高壓轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的設計優(yōu)化及運行維護的分析

許衛(wèi)東　石楊

摘? 要：在實際工程中轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐應用十分廣泛，是作為能量回收與污染控制的主要設備，但在實際應用中轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐存在已損壞、日常維護費用高以及壽命短等諸多問題。本文結(jié)合工程中的實際應用，對轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的優(yōu)化設計與運行維護進行了分析，并提出相應的改善措施，以供同行專家參考。

關鍵詞：高壓轉(zhuǎn)爐；余熱鍋爐；優(yōu)化設計；運行維護

引言

轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐又被稱為轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)，其主要是用來冷卻轉(zhuǎn)爐煙氣，并將煙氣的余熱進行在利用，使其產(chǎn)生蒸汽。轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐在我國使用已經(jīng)有三十年多年的歷史，通過不斷的改進與完善，目前基本上已經(jīng)完全自主化。隨著汽輪機的不斷發(fā)展，余熱爐從最初的中溫中壓逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的高溫高壓，但在實際應用過程中仍存在較大的問題。

1.轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的應用

鋼廠在進行煉鋼作業(yè)時，在煉鋼吹煉的過程中會產(chǎn)生大量的高溫煙氣，這些煙氣中含有大量的飛灰、氮化物以及煙塵等對周圍生態(tài)環(huán)境影響較大，并且煙氣溫度較高直接排放會造成熱能的浪費。因此，高壓轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐是鋼廠中能量回收與環(huán)境保護的重要設備，是整個煉鋼系統(tǒng)中的重要組成部分，其不僅將煉鋼吹氣產(chǎn)生的高溫煙氣作為熱源來生產(chǎn)蒸汽，而且還充分的利用了其中的熱能，降低了排煙的溫度，從而為煙氣除塵創(chuàng)造了良好的條件。

2.高壓轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的構成

轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐作為主要的煙氣回收設備，其一般采用的是汽化冷卻煙道結(jié)構的設計方法，來有效利用煉鋼過程中排除高溫余熱。其中余熱鍋爐主要的受熱面分為四個部位：一是錐型煙罩，是鋼管組成的一種錐形結(jié)構，活動煙道的水循環(huán)是一種低壓強制循環(huán)結(jié)構，不會參與到固定煙道的水循環(huán)中；二是固定煙道，是一種圓筒形結(jié)構的水冷壁結(jié)構，這種結(jié)構的下部與給水環(huán)形水箱相連接，上部分與蒸汽匯集環(huán)形箱相連接，從而形成獨立的水路循環(huán)系統(tǒng)；三是主煙道，是圓筒形結(jié)構的水冷壁結(jié)構，其下部與給水環(huán)形集相相連接，上部分與蒸汽匯集環(huán)相連接，正好同固定煙道相反；四是尾部煙道，其下部與給水環(huán)形集箱相連接，上部是與蒸汽匯集環(huán)集箱相連接，同樣形成一個獨立的水循環(huán)系統(tǒng)。鋼廠的高壓轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐都是由膜結(jié)構的水冷壁構組成的一種鋼制汽化冷卻煙道，其中煙道的每一部分都是一個獨立水循環(huán)結(jié)構，而移動煙罩是低壓循環(huán)，其余部分的煙道的水循環(huán)都屬于高壓循環(huán)。

3.余熱爐應用中存在的問題及相應措施

3.1水循環(huán)的優(yōu)化

余熱鍋爐安全運行的根本要求是要具有良好的水循環(huán)系統(tǒng)，因煉鋼吹氣具有周期性的特點，這就會導致煙道中的溫度會周期性的發(fā)生巨大變化，對水循環(huán)的正常運行存在安全運行。對于這種情況，可以采用加粗下降管與出口聯(lián)箱處管道的方法，使煙道的流動橫截面比增大，減小煙道進入循環(huán)回路時的阻力。

3.2防止低周疲勞

根據(jù)實際工程中的應用情況發(fā)現(xiàn)，在水冷壁下方管道的轉(zhuǎn)彎處與聯(lián)箱和管接頭的連接處容易產(chǎn)生裂紋，這種裂紋是造成爆管最主要的原因，而這種裂紋通常是由低周疲勞引起的。對于這一問題，可以采用以下兩個方案來進行解決。一是管道材料的選擇，建議在這種易出現(xiàn)裂紋的地方采用耐高溫、高強度的材料。例如，選用15CrMo，這種鋼材具有較強的耐高溫性能；二是改善聯(lián)箱與管道借口出的設計方案，采用平座式的連接方案能夠顯著改善借口的內(nèi)應力情況，從而可以避免低周疲勞的發(fā)生。

3.3熱膨脹問題

轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的熱膨脹問題對設備的安全運行至關重要，因此在進行余熱鍋爐設計優(yōu)化時應當充分考慮到材料的熱膨脹問題，必須為鍋爐與鋼結(jié)構之間預留足夠的熱膨脹量。此外，對于移動煙罩與其他鏈接的下降管或上升管可以采用柔性連接，例如，采用鉸鏈型波紋補償器，這種補償器可直接與管道井進行焊接，不需要進行封件，并且在運行過程中不會發(fā)生因密封件的損壞而導致漏氣的發(fā)生。

4.余熱鍋爐的運行管理與維護

4.1確定科學的工藝系統(tǒng)

對于中小型的余熱鍋爐，可選用全氣體的冷卻方式。而對于大型的轉(zhuǎn)爐活動煙罩裙，熱水冷卻是單項介質(zhì)冷卻，可以采用熱水密閉循環(huán)方式，這樣不會發(fā)生膜態(tài)沸騰，因此可有效提高煙罩裙的使用壽命。

4.2確定合適的運行壓力

提高運行的壓力，能夠提高煙氣的回收利用率，而且還能節(jié)省基建成本，但運行壓力過大時，會對整個自然循環(huán)系統(tǒng)帶來負擔，從而影響余熱鍋爐的使用壽命，并且容易出現(xiàn)安全事故。因此，恰當合理的壓力設計是非常重要的，其不僅能夠增加效益，而且能夠安全平穩(wěn)運行，根據(jù)我國現(xiàn)階段余熱鍋爐的制作與運行狀態(tài)，余熱鍋爐的壓力一般設置在2.5Mpa作用最佳。

4.3加強循環(huán)水的管理與監(jiān)督

若采用的是水冷循環(huán)系統(tǒng)，應當加強對余熱鍋爐中水的監(jiān)督。一般在補水系統(tǒng)中，軟化水存在不同程度的水垢，隨著爐水的不斷蒸發(fā)在爐壁與爐低會產(chǎn)生大量的結(jié)垢，這種結(jié)垢會對設備產(chǎn)生較為嚴重的腐蝕，這只影響余熱鍋爐使用壽命的一個重要因素。因此，應當加強對鍋爐內(nèi)水的監(jiān)督與管理，從而保證余熱鍋爐能夠安全運行。

4.4穩(wěn)定運行壓力

在實際的運行中，余熱鍋爐的運行壓力會不斷發(fā)展波動，從而對水循環(huán)造成一定的影響，這也將對余熱鍋爐運行的安全性有較大的影響。對于這一問題，可在汽包的出口設置壓力調(diào)節(jié)閥，從而保證汽包內(nèi)的壓力一直處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。

4.5加強管理水平

對于余熱鍋爐而言，事故的發(fā)生往往是一個累積的過程。因此，應當加強對余熱鍋爐正常運轉(zhuǎn)時的監(jiān)督與管理，應當聘請經(jīng)驗豐富的操作人員來進行過于的操作，其應當具備高度的責任意識與高超的技術水平，在平常的運行當中對鍋爐的狀態(tài)進行監(jiān)控，從而預防故障的發(fā)生。

結(jié)束語

綜上所述，本文對高壓轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的結(jié)構設計與運行維護方面進行了詳細分析，并提出了相應的解決措施。余熱鍋爐在工程生產(chǎn)中一方面使能源得到了充分的利用，另一方面使周邊的生態(tài)環(huán)境與空氣質(zhì)量得到了有效控制，而鍋爐在運行過程中存在較多的安全隱患，可參考上述分析進行合理改進，從而不斷推進余熱鍋爐在我國的應用。

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