摘  要  本文闡述了板式預(yù)熱器在湘鋼熱風(fēng)爐系統(tǒng)的應(yīng)用情況，分析了煤氣預(yù)熱器板結(jié)、腐蝕穿孔的原因和機理，并提出了提高換熱片材質(zhì)、增加煤氣洗滌和脫水環(huán)節(jié)、停止燒結(jié)礦噴灑氯化物、適當(dāng)提高預(yù)熱器出口煙氣溫度的改進措施，以達到延長預(yù)熱器壽命的目的。

關(guān)鍵詞  板式預(yù)熱器  腐蝕  氯離子  煙氣溫度

1  引言

熱風(fēng)爐系統(tǒng)為給高爐提供理想的風(fēng)溫，在燒爐過程中產(chǎn)生的平均溫度約310℃的煙氣若通過煙囪直接排入大氣中，將造成熱風(fēng)爐約25%的能源浪費。目前，絕大部分高爐的熱風(fēng)爐系統(tǒng)均采用預(yù)熱器，利用熱風(fēng)爐煙氣來預(yù)熱燒爐用煤氣和助燃空氣，以提高熱風(fēng)爐燃燒的火焰溫度，從而達到提高風(fēng)溫和熱風(fēng)爐煙氣余熱回收的目的。

國內(nèi)外應(yīng)用于熱風(fēng)爐煙氣余熱回收的預(yù)熱器有四種形式：回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器、熱管式預(yù)熱器、板式預(yù)熱器和熱媒式預(yù)熱器。其中，板式預(yù)熱器目前較先進的高效節(jié)能型預(yù)熱器，具有傳熱效率高、壓降低、結(jié)構(gòu)緊湊、不易積灰、易維修、運行可靠等優(yōu)點[1]，是高爐提高風(fēng)溫和節(jié)能降耗的有效途徑，與其他形式的預(yù)熱器相比具有很強的競爭優(yōu)勢。因此，板式預(yù)熱器在熱風(fēng)爐煙氣余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。

2  湘鋼板式預(yù)熱器的應(yīng)用情況

湘鋼熱風(fēng)爐煙氣余熱回收系統(tǒng)原采用熱管式預(yù)熱器。2010年3月投產(chǎn)的2號高爐（2580m3），為解決沒有焦?fàn)t煤氣使用條件下的高風(fēng)溫問題，在全國同類型高爐中首次采用了前置燃燒爐+全焊接波紋板式預(yù)熱器，預(yù)熱后助燃空氣溫度達到450℃左右，煤氣溫度達到200℃左右，實現(xiàn)在單燒高爐煤氣下為高爐提供1250℃風(fēng)溫的目的。但受熱風(fēng)管系耐火材料的影響，高爐投產(chǎn)不久就調(diào)整控制熱風(fēng)爐拱頂溫度在1320℃，熱風(fēng)風(fēng)溫控制在1200℃以內(nèi)。

2號高爐板式預(yù)熱器投產(chǎn)后前期一直運行良好，多次檢查未發(fā)現(xiàn)煤氣側(cè)有積灰和腐蝕現(xiàn)象，且預(yù)熱溫度均達到了設(shè)計要求。圖1為2013年3月份2號高爐煤氣預(yù)熱器煤氣進口端檢查照片，無明顯積灰和腐蝕。

由于板式預(yù)熱器在2號高爐的應(yīng)用效果良好，其他幾座高爐也先后將熱管式預(yù)熱器改造為板式預(yù)熱器。其中，2012年11月4號高爐改造采用板式預(yù)熱器，將熱風(fēng)爐用高爐煤氣與助燃空氣預(yù)熱到180-200℃，熱風(fēng)爐能為高爐提供1150℃的風(fēng)溫。2015年2月3號高爐大修投產(chǎn)采用板式預(yù)熱器，2015年6月1號高爐改造采用板式預(yù)熱器，將熱風(fēng)爐用高爐煤氣與助燃空氣預(yù)熱到180-200℃，熱風(fēng)爐能為高爐提供1200℃的風(fēng)溫。至此，湘鋼4座高爐熱風(fēng)爐煙氣余熱回收系統(tǒng)全部采用板式預(yù)熱器。

2017年3月，2號高爐熱風(fēng)爐CO在線檢測儀顯示煙氣CO含量異常升高，初步判斷煤氣預(yù)熱器已發(fā)生泄露。于2017年5月開蓋進入煤氣預(yù)熱器檢查，發(fā)現(xiàn)換熱板片積灰嚴(yán)重且有腐蝕穿孔，造成煤氣向煙氣側(cè)泄露，如圖2所示。

2018年2月，4高爐計劃檢修時檢查發(fā)現(xiàn)煤氣預(yù)熱器無明細積灰，但煤氣入口下方發(fā)生腐蝕穿孔，如圖3所示。

3  湘鋼板式預(yù)熱器腐蝕的原因分析

2號高爐煤氣預(yù)熱器壽命為7年，4號高爐煤氣預(yù)熱器壽命僅5年3個月，運行期間雖預(yù)熱效果達到設(shè)計目標(biāo)，但出現(xiàn)了腐蝕穿孔的問題，被迫停用。因此，有必要對其發(fā)生腐蝕的原因及機理進行分析。

3.1  高爐煤氣處理工藝變化引起煤氣腐蝕性增強

2號高爐投產(chǎn)時，湘鋼高爐煤氣系統(tǒng)首次采用了干法除塵工藝。高爐煤氣干法除塵是先進的煤氣除塵工藝，因其顯著的節(jié)能降耗效果在國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)中備受青睞[2]。2號高爐干法除塵的應(yīng)用，為湘鋼帶來了可觀的效益。為此，湘鋼其他高爐煤氣系統(tǒng)也先后由濕法除塵改造為干法除塵。然而，隨著運行時間的推延，在獲取節(jié)能減排效益的同時，高爐煤氣腐蝕問題也逐漸顯露出來。對比兩種煤氣除塵工藝，濕法除塵可以通過文氏管或洗滌塔將煤氣中的腐蝕性成份( 如SO2、SO3、Cl2、H2S 等)去除，進入水處理系統(tǒng)。而干法除塵腐蝕性成份幾乎全部保留在煤氣當(dāng)中而無法外排，只能隨煤氣的流動進入煤氣管網(wǎng)。因而，湘鋼煤氣除塵工藝由濕法改為干法后，高爐煤氣本身腐蝕性大幅度增加，最終加劇了煤氣對預(yù)熱器板片的腐蝕速率。根據(jù)取樣化驗分析，湘鋼高爐煤氣腐蝕主要是氯離子含量高所致。

3.2  高爐煤氣冷凝水對預(yù)熱器形成板結(jié)腐蝕

隨著高爐煤氣溫度在輸送過程中逐步下降，達到冷凝溫度時飽和水冷凝析出，煤氣中的SO2、SO3、Cl2、H2S 等腐蝕性成分進入冷凝水。其中氯元素以離子形式存在冷凝水中，形成PH值低至2以下的高腐蝕性強酸，引起預(yù)熱器板片腐蝕。部分Cl-1和Ca2+、Mg2+等離子結(jié)合形成鹽類粘附在板片上, 漸漸積累并和煤氣中的粉塵結(jié)合，形成層狀的板結(jié)和結(jié)垢，對焊縫和板片形成腐蝕，造成煤氣預(yù)熱器泄露，使用壽命縮短。

2號高爐由于爐況運行偏差，煤氣利用率長期在42%以下，爐頂溫度高，導(dǎo)致大量打水，是其煤氣含水量高的主要原因。4號高爐生產(chǎn)全部使用外購焦，而外購焦含水量大，導(dǎo)致其煤氣含水量偏高。為解決煤氣飽和水冷凝問題，設(shè)計時在煤氣預(yù)熱器的煤氣進口設(shè)置了排水器，以減少進入煤氣預(yù)熱器的冷凝水量，但這并不能完全避免高腐蝕性冷凝水對預(yù)熱器板片的腐蝕。

3.3  煙氣中酸霧的凝結(jié)引起腐蝕

2號高爐熱風(fēng)爐由于原有的預(yù)熱系統(tǒng)是帶有前置燃燒爐系統(tǒng)，進入預(yù)熱器的煙氣溫度較高，煙氣出口溫度也高達160-170℃。為了降低能源消耗，2014年對預(yù)熱工藝進行調(diào)整，取消了前置燃燒爐，煙氣溫度隨之下降。根據(jù)運行情況，由于煤氣與助燃空氣的溫度隨著燒爐周期而周期性波動，煙氣的預(yù)熱器出口溫度也周期性波動，雖然平均134℃高于設(shè)計值130℃的運行標(biāo)準(zhǔn)，但是最低時僅有95℃，煙氣出口平均溫度沒有真實反映預(yù)熱器運行工況。

4號高爐預(yù)熱器設(shè)計工況參數(shù)選取不盡合理，煙氣全部經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱，預(yù)熱器出口煙氣溫度也只有120℃，也未達到130℃的工藝要求。

預(yù)熱后煙氣溫度過低，容易造成煙氣中的酸蒸汽冷凝析出附著在板片上，對鋼板造成腐蝕，從而影響預(yù)熱器的使用壽命。

4  延長板式預(yù)熱器壽命的措施

針對湘鋼板式預(yù)熱器腐蝕的原因，可從設(shè)計、選材、操作控制等方面進行優(yōu)化，以延長板式預(yù)熱器的使用壽命，充分發(fā)揮板式預(yù)熱器的優(yōu)勢。

（1）由于干法除塵高爐煤氣的腐蝕性增強，應(yīng)進一步提高板式煤氣預(yù)熱器的換熱板片材質(zhì)，增強板片耐點蝕和耐應(yīng)力腐蝕的能力。

（2）減少高爐煤氣含水量和含氯量有助于減緩干法除塵煤氣對換熱板片的腐蝕速率。減少煤氣含氯量的一個有效辦法是設(shè)置煤氣水洗和脫水環(huán)節(jié)，但產(chǎn)生的廢水如何處理及處理費用需綜合考慮。同時，參考其他企業(yè)做的高爐氯平衡可知[3,4]，高爐煤氣中的氯主要來源于燒結(jié)礦，而燒結(jié)礦噴灑氯化物有重要影響。因此，隨著燒結(jié)礦RDI的提高，停止噴灑氯化物以從源頭減少氯是完全可行的。

（3）優(yōu)化設(shè)計工況參數(shù)，適當(dāng)提高預(yù)熱器出口煙氣溫度。設(shè)計時，應(yīng)考慮生產(chǎn)實際中煙氣溫度波動的問題，適當(dāng)多留些余地，保證運行過程中最低煙氣出口溫度高于其露點溫度130℃，避免因為煙氣中的酸霧凝結(jié)而造成的露點腐蝕。

5  結(jié)語

板式預(yù)熱器在湘鋼熱風(fēng)爐系統(tǒng)的應(yīng)用實踐表明，其換熱效率高，可以實現(xiàn)單燒高爐煤氣下的高風(fēng)溫目標(biāo)，是熱風(fēng)爐預(yù)熱器發(fā)展的方向。但2號、4號高爐煤氣預(yù)熱器壽命未達到設(shè)計要求，分析原因主要為高爐煤氣中酸性物質(zhì)特別是氯對不銹鋼換熱片形成的腐蝕，可通過提高換熱片材質(zhì)、增加煤氣洗滌和脫水環(huán)節(jié)、停止燒結(jié)礦噴灑氯化物等措施改善。同時，設(shè)計時可適當(dāng)提高預(yù)熱器出口煙氣溫度，避免煙氣中的酸霧凝結(jié)而引起預(yù)熱器的露點腐蝕。

6  參考文獻

[1] 李立民.附加燃燒爐的雙預(yù)熱技術(shù)在湘鋼2號高爐的應(yīng)用[J].煉鐵,2011,30(5):57-58.

[2] 張琰.干法除塵高爐煤氣的管道腐蝕機理與防護對策研究[D].東北大學(xué)碩士學(xué)位論文,2014.

[3] 胡賓生,貴永亮,呂凱等.唐鋼高爐氯元素的平衡[J].鋼鐵研究學(xué)報,2013,25(1): 23-26.

[4] 傅元坤,湯雪松.高爐氯平衡及氯在煤氣管網(wǎng)中的分布[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,29(3): 198-201.