高壓轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的設(shè)計優(yōu)化及運行維護的分析探討

摘 要：轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐作為回收能量和控制污染的主要設(shè)備，在實際工程中的應(yīng)用是十分廣泛的，而轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐在應(yīng)用中存在使用壽命短、易損壞、檢修費用高等問題。文章結(jié)合余熱鍋爐實際應(yīng)用中的情況，對余熱鍋爐的優(yōu)化設(shè)計和運行維護提出理論依據(jù)，以實現(xiàn)延長使用壽命的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：余熱鍋爐；設(shè)計優(yōu)化；運行維護

1 轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的應(yīng)用

在鋼鐵廠的煉鋼吹煉過程中，轉(zhuǎn)爐會產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔猓瑹煔庵胁粌H含有大量的熱量，還含有煙塵、飛灰、氮氧化物等污染成分，如果任其直接排放到大氣中，不但會造成空氣污染，影響環(huán)境質(zhì)量，同時會造成煙氣中所含熱量的浪費。因此，轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐就成為了鋼鐵廠回收能量和降低污染的重要設(shè)備。轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐是煉鋼系統(tǒng)中的重要部分，其主要作用是利用轉(zhuǎn)爐吹煉產(chǎn)生高溫?zé)煔庾鳛闊嵩瓷a(chǎn)蒸汽，不但有效利用了煙氣中的余熱，還能降低排煙溫度，為轉(zhuǎn)爐煙氣除塵創(chuàng)造條件。

2 轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)

作為煙氣余熱回收的主體設(shè)備，鋼鐵廠煉鋼轉(zhuǎn)爐的余熱鍋爐，一般采用汽化冷卻煙道結(jié)構(gòu)的蒸汽回收系統(tǒng)，來有效利用煉鋼生產(chǎn)過程排出煙氣的高溫余熱。鍋爐的主要受熱面共分為四部分：（1）錐形活動煙罩：為鋼管組成的錐形結(jié)構(gòu)，活動煙道水循環(huán)為低壓強制循環(huán)系統(tǒng)，不參與固定煙道的水循環(huán)。（2）固定煙道：為圓筒形膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，下部與給水環(huán)形集箱連接，上部與蒸汽匯集環(huán)形集箱連接，形成獨立的水循環(huán)回路。（3）主煙道：為圓筒形膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，下部與給水環(huán)形集箱連接，上部與蒸汽匯集環(huán)形集箱連接，形成獨立的水循環(huán)回路。（4）尾部煙道：下部與給水環(huán)形集箱連接，上部與蒸汽匯集環(huán)形集箱連接，形成獨立的水循環(huán)回路。煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐是由膜式水冷壁構(gòu)成的一個鋼制汽化冷卻煙道。煙道的每一部分都有單獨的水循環(huán)系統(tǒng)，移動煙罩為低壓循環(huán)，其余煙道段水循環(huán)都屬于高壓循環(huán)。其汽水系統(tǒng)如圖1所示，低壓循環(huán)部分，循環(huán)水來自除氧水箱，經(jīng)低壓循環(huán)泵將除氧水分別送至活動煙罩、氧槍口及下料口吸熱后，形成的汽水混合物回到除氧水箱。高壓循環(huán)部分，循環(huán)水起于汽包，經(jīng)高壓循環(huán)泵分別送至各段煙道，吸熱后產(chǎn)生的汽水混合物回到汽包。

1-活動煙罩；2-固定段煙道；3-汽包；4-高壓循環(huán)泵；5-除氧器及除氧水箱；6-低壓循環(huán)泵；7-氧槍口；8-下料口

圖1 余熱鍋爐汽水系統(tǒng)圖

3 轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐應(yīng)用中的問題及優(yōu)化設(shè)計

3.1 優(yōu)化水循環(huán)工況

良好的水循環(huán)是余熱鍋爐安全運行的根本。由于煉鋼吹煉的周期性，煙道內(nèi)熱負荷會急劇變化，造成水循環(huán)不安全。對此，可以采取加粗下降管和進出口聯(lián)箱管道，提高流動截面比，減小循環(huán)回路的阻力。

3.2 防止低周疲勞

在實際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)，聯(lián)箱和管接頭的聯(lián)接處、水冷壁下部的管子彎頭處易產(chǎn)生裂紋，這些區(qū)域就是爆管事故高發(fā)區(qū)，而裂紋的產(chǎn)生正是由于低周疲勞。解決低周疲勞問題，可以從以下方面進行考慮。（1）首先要考慮材料問題。建議采用強度較高的材料，如選用15CrMo，15CrMo具有較強耐高溫能力，在熱負荷高的區(qū)域其安全性更好。（2）聯(lián)箱與管道的接口形式采用平座式聯(lián)接形式設(shè)計，可以增加聯(lián)箱與管接頭聯(lián)接處抵御低周疲勞的能力。

3.3 解決熱膨脹問題

煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的熱膨脹對設(shè)備運行安全性有重要影響，在優(yōu)化設(shè)計時，要考慮鍋爐本體高溫運行工況下的受熱膨脹，必須在鍋爐本體和鋼結(jié)構(gòu)之間預(yù)留足夠的膨脹余量。對于活動煙罩和與其連接的上升管和下降管之間的柔性連接件，可以采用絞鏈型波紋補償器。這種波紋補償器可直接與管道進行焊接，無密封件，在運行中不會因密封件損壞而發(fā)生泄漏。

4 轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的運行管理及維護

4.1 確定合理的工藝系統(tǒng)

對于大型轉(zhuǎn)爐的活動罩裙，可以采用熱水密閉循環(huán)方式，由于熱水冷卻是單相介質(zhì)冷卻，不會發(fā)生膜態(tài)沸騰，可有效提高罩裙壽命。對于中小型轉(zhuǎn)爐，則可以采用全汽化冷卻方式。

4.2 確定合適的系統(tǒng)運行壓力

提高運行壓力，有利于回收蒸汽，還能節(jié)省基建費用，但是壓力的提高，會造成自然循環(huán)更加困難，影響余熱鍋爐運行的安全性和使用壽命。因此需要選擇一個合適的運行壓力，兼顧效益和安全兩方面的平衡。根據(jù)我國目前設(shè)備制造和運行管理水平，余熱鍋爐的設(shè)計壓力一般定在2.5MPa左右較適宜。

4.3 加強水質(zhì)管理和監(jiān)督

轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的補給水系統(tǒng)中，軟化水一般都會存在不同程度的殘余硬度，隨著爐水不斷蒸發(fā)可能結(jié)垢，造成設(shè)備腐蝕。給水水質(zhì)的好壞是影響轉(zhuǎn)爐煙道的使用壽命的一個重要因素。因此，給水水質(zhì)的取樣、化驗的水平和監(jiān)督力度，是保證余熱鍋爐長期安全運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，必須給予足夠重視。

4.4 穩(wěn)定運行壓力

余熱鍋爐的運行壓力波動，會造成水循環(huán)不穩(wěn)定，也是影響余熱鍋爐運行安全的重要原因。針對這一問題，可以在汽包出口設(shè)置閥前壓力調(diào)節(jié)，保持汽包內(nèi)壓力穩(wěn)定。

4.5 加強操作管理水平

轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐故障的發(fā)生是一個相對緩慢的過程，只要操作人員有高度的責(zé)任感和過硬的技術(shù)水平，在轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐運行過程中注意監(jiān)控，就可以做到及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，采取合理措施，準(zhǔn)確處理事故，消除安全隱患。

5 結(jié)束語

文章主要從設(shè)計和運行維護兩個方面出發(fā)，分別分析了其對轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐使用壽命的影響，并提出相應(yīng)的改進措施。由此可以看出，我們只要從設(shè)計、制造和生產(chǎn)管理各個方面給予足夠重視，轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的使用壽命是可以得到顯著提高的。

參考文獻

[1]張桂蘭.轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的應(yīng)用[J].天津冶金，2007，4：66-68.

[2]趙文彬，姚易先.轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐煙道故障及其防護[J].冶金動力，1999，1：1-4.

作者簡介：李亮（1986，1-），男，重慶市九龍坡區(qū)，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科。