高炉煤气干法除尘系统除盐研究

1. 引言
高炉煤气干法除尘及余压透平发电（TRT）系统是现代大型高炉必备的能源 回收系统，一般可回收高炉鼓风机所需电能的 40-50%，经济效益十分显著。高 炉煤气干法除尘具有除尘效率高、节水、节电等优点，且充分保留了高炉煤气所 具有的压力能和热能从而提高了 TRT 的发电量，但是高炉煤气干法煤气除尘技 术无法将煤气中易晶结垢的酸性气体除掉，在高炉煤气管路尤其是 TRT 透平机 内积盐（主要是透平机二级叶片和排气蜗壳内积盐严重，最厚可达 50-60mm） ， 透平机转子上积盐会引起机组振动，从而导致严重的事故，所以必须定期的人工 除垢， 基本上每一到两个月就需打开透平机清理一次，不仅增加的机组维护工作
作者简介： 盖东兴（1981- ） ，男，山东烟台人，博士后，高级工程师，现从事钢铁厂烟气治理及余热 余能回收利用方面的研究。 单位：中冶南方工程技术有限公司 地址：武汉东湖高新区大学园路 33 号 邮编：430223 电话：13871208142 027-81996548 e-mail：20086@
所以在保证干法布袋除尘器要求的安全温度范围内，应该尽量提高 TRT 入口煤 气温度。 α ∙ β ∙ λ = Cp ⋅ ΔT
其中，α-燃烧的高炉煤气比例； β-换热kJ/Nm3）
Cp-高炉煤气定压比热容，kJ/(kg•K)； ΔΤ-高炉煤气温度变化，K；
图 2 煤气洗涤塔示意图
来自透平机或者减压阀组的高炉煤气通过煤气进口管道进入洗净塔的导流 管，在洗净塔的导流管上方设置有多层喷嘴，其喷雾水带走煤气中氯离子，含有 氯离子的水从洗净塔底部的水封排水器排出， 煤气经过导流管进入水滴捕集层脱 除机械水后，由洗净塔的出口管道引出。也可用加有 NaOH 碱液作为喷洒水， 能更有效脱除煤气中腐蚀性较强的氯离子[7]。
The Salt Eliminating of Dry Dedusting System of Blast Furnace Gas
Gai Dongxing Zhou Q uan Hu Jianliang Zhu Jianguo Huang Yonghong (R&D Institute of WISDRI Engineering & Research Incorporation Limited, Wuhan, Hubei Province, 430223)
3. 高炉煤气干法除尘系统除盐系统
高炉 1 产生的煤气首先经过重力除尘器 2（或旋风除尘器）粗除尘和布袋除 尘器 3 精除尘， 透平机 5 出口的部分净煤气在燃烧器 7 中燃烧放热，通过换热器 8 加热透平机入口的高炉煤气，高温高压的高炉煤气通过透平机 5 带动发电机 6 将压力能转换成电能； 空气预热器 9 的作用是提高燃烧器 7 的热效率；在透平发 电系统检修或出现故障时，净煤气通过减压阀组 4 使煤气压力降到合适的水平， 然后送入煤气管网[6]。 通过调节进入燃烧器 7 的煤气量控制透平机 5 入口的煤气温度。 透平机入口 的煤气温度应该始终高于 150℃，出口煤气温度在 90℃左右，即可保证透平机内 不会积盐[6]。
高炉煤气干法除尘系统除盐研究
盖东兴 周全 胡建亮 祝建国 黄永红
（中冶南方工程技术有限公司技术研究院，湖北武汉，430223）
摘要： 本文为通过燃烧部分高炉煤气从而加热进入透平机的煤气温度，从而减少 或杜绝 TRT 透平机内积盐， 最后在 TRT 出口处通过煤气洗涤塔将酸性气体除掉。 该方法同时具有提高 TRT 发电量作用。 关键词：高炉煤气，干法除尘，除盐，TRT 中图分类号：TK14 文献标识码：A
Abstract：The thesis discusses the method to reduce or avoid salt cumulating by burning partial blast furnace gas to increase the temperature of entrance gas of turbine. At the same time, the power generation of TRT increases by this way. The tower washer wipes off the acid corrosion salt after the turbine. Keywords：blast furnace gas, dry dedusting system, salt eliminating, top gas pressure recovery turbine
5. 总结
本文讨论了一种通过提高高炉煤气温度来防止酸性气体在 TRT 透平机内结 盐的方法，并在 TRT 系统之后通过洗净塔将高炉煤气中的腐蚀性盐除掉，其优 点是：①减少透平机内结盐而造成事故；②提高了 TRT 系统的发电量；③通过 洗净塔出去酸性盐，减少煤气管网及煤气柜受腐蚀。
参考文献： [1]. 苏峰，唐效国，干法除尘高炉煤气酸性腐蚀防控技术在莱钢的应用及探索[J]，冶 金动力，17(1):20-24, 2010. [2]. 吕勇，李苹，提高 TRT 发电效率优化措施研究[C]，全国能源环保生产技术会议论 文集，pp597-600, 2010. [3]. 杜庆平，王须革，提高高炉 TRT 发电量促进企业节能减排[C]，全国能源环保生产 技术会议论文集，pp224-227, 2010. [4]. 刘鸥，高炉提高 TRT 发电量方法浅谈[J]，节能，17(2):60-61, 2011. [5]. 樊波，张春霞，徐海川，煤气干法除尘技术在大型高炉的应用及节能分析[J]，冶 金能源，28(1):10-13, 17, 2009. [6]. 盖东兴，黄永红，叶理德，王虹，胡建亮，高炉煤气余压透平发电系统[P]，专利 号：201120359665.3，2012-06-13 授权。 [7]. 祝建国，田国庆，夏朝晖，煤气洗涤塔[P]，专利号：201020666004.0，2011-08-31 授权。
4. 经济性分析
透平机内结垢的主要成分是 NH4Cl 晶体， NH4Cl 晶体在 120℃开始具有明显 的挥发性，且随着温度升高其挥发性大为提高，337℃时离解为氨气和氯化氢气 体。所以透平机入口煤气温度应该尽量高于 120℃而不可超过 337℃。当 TRT 进 气温度高于 150℃，排气温度超过 90℃时，透平机基本上不会发生结盐现象[1]。 L = ηt QCp T�1 − (P2 ⁄P1 )(κ−1)⁄κ �⁄860
5 8 2 1 7 3 9 4 6
1：高炉；2：重力除尘器；3：布袋除尘器；4：减压阀组；5：透平机； 6：发电机；7：燃烧器；8：换热器；9：空气预热器；10：煤气洗涤塔
图 1 防结盐高炉煤气干法 TRT 系统示意图
1 2 7
3 4 6 5
1.煤气进口管道 2.喷嘴 3.导流管 4.水滴捕集层 5.水封排水器 6.洗涤塔 7.煤气出口管道
假设换热器的换热效率为 50%， 高炉煤气燃烧值取 3500 kJ/ Nm3 ， 则燃烧 2% 的高炉煤气，可使入口煤气温度升高 35℃，增加的 19.5%的 TRT 的发电量（假 设每增加 10℃发电量提高 2.5%） 。假设高炉吨铁煤气发生量为 1800m3，采用干 法布袋除尘其 TRT 发电量为 50kW·h/t 铁，则采用本文方案后发电量为 59.75 kW·h/t 铁，一个年产 500 万吨铁水的钢铁厂，其可增加发电量 4875 万度电，年 可增效益 2681 万元（电价按 0.55 元/ kW·h） ；假设高炉煤气热值为 3500 kJ/m3， 通常高炉煤气的价格为 11.5 元/GJ， 则燃烧 2%的高炉煤气的价值约为 725 万元， 所以一个年产 500 万吨铁水的钢铁企业采用该工艺后净效益为 1956 万元。若考 虑由于系统结盐带来的系统维护费用，及维护期间减少的发电量等因素，采用新 工艺将带来更大的经济效益。
2. 高炉煤气干法除尘系统除盐机理
随着高炉富氧喷煤技术、烧结矿喷洒 CaCl2 溶液等技术的广泛应用，导致高 炉煤气中酸性气体含量升高， 随着高炉煤气干法除尘系统的广泛应用，煤气中的 酸性气体无法排除而导致煤气管道及其附属设备产生腐蚀、结盐等问题。 由于高炉煤气在透平机内膨胀做功而温度不断降低， 煤气中的酸性气体容易 在此产生大量积盐，经分析知其主要成分是 NH4Cl 晶体[5]。积盐的原理是：在煤 气进入透平机膨胀做功后， 温度会逐渐降低，当低于水汽的露点时就有凝结水形 成，此时煤气中的一些复杂成分如 NH4Cl 等在透平排气温度低于其化合产物露 点(约 80～90℃)以下遇水及粉尘时， 会以固体形态析出并附着在透平的动静叶片 和机壳内壁上， 日积月累就形成坚固的垢层。在机组运行过程中随着垢层的不断 集结和局部脱落，透平转子动平衡破坏，引起振动超标而报警停机，只能打开透 平机清洗积盐，在增加工作量的同时也浪费了大量的高炉煤气压力能。 氯化铵在加热到 100℃时显著挥发，337.8℃离解成氨气和氯化氢，遇冷后又 重新化合生成颗粒极小的氯化铵而呈白色浓烟，不易下沉，也极不易再溶于水， 加热至 350℃升华，沸点 520℃。粉状氯化铵极易吸潮结块。
L---透平机输出功率，kW； ηt ---透平机效率；
Q---煤气流量，Nm3/h；
Cp ---煤气比热，kcal/Nm3;
T---透平入口煤气温度，K； P1---透平入口煤气压力，kPa； P2---透平出口煤气压力，kPa； κ---煤气绝热指数。 理论计算和工程数据表明， 煤气温度每提高 10℃， TRT 发电量可以提高 2-3%，
量，还浪费了大量的高炉煤气余压能，带来巨大的经济损失[1,2]。因此，如何有 效地防止和控制 TRT 透平机积盐问题，是高炉煤气干法除尘及余压透平发电系 统所面临的重要课题。 目前，从高炉炼铁产生的副产煤气中大多都含有氯离子。高炉煤气中的饱 和水蒸汽随着煤气温度的降低而逐渐析出，则氯离子易溶于水中，因此，高炉 煤气冷凝水中的氯离子含量较高，其溶液值呈较强的酸性，故对煤气管道和附 件造成严重腐蚀，腐蚀部位一般集中于管道的下部、管道焊缝、管道补偿器、 管道排水器等部位，其腐蚀速度较快，破坏了高炉煤气管网的安全稳定运行。 当前，企业为解决高炉煤气冷凝水中的氯离子对煤气管道和附件产生的腐 蚀，采取了高炉煤气管道内部喷涂防氯离子腐蚀的涂料以及管道补偿器采取选 用抗氯离子腐蚀的材料等，由于防腐涂料宜脱落及管道补偿器的波纹管采用 254 或 825 的材质的资金投入较大，则收效不理想[3,4]。