施萬(wàn)玲，吳炳成，夏朝暉

1　高爐煤氣水分問題概述

干法除塵串聯(lián)余壓透平發(fā)電（TRT）系統(tǒng)，因其發(fā)電量高、除塵效率高、節(jié)水、節(jié)電等優(yōu)點(diǎn)顯著，目前已經(jīng)發(fā)展成鋼鐵企業(yè)高爐煤氣余能回收的首選流程。然而干法除塵系統(tǒng)無(wú)法除掉高爐煤氣中的酸性氣體，TRT出口靜煤氣管道腐蝕嚴(yán)重的問題逐漸在各大鋼廠顯露出來(lái)。大量研究表明，當(dāng)高爐煤氣溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，高爐煤氣中大量的Cl離子溶于煤氣冷凝水造成酸露點(diǎn)腐蝕是靜煤氣管道腐蝕的主要原因。而干煤氣中的Cl離子幾乎沒有腐蝕性，所以控制好煤氣的露點(diǎn)溫度，使煤氣管道沒有冷凝水析出，可有效避免煤氣管道腐蝕問題。

張琰等人提出加保溫材料[1]、蓋東興等人提出采用外加熱源[3]的辦法來(lái)提高高爐煤氣溫度的方法，避免煤氣管道結(jié)露腐蝕。但上述方法只能保證局部區(qū)域煤氣管道不結(jié)露，隨著煤氣傳輸，冷凝水還會(huì)在其他區(qū)域冷凝，造成管道結(jié)露腐蝕。

高爐煤氣中的水分不僅會(huì)造成煤氣管道結(jié)露腐蝕，還會(huì)降低煤氣熱值。同時(shí)煤氣燃燒過(guò)程中，水分會(huì)消耗大量的氣化潛熱與顯熱，過(guò)多的水分會(huì)造成燃燒器熄火。降低高爐煤氣含水量，使其露點(diǎn)溫度低于大氣常溫，可有效解決管道腐蝕問題，同時(shí)提高煤氣熱值[4]，提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫[5]等，產(chǎn)生一系列的節(jié)能降耗作用。

2　高爐煤氣含濕量的計(jì)算及對(duì)煤氣熱值的影響

雖然我國(guó)大中型高爐多采用干法布袋除塵，但隨著高爐噴煤量的增加，高爐煤氣的含濕量不斷增加，通過(guò)TRT的降溫降壓后煤氣基本達(dá)到飽和狀態(tài)，飽和煤氣含濕量計(jì)算公式為：

de=804×P汽/（P－P汽）

式中，de——工作狀態(tài)飽和氣體的含水量，g/m3；

P——煤氣絕對(duì)壓力，Pa；

P汽——飽和水蒸汽分壓，Pa。

通過(guò)上式計(jì)算出，在不同溫度下、TRT出口高爐煤氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的含濕量如表1所示。

假設(shè)通過(guò)濕法精除塵后的煤氣溫度為55℃，煤氣壓力為0.35 MPa（絕壓），則TRT入口前含濕量為37.88 g/m3；假設(shè)通過(guò)TRT煤氣溫度降到30℃，出口壓力同樣取0.118 MPa，則此時(shí)飽和煤氣含濕量為30.01 g/m3。

生產(chǎn)實(shí)踐表明高爐采用的原料含有較多水分或者噴煤量較大時(shí)，TRT出口將有冷凝水析出，此時(shí)高爐煤氣溫度～55℃，達(dá)到飽和狀態(tài)。則由表1可知，采用干法除塵后高爐煤氣攜帶的水分反而比濕法除塵大，隨著TRT后管路不斷降溫將有大量水分析出。

表1　飽和狀態(tài)高爐煤氣含濕量

高爐煤氣攜帶大量水汽將帶來(lái)以下弊端：（1）降低了熱風(fēng)爐風(fēng)溫；由于攜帶水分的原因，使高爐煤氣的熱值降低，見表2；（2）水分的析出將使煤氣中攜帶的鹽溶解，尤其使用海運(yùn)來(lái)的礦石，因?yàn)榈V石輸運(yùn)過(guò)程中混入大量氯離子，對(duì)管路造成嚴(yán)重腐蝕。

表2　不同飽和溫度下高爐煤氣的成分及熱值 %

由表2知，隨著煤氣含濕量的增加，煤氣熱值迅速下降，且露點(diǎn)溫度越高，下降越快，60℃的飽和煤氣的熱值是干煤氣熱值的83.11%。

熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度等于拱頂溫度減去150℃，而拱頂溫度取決于煤氣的燃燒溫度，煤氣的燃燒溫度計(jì)算如下：

式中，t——高爐煤氣燃燒溫度，℃；

Hl——煤氣熱值，kJ/m3；

Qk——助燃空氣帶入顯熱，kJ/m3；

Qm——煤氣帶入顯熱，kJ/m3；

cp——煙氣的平均熱容，kJ/（m3·℃）；

V——產(chǎn)生煙氣量，m3/m3；

η——高溫系數(shù)，取0.92。

高爐鼓風(fēng)溫度：t風(fēng)溫＝t-150。

假設(shè)煤氣預(yù)熱到200℃，空氣預(yù)熱到300℃，空氣過(guò)剩系數(shù)均取1.1，筆者分別計(jì)算了富氧率6%和不富氧兩種情況下，40～50～60℃的飽和狀態(tài)高爐煤氣脫濕后其可達(dá)到的熱風(fēng)溫度，如圖1所示。由圖1可知，隨著脫濕率的增加，熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度呈線性增加。

圖1　脫濕后熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度

假設(shè)煤氣的飽和溫度分別為40℃、50℃和60℃，本文研究了不同的脫濕率下高爐熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度提升量，如圖2所示。由圖2可知，脫濕50%后，熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度提高40～80℃不等，對(duì)于大噴煤或原料含水較多的高爐，通過(guò)煤氣脫濕將能有效提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫。對(duì)于采用富氧的熱風(fēng)爐，相同脫濕率的情況下，其風(fēng)溫提高量更大。

圖2　脫濕后熱風(fēng)提升溫度與脫濕率的關(guān)系

高爐煤氣除濕對(duì)于提高煤氣的燃燒溫度具有重要作用，煤氣燃燒溫度的提高將直接提高高爐鼓風(fēng)的溫度，研究表明：高爐鼓風(fēng)溫度每提高100℃可降低焦比20～25 kg/tFe，同時(shí)可增產(chǎn)3%～5%，還可增加噴吹煤粉40～50 kg/tFe，達(dá)到降低煉鐵成本的目的[6]。

3　熱風(fēng)爐煙氣干燥高爐煤氣除濕系統(tǒng)

筆者提出采用干燥劑對(duì)高爐煤氣中的飽和水進(jìn)行吸附，降低高爐煤氣的含水量，從根本上將煤氣露點(diǎn)溫度降至常溫以下，避免管道腐蝕的同時(shí)，提高高爐煤氣熱值，提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫。干燥劑選用13X型分子篩（球狀，直徑3～5 mm）；可以順著隔板2自由滾落。高爐熱風(fēng)爐排放煙氣溫度在280～350℃，將之通過(guò)空氣預(yù)熱器之后溫度降為150℃左右，通常直接排放于大氣中而造成能源浪費(fèi)。筆者提出利用熱風(fēng)爐150℃左右的排煙對(duì)干燥劑進(jìn)行再生。其工藝系統(tǒng)如圖3。

圖3　工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

本工藝系統(tǒng)由干燥器、再生器、兩組輸送提升裝置和干燥劑等組成。

從高爐來(lái)的已經(jīng)凈化過(guò)的高爐煤氣從高爐煤氣入口進(jìn)入干燥器，與從上而下滾落的干燥劑充分接觸，煤氣中的水分將被吸收；經(jīng)干燥的煤氣進(jìn)入熱風(fēng)爐燃燒，其燃燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入干燥劑再生器，利用煙氣（約150℃）的余熱使干燥劑再生，重復(fù)使用。

干燥器的干燥劑排料口通過(guò)一組輸送提升裝置連接至再生器的干燥劑進(jìn)料口，再生器的干燥劑排料口通過(guò)另一組輸送提升裝置連接至干燥器的干燥劑進(jìn)料口。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)除濕能力為針對(duì)煤氣不同含濕量，其脫濕能力在50%，根據(jù)圖2可知，可提高高爐鼓風(fēng)溫度40～80℃，降低高爐焦比約10 kg/tFe，使高爐綜合能耗降低約4～6 kgce/tFe。

該系統(tǒng)在脫濕的過(guò)程中，也會(huì)吸附煤氣中的某些鹽分，降低鹽分對(duì)管路的腐蝕。

4　結(jié)論

筆者討論了一種利用熱風(fēng)爐煙氣間接干燥高爐煤氣的工藝系統(tǒng)，不對(duì)高爐煤氣產(chǎn)生污染，降低高爐煤氣的含水量與露點(diǎn)溫度。其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）提高高爐煤氣熱值，從而提高熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度40～80℃。

（2）降低高爐的焦比約10 kg/tFe，節(jié)能效果4～6 kgce/t鐵。

（3）降低TRT出口凈煤氣管道露點(diǎn)腐蝕。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張琰.干法除塵高爐煤氣的管道腐蝕機(jī)理與防護(hù)對(duì)策研究[D].東北大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014：11－14.

[2]張清慧.三鋼南區(qū)高爐煤氣存在的問題與應(yīng)對(duì)措施[J].福建冶金，2017，2：47-49.

[3]蓋東興，周全，胡建亮，等.高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)除鹽研究[J].冶金動(dòng)力，2013，158(4)：23-24.

[4]談付安.高爐煤氣含水量對(duì)煤氣熱值的影響[J].冶金動(dòng)力，2006，116(4)：23-24.

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