浅析高炉煤气除雾器的实际应用

浅析高炉煤气除雾器的实际应用

张卫东 刘波

江苏永钢集团 江苏张家港 215628

摘要：我公司高炉煤气中由于氯离子与机械水形成酸性溶液，造成高炉煤气管道腐蚀严重，存在影响安全生产、管道维修成本高、高炉煤气用户点设备损坏率高等问题。为解决管道中机械水含量高的问题，我们自主开发了一款管道高炉煤气除雾器（分别于2016年11月和2018年1月获得实用新型专利和发明专利），并在实际生产中进行了应用，本文主要对此款高炉煤气除雾器的简单原理及应用情况进行解析。

关键词：机械水份高、腐蚀、煤气除雾器

一、高炉煤气机械水产生原因分析

我公司地处南方，高炉冶炼的原料、燃料中含水率高，造成高炉煤气中水份含量高，高炉煤气经TRT或BPRT做功后，状态从高温高压转变为低温低压，高炉煤气中的水份大量析出，由饱和水状态转变为机械水状态，呈雾状被高速煤气流（流速约10~15m/s）夹带运行，在实际生产中许多钢铁企业的煤气中雾化水含量在30～100g/Nm3。

在高炉生产中，煤气中的水份会造成高炉煤气系统的腐蚀和积尘，同时降低煤气热值，增加系统能耗。高炉煤气中的水份从分布形式上来看可分为三类：煤气中的饱和水、被管壁捕捉的冷凝水和夹带在煤气中的雾化水，后2种均为机械水。

饱和水含量仅与煤气温度有关，且不以液体形式存在，对腐蚀和堵塞影响较小；高炉煤气中的饱和水冷凝析出后，被管壁捕捉的冷凝水可以通过管道排水器排出；而雾化水夹杂在煤气流中运行，含量远大于被管壁捕捉的冷凝水，降低雾化水含量意义最大。

二、高炉煤气除雾器的简单原理

为去除雾化水，我们开发了一款高炉煤气除雾器（见图1），此设备为纯机械结构，结构简单、紧凑，主要特点是造价低、安装适应性强（可以安装在小空间内）、维护简单。设备内部主要由2道丝网、1道折流板组成，2道丝网均为316L不锈钢材质，第一道丝网采用高通透型，第二道丝网采用高效型，折流板材质为高分子聚丙烯。为避免丝网堵塞，气流不畅，对生产造成影响，在除雾器内部设置了迷宫型通道，保证煤气流可以通过；为增强除雾器壳体的抗腐蚀性，壳体内表面涂刷玻璃鳞片涂料。

高炉煤气从进入除雾器后，大部分雾状机械水随着高炉煤气撞击到第一道高通透型丝网时被捕集，捕集下来的小水滴在重力的作用下沿丝网向下运动，小水滴逐渐汇聚成大水滴，在丝网底部滴落；另有部分高炉煤气从第一道丝网下部的1#通道直接绕行，与大部分的煤气流汇合后经过折流板时，雾化水被第二次捕集，并被均匀分散开；最后煤气流经过第二道高效型丝网，雾化水被再次被捕集。经过这3道捕集，雾化水基本可被捕集约60%~90%，可以大大降低煤气对后端设备的腐蚀，同时在煤气的燃烧过程中可以减少能源的损耗。

设置管道煤气除雾器的优点：

① 布置在煤气设备进口前，此处高炉煤气温度最低，机械水含量最大，脱水效果最佳；

② 设备小巧，所需空间不大，便于直接设置在管道上，适合在线改造；

③ 丝网和折流板三道除雾，且采用垂直布置，减少了煤气流动对液滴下落的影响，防止液滴被二次夹带，除雾效果好；

④ 丝网、折流板采用卡槽固定，易于安装和拆卸，利用高炉休风时间即可完成清洗和检修，不影响生产；

⑤ 设备筒体垂直于高炉煤气管道，且有三道障碍，底部锥型斗足够大，有利于机械水与高炉煤气的分离，排水效果好；

⑥ 采用丝网和折流板等穿透性好的材料，且设备内留有一定流通面积的直接通道，系统阻力小；

⑦ 投资少，回收周期短。

设置管道煤气除雾器的缺点：总体脱水效率60%～90%，低于大型除雾设备。

图1 煤气除雾器原理图

三、实际使用情况

此款煤气除雾器在我公司6#高炉热风炉煤气预热器进口和五线材加热炉进口前进行了试用，具体使用情况如下：

1、6#高炉热风炉煤气预热器进口前设置煤气除雾器

1.1 在进出口管道上各设置了1只具备远传功能的压力表，在煤气除雾器下方设置了水封疏水器（四腔式），用以将捕集下来的机械水排除。

1.2 除雾器运行注意事项：

a、注意除雾器进出口压差变化情况，防止内部堵塞对生产造成影响；

b、疏水器1周左右需要打开补水阀，利用高速水流对内部进行冲洗。

1.3 运行情况：

a、投运的一段时间，煤气除雾器进出口压力差稳定在1KPa左右（对后端用户使用无影响），在将疏水器补水阀关闭的情况下，疏水器排水口仍有大量水排出，使用效果非常好。

b、除雾器实际运行中不但将雾化水捕集了下来，同时还把煤气流中的粉尘大量捕捉了下来，每次冲洗时都有大量污泥被冲出，对后端设备起到了良好的保护作用。

2、五线材加热炉进口前煤气除雾器使用情况，五线材加热炉对钢材表面质量的形成至关重要，其中对煤气中水份的影响较为敏感，因此要求对煤气深度脱水，但由于目前没有很成熟的煤气深度脱水技术，所有在此处试用了此套煤气除雾装置。其具体使用情况如下：

2.1五线材属于高炉煤气管网末端用户，煤气中的含水量^[1]已经相对较低，运行后对脱水量进行了计量，五线材加热炉小时煤气消耗量约为25530m3，每小时脱水量约为10.6kg。

2.2进出口压差基本与6#高炉相同，约1KPa，由于位于煤气管网末端，煤气压力偏低，对生产有部分影响，下一步需将内部丝网层减薄一下以降低压差。

2.3生产过程中出现了早期效果好，后逐步变差的情况。

四、存在的问题

煤气除雾器在开始阶段使用效果非常好，但在实际使用中，其存在的问题也逐步表现了出来，主要问题是高炉煤气高腐蚀性带来的，此处以6#高炉为例进行说明，主要有如下一些情况：

由于高炉煤气中存在大量的Cl^-和SO₄^2-，根据我公司TRT出口残留物的检查，其PH值为1~2之间，属于强酸，因此高炉煤气具有很强的腐蚀性。

煤气除雾器在使用了约2~3个月的时间后，出现了使用效果明显变差的情况，后期更出现了在疏水器补水阀关闭的情况下基本无水排出的情况，但仍有较多的污泥从水封疏水器中排出。经检查，发现除雾器内部丝网（不锈钢316L材质）已经被全部腐蚀，甚至未留任何残余，而聚丙烯折流板保持完好。

除雾器外壳在使用1年多后开始出现腐蚀烂穿的情况，腐蚀部位主要集中在下部锥形段。

五、原因分析及改进方案

1、原因分析

1.1 经查阅相关资料，基本可以确认丝网材料（不锈钢316L）对Cl^-酸性溶液的腐蚀性抗性较低，且编织丝网的细丝直径小（仅有0.2~0.3mm之间），所以才出现了丝网在短时间内被全部腐蚀掉的情况。

1.2 除雾器内部涂刷有玻璃鳞片涂料，但仍只使用了1年多就腐蚀穿透，我公司煤气管道涂刷玻璃鳞片涂料后正常寿命可达到3年以上。分析原因应该是除雾器内捕集下来的机械水多，流速快，加快了对涂层和壳体母材的腐蚀。

1.3 从折流板的使用情况来看，在整个使用过程中，折流板未有任何腐蚀情况，说明高分子聚丙烯材料对Cl^-和SO₄^2-形成的酸性环境均有很强的抗性。

2、改进方案

首先从材料入手，选择高分子聚丙烯材料作为丝网材料，以增强丝网对Cl^-和SO₄^2-形成的酸性环境的抗性。目前市场上有用高分子聚丙烯材料做丝网的，而且价格比不锈钢丝网便宜，也即解决腐蚀问题的同时，还能减少成本。

其次，市场上已经有耐磨、耐高温、耐强酸腐蚀环境的涂料，可以使用这类涂料代替玻璃鳞片涂料，只是成本略有上升，上升幅度约为2~3%

六、结语

高炉煤气除雾器经过实际使用，能够起到良好的作用，能够降低高炉煤气雾化机械水含量，降低煤气用户点能耗；同时大量去除高炉煤气中夹带的粉尘，保护后端设备。

参考文献

[1]郭坤祥，高致远，王文涛. 降低高炉煤气含水量，提高煤气热值[J]. 冶金动力(3):16-17,24.