摘  要  本文阐述了板式预热器在湘钢热风炉系统的应用情况，分析了煤气预热器板结、腐蚀穿孔的原因和机理，并提出了提高换热片材质、增加煤气洗涤和脱水环节、停止烧结矿喷洒氯化物、适当提高预热器出口烟气温度的改进措施，以达到延长预热器寿命的目的。

关键词  板式预热器  腐蚀  氯离子  烟气温度

1  引言

热风炉系统为给高炉提供理想的风温，在烧炉过程中产生的平均温度约310℃的烟气若通过烟囱直接排入大气中，将造成热风炉约25%的能源浪费。目前，绝大部分高炉的热风炉系统均采用预热器，利用热风炉烟气来预热烧炉用煤气和助燃空气，以提高热风炉燃烧的火焰温度，从而达到提高风温和热风炉烟气余热回收的目的。

国内外应用于热风炉烟气余热回收的预热器有四种形式：回转式预热器、热管式预热器、板式预热器和热媒式预热器。其中，板式预热器目前较先进的高效节能型预热器，具有传热效率高、压降低、结构紧凑、不易积灰、易维修、运行可靠等优点[1]，是高炉提高风温和节能降耗的有效途径，与其他形式的预热器相比具有很强的竞争优势。因此，板式预热器在热风炉烟气余热回收系统的应用越来越广泛。

2  湘钢板式预热器的应用情况

湘钢热风炉烟气余热回收系统原采用热管式预热器。2010年3月投产的2号高炉（2580m3），为解决没有焦炉煤气使用条件下的高风温问题，在全国同类型高炉中首次采用了前置燃烧炉+全焊接波纹板式预热器，预热后助燃空气温度达到450℃左右，煤气温度达到200℃左右，实现在单烧高炉煤气下为高炉提供1250℃风温的目的。但受热风管系耐火材料的影响，高炉投产不久就调整控制热风炉拱顶温度在1320℃，热风风温控制在1200℃以内。

2号高炉板式预热器投产后前期一直运行良好，多次检查未发现煤气侧有积灰和腐蚀现象，且预热温度均达到了设计要求。2013年3月份2号高炉煤气预热器煤气进口端检查照片，无明显积灰和腐蚀。

由于板式预热器在2号高炉的应用效果良好，其他几座高炉也先后将热管式预热器改造为板式预热器。其中，2012年11月4号高炉改造采用板式预热器，将热风炉用高炉煤气与助燃空气预热到180-200℃，热风炉能为高炉提供1150℃的风温。2015年2月3号高炉大修投产采用板式预热器，2015年6月1号高炉改造采用板式预热器，将热风炉用高炉煤气与助燃空气预热到180-200℃，热风炉能为高炉提供1200℃的风温。至此，湘钢4座高炉热风炉烟气余热回收系统全部采用板式预热器。

2017年3月，2号高炉热风炉CO在线检测仪显示烟气CO含量异常升高，初步判断煤气预热器已发生泄露。于2017年5月开盖进入煤气预热器检查，发现换热板片积灰严重且有腐蚀穿孔，造成煤气向烟气侧泄露。

2018年2月，4高炉计划检修时检查发现煤气预热器无明细积灰，但煤气入口下方发生腐蚀穿孔。

3  湘钢板式预热器腐蚀的原因分析

2号高炉煤气预热器寿命为7年，4号高炉煤气预热器寿命仅5年3个月，运行期间虽预热效果达到设计目标，但出现了腐蚀穿孔的问题，被迫停用。因此，有必要对其发生腐蚀的原因及机理进行分析。

3.1  高炉煤气处理工艺变化引起煤气腐蚀性增强

2号高炉投产时，湘钢高炉煤气系统首次采用了干法除尘工艺。高炉煤气干法除尘是先进的煤气除尘工艺，因其显著的节能降耗效果在国内外钢铁企业中备受青睐[2]。2号高炉干法除尘的应用，为湘钢带来了可观的效益。为此，湘钢其他高炉煤气系统也先后由湿法除尘改造为干法除尘。然而，随着运行时间的推延，在获取节能减排效益的同时，高炉煤气腐蚀问题也逐渐显露出来。对比两种煤气除尘工艺，湿法除尘可以通过文氏管或洗涤塔将煤气中的腐蚀性成份( 如SO2、SO3、Cl2、H2S 等)去除，进入水处理系统。而干法除尘腐蚀性成份几乎全部保留在煤气当中而无法外排，只能随煤气的流动进入煤气管网。因而，湘钢煤气除尘工艺由湿法改为干法后，高炉煤气本身腐蚀性大幅度增加，最终加剧了煤气对预热器板片的腐蚀速率。根据取样化验分析，湘钢高炉煤气腐蚀主要是氯离子含量高所致。

3.2  高炉煤气冷凝水对预热器形成板结腐蚀

随着高炉煤气温度在输送过程中逐步下降，达到冷凝温度时饱和水冷凝析出，煤气中的SO2、SO3、Cl2、H2S 等腐蚀性成分进入冷凝水。其中氯元素以离子形式存在冷凝水中，形成PH值低至2以下的高腐蚀性强酸，引起预热器板片腐蚀。部分Cl-1和Ca2+、Mg2+等离子结合形成盐类粘附在板片上, 渐渐积累并和煤气中的粉尘结合，形成层状的板结和结垢，对焊缝和板片形成腐蚀，造成煤气预热器泄露，使用寿命缩短。

2号高炉由于炉况运行偏差，煤气利用率长期在42%以下，炉顶温度高，导致大量打水，是其煤气含水量高的主要原因。4号高炉生产全部使用外购焦，而外购焦含水量大，导致其煤气含水量偏高。为解决煤气饱和水冷凝问题，设计时在煤气预热器的煤气进口设置了排水器，以减少进入煤气预热器的冷凝水量，但这并不能完全避免高腐蚀性冷凝水对预热器板片的腐蚀。

3.3  烟气中酸雾的凝结引起腐蚀

2号高炉热风炉由于原有的预热系统是带有前置燃烧炉系统，进入预热器的烟气温度较高，烟气出口温度也高达160-170℃。为了降低能源消耗，2014年对预热工艺进行调整，取消了前置燃烧炉，烟气温度随之下降。根据运行情况，由于煤气与助燃空气的温度随着烧炉周期而周期性波动，烟气的预热器出口温度也周期性波动，虽然平均134℃高于设计值130℃的运行标准，但是最低时仅有95℃，烟气出口平均温度没有真实反映预热器运行工况。

4号高炉预热器设计工况参数选取不尽合理，烟气全部经预热器预热，预热器出口烟气温度也只有120℃，也未达到130℃的工艺要求。

预热后烟气温度过低，容易造成烟气中的酸蒸汽冷凝析出附着在板片上，对钢板造成腐蚀，从而影响预热器的使用寿命。

4  延长板式预热器寿命的措施

针对湘钢板式预热器腐蚀的原因，可从设计、选材、操作控制等方面进行优化，以延长板式预热器的使用寿命，充分发挥板式预热器的优势。

（1）由于干法除尘高炉煤气的腐蚀性增强，应进一步提高板式煤气预热器的换热板片材质，增强板片耐点蚀和耐应力腐蚀的能力。

（2）减少高炉煤气含水量和含氯量有助于减缓干法除尘煤气对换热板片的腐蚀速率。减少煤气含氯量的一个有效办法是设置煤气水洗和脱水环节，但产生的废水如何处理及处理费用需综合考虑。同时，参考其他企业做的高炉氯平衡可知[3,4]，高炉煤气中的氯主要来源于烧结矿，而烧结矿喷洒氯化物有重要影响。因此，随着烧结矿RDI的提高，停止喷洒氯化物以从源头减少氯是完全可行的。

（3）优化设计工况参数，适当提高预热器出口烟气温度。设计时，应考虑生产实际中烟气温度波动的问题，适当多留些余地，保证运行过程中最低烟气出口温度高于其露点温度130℃，避免因为烟气中的酸雾凝结而造成的露点腐蚀。

5  结语

板式预热器在湘钢热风炉系统的应用实践表明，其换热效率高，可以实现单烧高炉煤气下的高风温目标，是热风炉预热器发展的方向。但2号、4号高炉煤气预热器寿命未达到设计要求，分析原因主要为高炉煤气中酸性物质特别是氯对不锈钢换热片形成的腐蚀，可通过提高换热片材质、增加煤气洗涤和脱水环节、停止烧结矿喷洒氯化物等措施改善。同时，设计时可适当提高预热器出口烟气温度，避免烟气中的酸雾凝结而引起预热器的露点腐蚀。

6  参考文献

[1] 李立民.附加燃烧炉的双预热技术在湘钢2号高炉的应用[J].炼铁,2011,30(5):57-58.

[2] 张琰.干法除尘高炉煤气的管道腐蚀机理与防护对策研究[D].东北大学硕士学位论文,2014.

[3] 胡宾生,贵永亮,吕凯等.唐钢高炉氯元素的平衡[J].钢铁研究学报,2013,25(1): 23-26.

[4] 傅元坤,汤雪松.高炉氯平衡及氯在煤气管网中的分布[J].安徽工业大学学报,2012,29(3): 198-201.