熱管式煤氣加熱器腐蝕原因分析

杜秀萍，王康健，熊梅，徐德新

（南京圣諾熱管有限公司，江蘇 南京210009）

分離式熱管換熱器主要用于鋼鐵廠余熱回收。利用煉鐵廠廢煙氣的余熱加熱進爐的煤氣和空氣。熱煙氣、空氣和煤氣相互分離，不會因煤氣泄漏而造成相互竄漏。因而，比一般氣氣換熱器安全［1］。圖1為分離式熱管換熱器示意圖。某廠高爐煤氣采用干法除塵后，用于自備電廠發電。高爐煤氣送至電廠后，先經分離式熱管換熱器加熱，再進鍋爐燃燒。最初，分離式熱管換熱器的煤氣加熱部分使用1個月后，就因腐蝕嚴重而失效。經分析煤氣中硫離子和氯離子含量較高，且含水量也很高。在煤氣降溫的過程中，飽和水凝結成機械水，形成硫酸、鹽酸，造成腐蝕。濕法除塵時，煤氣經水沖洗，煤氣中的硫離子和氯離子溶于水，因此不會造成后道設備的腐蝕。鑒于該原因，該廠在TRT發電后的煤氣管道上加裝了堿水噴淋裝置。并更換了新的換熱器。冷凝水的pH值從噴淋前的1～2，提高到噴淋后的5～6。但是，新設備使用3個月后，換熱效果明顯下降。打開人孔觀察發現換熱翅片管堵塞嚴重，且伴有腐蝕現象。我們就新設備的堵塞和腐蝕進行了分析，并探討了解決方法。

圖1 分離式熱管換熱器

1 煤氣加熱器的腐蝕情況

圖2為分離式熱管換熱器翅片管堵塞和腐蝕情況照片。停機后，從人孔觀察發現，管束堵塞嚴重，而且腐蝕明顯。該現象從第一排管束到最后管束一排均有發生。前幾排腐蝕較為嚴重，有些翅片管的翅片全部被腐蝕掉了。煤氣走向為從照片的左傾向右。和之前不同的是：這次大部分換熱管上結滿堵塞物。而且，附著在換熱管上的堵塞物十分堅硬，很難從翅片管上剝離。從煤氣加熱器的輸水口取冷凝水樣，測試冷凝水的酸堿度約為：pH值為5。從翅片上提取堵塞物，用X射線衍射分析其物相。經分析，這些堵塞物為碳酸亞鐵，未檢出其他物相。圖3為X射線衍射峰值掃描圖。

圖2 翅片管堵塞和腐蝕情況照片

圖3 X射線衍射掃描圖

2 原因分析和解決措施

經X射線衍射分析認為堵塞物為碳酸亞鐵。應該是碳酸和鐵的反應產物。

煤氣中含有CO2，當煤氣中再含機械水時，CO2溶于水生成碳酸。碳酸和鐵反應生成碳酸亞鐵。因碳酸鐵亞不溶于水，其生成物沉淀在翅片管表面，并在高溫下結成硬塊，形成堅硬的堵塞物。其反應方程式如式（1）、式（2）。

即使煤氣經過堿水沖洗，硫和氯的含量很少。但只要存在機械水，由于二氧化碳的存在設備同樣會被腐蝕。實際上在煤氣管道中出現碳酸亞鐵的鱗狀物并不少見。另外，即使煤氣經過堿水沖洗，也不可能100%去除硫化物和氯化物。前幾排腐蝕嚴重，應是硫化物和氯化物的貢獻。

根據文獻［2］介紹：高爐煤氣中水含量約40g／m3，煤氣的露點約60℃，高爐煤氣余壓透平發電裝置（TRT）出口溫度在70℃以上。但經噴堿水后，含水量肯定高于40g／m3，而煤氣溫度會進一步下降，結果會冷凝出大量機械水。正是這些機械水的存在造成了設備的腐蝕。因此，脫除機械水應是比較好的防腐和防堵的方法。

3 煤氣機械水脫除方法

高爐煤氣中的水分來源于：高爐爐料中的氫化物和為了滿足布袋溫度要求的爐頂打水降溫的水，以及之后的噴堿水除鹽、除酸的水。噴堿水后設備中裝有絲網除霧器，但其除水效果不理想。因此，進入換熱器的機械水含量較高。煤氣脫水有吸收法、冷凍法和機械法。吸收法和冷凍法脫水效率高，不但可脫除機械水，同時可脫除溶解在煤氣內的水分，可降低煤氣的露點。但這兩種方法運行成本高，并且系統阻力大。較為經濟的方法是機械法。雖然機械法只能脫除機械水，但是造成設備腐蝕的也就是機械水。機械法中有絲網脫水法、旋流板脫水法和拆疊板脫水法。這3種方法的性能比較如表1所示。從各方法的性能看拆疊板脫水法的各種性能最好，不但脫水效率高，而且系統阻力小，運行成本也低。所以，建議在煤氣噴堿水后，使用拆疊板除霧器有助于解決后道換熱器的腐蝕和堵塞問題。脫除煤氣中的機械水還可提高煤氣的燃燒熱值［3］，減少煤氣加熱器的升溫負擔。各種機械脫水方法的性能見表1。

表1 各種機械脫水方法的性能比較［4］

4 結 語

干法除塵的高爐煤氣經除鹽、除酸后，煤氣加熱器管束仍然被腐蝕的原因主要是由于煤氣中的機械水含量較高，水和煤氣中的二氧化碳反應生成碳酸腐蝕設備。腐蝕產物碳酸亞鐵沉結在翅片間，造成堵塞。為了解決煤氣加熱器腐蝕和堵塞問題，建議在系統中使用拆疊板除霧器，在煤氣加熱前先脫除煤氣中的機械水，可有效防止換熱設備的腐蝕和堵塞。還可提高煤氣的燃燒熱值，減少煤氣加熱器的升溫負擔。

［1］ 張紅，楊峻，莊駿.熱管節能技術［M］.北京：化學工業出版社，2009.

［2］ 陳小東，鄧萬里.高爐干法除塵后煤氣管道腐蝕情況分析及對策［J］.冶金能源，2011，30（6）：16－19.

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

［4］ 肖立春，李強，丁志江，等.煤氣脫水技術綜述［J］.河北大學學報：自然科學版，2007，27（4）：24－25.