矿石的配比，以及高炉余压发电项目的普及，高炉煤气干式除尘技术普遍应用在煤气净化处理系统中；干式除尘运行中发现净化处理后煤气管道的腐蚀问题非常突出，给管道及煤气用户的设备维护、生产安全带来了极大的麻烦和威胁。如何有效地解决高炉煤气管道的腐蚀问题，成为安全生产和降低维修成本的一项紧急而迫切的任务。

1　高炉煤气脱氯原理

针对造成高炉煤气管道腐蚀的主要因素，采用高炉煤气脱氯、脱硫塔系统，脱除煤气中的S2-、Cl-等腐蚀性离子，从而大大减少对煤气管道的腐蚀。

高炉煤气脱氯、脱硫系统主要分为喷碱塔系统、碱液系统、循环水系统、自动化控制系统、供配电系统、外部管道及配套工艺系统等；系统可以自动调节煤气冷凝水的pH值，使冷凝水达到中性；整个系统可以长期、连续、稳定运行，具备较高的安全性能。如图1所示，计量泵从碱液罐抽取氢氧化钠碱液，软水泵从软水池抽取软化水，经过自清洗过滤器后，两者按一定比例进行混合，混合好的碱液送至煤气喷碱塔，高炉煤气在喷碱塔下部按特定角度进入，自下而上均布流动，与循环液及混合后的新碱液充分接触，进行传热、传质以及化学反应，高炉煤气中的氯及硫离子被吸收到碱液中，煤气温度同时得到降低。喷淋回水流入煤气洗涤回水池，经过加药和补水后由循环泵送喷淋塔循环使用。

其脱氯、脱硫反应机理为：

NaOH+HCl→NaCl+H2O

2NaOH+H2SO4→Na2SO4+2H2O

NaOH+HF→NaF+H2O

图1　高炉煤气脱氯系统示意图

2　系统介绍

高炉煤气脱氯工艺设备系统分为喷碱塔系统、卧式旋流板脱水器、脱氯剂配制系统、脱氯液循环系统四大部分。

2.1喷碱塔系统

喷碱塔为钢制圆筒壳体构造，塔内壁刷涂一层特殊的防腐涂料，塔内设置三层洗涤碱液的雾化喷头，高炉煤气从塔下部以30°夹角进入[1]，以逆流方式与循环碱液水换热、换质，发生化学反应，初步溶解煤气中的HCl，HF等物；第三层喷头为新配制的碱液，再次彻底去除煤气中残留的含氯、含硫物质。塔上部设置填料脱水层，脱除煤气中所含的部分冷凝机械水，净化后的煤气从塔的顶部引出，进入旋流板脱水器进一步脱除煤气中的凝结水；此时的煤气中，S2-、Cl-离子以及含尘量都大大降低，合格煤气外送至煤气用户。脱氯塔后的煤气温度约55 ℃，煤气中含机械水<5 g/m3，煤气冷凝水pH值控制在7左右。

2.2卧式旋流板脱水器

脱水装置又称气液分离装置或除雾器，由中心盲板和与其相切的并带有一定倾角的旋流叶片组成。炉煤气通过时，产生旋流，使煤气中的水雾在离心力的作用下，被甩向管壁，从而达到水分离的目的。在湿法脱氯除尘系统中，气液间发生强烈的传质、传热过程，绝大部分带有尘粒和有害物质的液滴返回循环水系统，少量则被煤气挟带，造成煤气含湿量过高，湿煤气中含有一定的有害物质，将导致下游管道的运行环境恶化。因此，必须采取有效措施，最大限度降低煤气夹带的水分含量。

卧式旋流板脱水器，利用重力、惯性力、离心力等气水分离原理设计。在中心区安装流线形导流锥，迫使中心气流向塔壁运动，消除中心区涡流的形成，提高脱水除雾效果。安装阻液环，可以有效防止甩向塔壁的水再次被上升气流挟带。用作脱水除雾的塔板为“外向板”，外向板的旋向直接朝塔壁方向，可将煤气中的液滴抛向塔壁，从而聚集沿塔壁落下。

2.3脱氯剂配制系统

喷淋碱液：计量泵从碱液罐抽取碱液(氢氧化钠溶液)，软水泵从软水池抽取软化水，经过自清洗过滤器后，两者经过管道静态混合器的充分混合，静态混合器的混合过程是靠固定在管内的混合元件来进行的，由于混合元件的作用，使液体定时左旋或者右旋，不断改变流动方向，不仅将中心液流推向周边，而且将周边流体推向中心，从而达成良好的径向混合效果。混合好的碱液以环状管道，送至煤气喷碱塔的第三层洗涤碱液喷嘴。

2.4脱氯液循环系统

喷碱塔设置三层洗涤水喷嘴，塔下部第一、二层喷淋循环碱液及工业用水，第三层喷淋碱液。

喷淋工业水：循环水泵从循环水池取水，送至煤气喷碱塔的第一、二层洗涤水喷嘴的位置。水在上喷淋塔之前通过自清洗过滤器装置。

自清洗过滤器：被过滤液体从滤筒的外侧流向内侧，颗粒杂质被截留在滤筒外侧；随着滤筒外侧表面污物增多，设备进出口的压力差增大，当压差达到设定值时，电控系统迅速打开排污阀，造成滤筒外压力急剧降低，此时滤筒内外压差迅速增大，利用过滤后的水对滤筒进行强力反冲洗。同时，电控驱动除污电机工作，带动滤筒旋转，固定在滤筒外侧的不锈钢刷对滤筒进行刷洗，保证了滤筒外侧表面的杂质彻底冲洗干净。当进出水口压差值恢复到设定值以下时，电控系统自动关闭排污阀、除污电机，即完成一次清洗过程。

高炉煤气从塔下部进入，以逆流方式被喷淋水和碱液充分接触，并溶解煤气中的HCL、HF等物。部分喷淋水被煤气带走，其余的喷淋回水流入下部的排水坑，排水坑内设置两台液下泵，由液下泵排至循环水池进行循环。

3　实际应用

某钢铁公司高炉煤气经干法除尘净化后，煤气管道中含有大量氯离子以及硫离子，在煤气输送过程中，煤气温度会逐渐降低，当降至露点温度以下后煤气中会有大量凝结水析出，这些煤气凝结水的pH值高达1～3，呈强酸性，造成后续煤气设施及煤气管道腐蚀、烧嘴堵塞等问题，严重影响了生产，同时带来管道腐蚀后泄露煤气的安全隐患。

在未增设高炉煤气脱氯系统前，高炉煤气中的腐蚀性气体成分及冷凝水化验数据如表1,2所示。

表1　高炉煤气冷凝水分析表

表2　高炉煤气中腐蚀性气体成分

分析气体成分氯化氢(HCL)氟化氢(HF)硫酸(二氧化硫溶于水部分测定SO2-4)H2SO4数值/(mg·m-3)104.71.4343.2

注：上述腐蚀性气体采集于吸收液中，采用离子色谱分析。

由此可见，高炉煤气冷凝水中除了含有大量的氯离子、硫离子外，还有少量硝酸离子和磷酸离子，因此，煤气冷凝水呈强酸特性，对普通碳钢材质的煤气管道及设施具有很强的腐蚀性。如果煤气管道采用耐腐蚀合金钢材质，则投资巨大，增加企业负担。

为了解决此问题，在TRT机组后设置了煤气脱氯系统，该系统由直径8米的喷碱塔和地上循环泵站组成。系统投运后煤气冷凝水PH值由以前的1～3控制到7左右，煤气中机械水含量<5 g/m3，煤气冷凝水的温度由以前的80～90 ℃降低到40～50 ℃；使煤气冷凝水呈低温、中性略偏碱性，相应煤气管道腐蚀及设备阻塞严重的问题也得到了有效解决。

4　结束语

高炉煤气脱氯系统不仅有效解决高炉煤气管道腐蚀的问题，还同时解决了燃烧废气对大气的污染、排放不达标的环保问题，该项目建设周期短，投资少，具有广泛的市场应用性。

[1]《钢铁企业燃气设计参考资料》编写组.钢铁企业燃气设计参考资料(煤气部分)[M].北京：冶金工业出版社.1978.

2016-05-16

孙素英(1968—)，女，高级工程师。电话：15260225795

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