專用緩蝕阻垢劑在鋼廠高爐TRT 中的應(yīng)用

劉向朝， 魏澤盟， 陳衛(wèi)通， 劉藝， 王明珠

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津300131）

TRT 發(fā)電裝置是與高爐配套的發(fā)電裝置，是用于高爐冶煉過程中產(chǎn)生的高爐煤氣所具有的壓力能和熱能進(jìn)行回收發(fā)電，一般可回收高爐鼓風(fēng)機(jī)所需能量的30%～50%。其介質(zhì)是從高爐爐頂出來經(jīng)除塵后的煤氣，采用干式布袋除塵系統(tǒng)，它可以充分保留高爐煤氣所具有的壓力能和熱能, 具有除塵效率高、節(jié)電、節(jié)水、煤氣質(zhì)量好等特點(diǎn), 經(jīng)濟(jì)效益顯著, 已成為當(dāng)代煉鐵一項(xiàng)很普及的技術(shù)[1]。

河北某鋼廠TRT 發(fā)電機(jī)組日發(fā)電量為38 萬kW·h。該TRT 裝置于2009年7 月份試車，8 月份滿負(fù)荷運(yùn)行，在發(fā)電裝置在未投加除垢劑的條件下運(yùn)行半年后，于2010年1 月份開蓋停工檢修，對管道內(nèi)部進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁附著有白色的結(jié)晶物，裝置內(nèi)積鹽嚴(yán)重[2]。

1 煤氣參數(shù)

3200 m3高爐煤氣瞬時(shí)參數(shù)見表1。

表1 煤氣參數(shù)

2 工藝流程

該TRT 裝置工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

高爐產(chǎn)生的煤氣，經(jīng)重力除塵器和兩級文氏管，進(jìn)入TRT 機(jī)組的入口管道,經(jīng)入口處的電動(dòng)碟閥、入口插板閥、調(diào)速閥、快切閥后, 經(jīng)透平機(jī)膨脹作功，使壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,從而將壓力能轉(zhuǎn)換成電能。降壓后的高爐煤氣從透平機(jī)徑向排出, 經(jīng)出口插板閥、出口蝶閥進(jìn)入高爐煤氣低壓管網(wǎng)。

3 系統(tǒng)存在的問題和處理

對某鋼廠TRT 裝置的運(yùn)行情況進(jìn)行詳細(xì)了解，并對由裝置前快切閥處取到的垢樣進(jìn)行垢樣分析和加藥處理。

3.1 垢樣分析

垢樣分析結(jié)果如表2。

表2 垢樣分析結(jié)果

3.2 垢樣成分判斷

外觀特征:灰白色、有分層、均勻分布、顆粒松散；

物理性能:易溶于水、比重3 左右、pH=4 左右；

化學(xué)分析結(jié)果：主要成分是氯化氨( NH4Cl) 與灰的結(jié)晶, 含有微量Fe2O3、MgO、SiO2、CaO 等無機(jī)鹽成分。

采用XRD 衍射分析儀器對垢樣定性分析灰垢的主要成分，發(fā)現(xiàn)XRD 分析結(jié)果與NH4Cl 的譜線基本一致，但是由于XRD 衍射分析儀對百分含量少于2%的物質(zhì)衍射峰強(qiáng)度太低而無法識別，與NH4Cl 標(biāo)準(zhǔn)卡片對比之下稍有些雜峰，而且垢樣中的成分中還含有少量的灰塵等雜質(zhì)，所以譜線不會(huì)完全一致。根據(jù)XRD 的譜圖分析結(jié)果可以確認(rèn)TRT 透平葉片上灰垢的主要成分是NH4Cl，含量大概在70%左右。

3.3 積鹽和腐蝕形成的機(jī)理

高爐煉鋼的原料和工藝使得在形成高爐煤氣過程中存在 著CO2、SO2、H2S、HCl、NOx 等 酸 性 氣體組分以及少量的鹽雜質(zhì)，雖然經(jīng)過一系列的干法除塵，但其中仍含有少量水分、鹽雜質(zhì)和過熱的水蒸氣，所以最終進(jìn)入TRT 透平機(jī)的介質(zhì)為氣-汽-固組成的多相流。高爐煤氣的溫度隨著在TRT 透平機(jī)內(nèi)膨脹做功而逐漸降低，當(dāng)透平機(jī)內(nèi)的煤氣溫度低于煤氣露點(diǎn)溫度時(shí)，煤氣中所含的酸性氣體就會(huì)冷凝析出，并沿著管道內(nèi)壁在管道底部匯聚，形成強(qiáng)腐蝕性液體，這種液體氣流推動(dòng)下流動(dòng)，流過的地方發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，破壞了管道材料結(jié)構(gòu)形成腐蝕層。隨著腐蝕程度加劇，最終導(dǎo)致管道底部穿孔、漏氣和滴水現(xiàn)象。

同時(shí)，煤氣中所含的鹽分如NH4Cl 等遇水及粉塵時(shí)會(huì)以固體形態(tài)析出并附著在透平的動(dòng)靜葉片和機(jī)殼內(nèi)壁及出口管道上，日積月累就形成堅(jiān)固的垢層，形成積鹽。

4 藥劑特效說明

本系統(tǒng)所使用的專用緩蝕阻垢劑是根據(jù)高爐煤氣流量、溫度、組份性質(zhì)，干式TRT 結(jié)垢部位、TRT 裝置積鹽結(jié)垢的特點(diǎn)、垢樣組份性質(zhì)等多種因素研制開發(fā)的專用緩蝕除垢劑。藥劑通過自動(dòng)加藥計(jì)量泵加入到TRT 裝置入口前的高爐煤氣管道中，借助高爐煤氣溫度氣化，氣化的藥劑與煙氣的均勻混合，實(shí)現(xiàn)直接在氣態(tài)狀態(tài)下對引起TRT 裝置結(jié)垢物的有效抑制。同時(shí)，該產(chǎn)品還具有使老垢脫落的作用，并通過中和酸性物質(zhì)與在TRT 動(dòng)靜葉片表面形成薄膜而到達(dá)抑制表面腐蝕的效果。使用專用阻垢緩蝕劑后，TRT 系統(tǒng)可以長時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行，延長透平機(jī)葉片使用壽命；同時(shí)也給企業(yè)帶來良好經(jīng)濟(jì)效益。

5 藥劑在實(shí)際中的應(yīng)用

5.1 加藥流程

1）加藥裝置一套：不銹鋼罐容積800 kg 一個(gè)、連續(xù)加藥泵兩臺(tái)，藥劑投加流程圖見圖2。

圖2 加藥流程圖

2）在快切閥前入口1.5m 處，安裝可以噴射出藥劑的噴頭。

3）在加藥裝置投入運(yùn)行后，根據(jù)葉片的結(jié)垢情況以及TRT 裝置的溫差變化對加藥濃度隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

5.2 加藥濃度及加藥方式

藥劑通過計(jì)量泵24 h 連續(xù)投加至系統(tǒng)，藥劑投加濃度和加藥方式見表3。

表3 加藥濃度及加藥方式

5.3 現(xiàn)場處理結(jié)果

加藥前后管道內(nèi)積鹽情況對照見圖3 和圖4。

圖3 加藥前

圖4 加藥后

6 結(jié)論

1）TRT 發(fā)電裝置是利用高爐冶煉的副產(chǎn)品，是鋼鐵企業(yè)進(jìn)行能量回收的重要裝置，不產(chǎn)生污染、低噪聲，是綠色節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目。

2）經(jīng)干式除塵后的煤氣，其組分中仍含有酸性氣體、水分及少量雜質(zhì)，在煤氣進(jìn)入透平機(jī)膨脹作功后，會(huì)在透平的動(dòng)靜葉片和機(jī)殼內(nèi)壁及出口管道上形成沉積鹽和腐蝕現(xiàn)象，鹽分主要為氯化銨。

3） 在使用由我院研發(fā)的TRT 專用緩蝕阻垢劑后，能夠有效解決TRT 裝置的葉片及管道內(nèi)沉積鹽的問題；同時(shí)具有良好的防止葉片被酸性氣體腐蝕的緩蝕效果，不僅可以提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命，同時(shí)使TRT 發(fā)電量得到大幅度提高，體現(xiàn)出較高的經(jīng)濟(jì)效益。