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高爐干法煤氣噴堿塔脫氯效果評價的探討

         關鍵字:干法煤氣噴堿塔脫氯     發布時間:2019/9/2     來源:《鋼鐵》

摘要:近年來,干法除塵工藝得到普遍的應用。盡管在布袋除塵后增設了噴堿塔,但仍出現煤氣與熱風管道先后出現腐蝕開裂的問題。研究提出了通過直接檢測噴堿塔前后煤氣氯含量來評價噴堿塔脫氯效果的設備和方法,比控制噴堿液的pH值更直接、可靠。結果表明,干法除塵-噴堿塔工藝對煤氣中氯的脫除率為10%~70%,對下游工序的裝備存在腐蝕的風險。

高爐干法除塵具有設備簡單、能耗低、操作靈活、結構緊湊和安全性好等優點, 己成為近年來煉鐵技術發展的重要方向之一, 且發展迅速。新建或改造髙爐系統的除塵工藝普遍采用了干法除塵技術鋼鐵企業采用干法除塵后, 先后出現氯元素參與的設備腐蝕問題, 該類問題己在較多廠家出現并報道, 尤其是氣元素參與的腐蝕。為彌補干法布袋除塵工藝在脫除腐蝕介質方面的不足, 均在布袋除塵器后增設了噴堿塔以脫除腐蝕介質。生產上, 主要控制噴堿塔循環水的PH 值呈堿性, 然而, 噴堿塔對腐蝕介質的脫除效果鮮有報道。

結合現場存在的氯腐蝕問題, 本文提出了用檢測噴堿塔前后煤氣含氯量來推算脫氯效果的評價方法, 以及基于該方法對現場噴堿塔脫氯效果進行了評價, 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, 但其腐蝕介質含量仍較高, 仍存在煤氣用戶腐蝕的風險, 以便引起煉鐵工作者對防腐工作引起重視。

1 高爐干法煤氣攜帶走大部分腐蝕性氯元素

己有的生產實踐和己發表的文獻 , 研究結果表明:

1 ) 氯元素主要來源于含鐵爐料、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, 分別為63%和62% 。濕法除塵工藝條件下, 煤氣帶出氣元素量僅為0.1% 。因此, 從煤氣所含腐蝕介質的含量來看, 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了噴堿塔, 通過噴堿堿液以吸收煤氣中的腐蝕介質。

2 增設噴堿裝置后, 煤氣支管仍發生因腐蝕而壁厚度減薄的問題

Q 鋼熱風爐用煤氣經噴堿塔脫除腐蝕介質, 但煤氣管道仍出現腐蝕問題。煤氣支管設計壁厚為8mm , 運行4 年后出現壁厚減薄、漏氣現象,

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

2.1 煤氣管道的腐蝕產物中發現氣元素的腐蝕介質

 熱風爐煤氣支管內主要存在以下3 種反應:

1 ) 由 煤氣帶來的氣離子參與的腐蝕過程。

2 ) 存在鋼材中的鐵元素的氧化反應。

3 ) 煤氣管道內存在的水蒸汽與溶有陰離子和陽離子的冷凝液形成的強電化學反應。

上述3 種反應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電率高

檢修期間從熱風爐煤氣支管中取得冷凝液,煤氣支管中的冷凝液具有酸性較強、氯離子含量高、導電性較強及陽離子含量較髙等特點。

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

然而, 生產現場對噴堿塔運行管控若僅關注循環噴淋液的pH值與Cl-根離子, 來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-根離子仍然會低。因此, 有必要通過直接檢測煤氣中的氯含量來評價噴堿塔的脫氯效果。

3 噴堿塔的脫氯效率評價方法

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

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

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

( 3 ) 實驗過程中, 要注意煤氣泄漏問題, 實驗人員要站在上風口并佩戴煤氣報警器,流量計出口排氣管要放于下風口處。

( 4 ) 實驗過程中通過煤氣閥開關程度控制合理的煤氣流量, 流量控制在3-5 L/min ;

( 5 ) 為了保證實驗數據可靠性, 要求每個取樣位置測量至少3組數據, 且每組數據測量時間控制在30min 左右。

( 6 ) 計算煤氣中Cl含量

若每次測量取用V〇體積氫氧化鈉溶液, 均分成三份, 分別加入吸收瓶內。實驗前, 記錄濕式氣體流量計初始流量L0, 高爐煤氣經過三次堿液洗漆后, 再經濕式氣體流量計讀取流量L1 ; 實驗時間為t ; 此時, 高爐煤氣中C〇2 含量記為[CO2 ] 。

4 經噴堿塔脫除腐蝕介質的煤氣仍具有較強的腐蝕性

利用上述脫氯效率評價方法, 對現場噴堿塔前后的煤氣含氣量進行測定

噴堿塔現場檢測煤氣含氯量來看, 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, 對煤氣管道和用戶產生腐蝕并危害設備的安全工作也就不足為奇了。

考慮到對裝備腐蝕影響其壽命和安全運行等問題, 如下幾個與腐蝕相關的問題需要煉鐵工作者重視。

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

2 ) 為 降低生產成本, 煤氣中腐蝕介質含量或入爐腐蝕介質負荷水平與加堿量間仍未形成相關技術標準。

3 ) 管 道內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 ) 為維持燒結礦入爐前檢測低溫還原粉化指標RDI處理較高水平, 而在燒結運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納入原燃料性價比評價的體系中。

5 結語

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

( 2 ) 研宄提出了通過直接檢測噴堿塔前后煤氣含氯量, 來評價噴堿塔脫氯效果的設備和方法, 較控制噴堿液的pH值更直接、可靠。

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