梅鋼4#轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)結(jié)垢分析及在線處置

胡小龍

（上海梅山鋼鐵股份有限公司能環(huán)部,江蘇南京 210039）

前言

梅鋼煉鋼廠4#轉(zhuǎn)爐配置1 臺(tái)設(shè)計(jì)蒸發(fā)量為35 t的汽化冷卻系統(tǒng)，其主要冷卻設(shè)備為：爐口固定煙罩、移動(dòng)煙罩、固定煙道、蝦米彎、檢查蓋，設(shè)備的主要材質(zhì)為20G。系統(tǒng)循環(huán)水量1 520 m3/h，系統(tǒng)保有水量110 m3，平均補(bǔ)充量45 m3/h，運(yùn)行方式與轉(zhuǎn)爐冶煉同步,系統(tǒng)運(yùn)行（工作）壓力為2.0～3.2 MPa,工作溫度215～239 ℃。

1 汽化冷卻系統(tǒng)概述

汽化冷卻系統(tǒng)主要冷卻介質(zhì)為脫鹽水，脫鹽水經(jīng)泵組輸送進(jìn)入強(qiáng)制循環(huán)的低壓循環(huán)系統(tǒng)，以有效冷卻裙罩、氧槍水套、副槍水套、加料水套，再利用高壓泵組輸送入高壓循環(huán)系統(tǒng)的汽包，汽包中的爐水經(jīng)下降管及循環(huán)泵組分配到各煙道段與轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的高熱煙氣進(jìn)行熱交換，在冷卻煙道內(nèi)形成汽水混合物，經(jīng)上升管返回汽包，汽水混合物經(jīng)汽包內(nèi)部裝置實(shí)現(xiàn)汽水分離，蒸汽經(jīng)蓄熱器后送入外部管網(wǎng)。

為保證汽化冷卻系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)平衡及安全運(yùn)行，一直采取爐外水處理工藝進(jìn)行水質(zhì)處理，并采取連續(xù)和定期排污的方式，控制爐水的水質(zhì)。但2017年11月至12月，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐系統(tǒng)管道和水泵系統(tǒng)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)4#轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐高壓循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)了不同程度的結(jié)垢（見(jiàn)圖1），垢樣分析見(jiàn)表1。

表1 垢樣分析報(bào)告 單位：%

圖1 移動(dòng)煙罩管道結(jié)垢情況

由表1數(shù)據(jù)可見(jiàn)：

（1）氧化鈣與五氧化二磷占比較高，分別為43.56%和40.37%，垢樣主要組分以磷酸鈣垢為主。

（2）三氧化二鐵含量3.36%，腐蝕產(chǎn)物比例很低，基本沒(méi)有腐蝕。

2 汽化冷卻系統(tǒng)結(jié)垢原因分析

受轉(zhuǎn)爐冶煉的周期特點(diǎn)影響，轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)有熱負(fù)荷大、溫度變化大、熱應(yīng)力明顯的特點(diǎn)。鍋爐水垢的產(chǎn)生機(jī)理主要是給水中的一定數(shù)量的鈣、鎂鹽類(lèi)，在汽化冷卻系統(tǒng)內(nèi)部經(jīng)過(guò)氣壓、溫度等物理化學(xué)變化過(guò)程而生成各種類(lèi)型的難溶于水的化合物。其主要包括給水中溶解鹽類(lèi)由于溫度升高溶解度降低造成的結(jié)晶鹽析出,連續(xù)蒸發(fā)過(guò)程中鹽類(lèi)濃縮以致使過(guò)飽和狀態(tài)下的鹽類(lèi)析出和不同鹽類(lèi)在爐水中相互作用下的產(chǎn)出化合物。

這些鹽類(lèi)結(jié)晶，一部分粘結(jié)在受熱強(qiáng)度較大的受熱面上，形成堅(jiān)硬的水垢，另一部分則懸浮在爐水中，隨爐水循環(huán)而流動(dòng)。這部分懸浮沉渣有兩個(gè)去向：其一，當(dāng)水循環(huán)不良，流速較低時(shí)，在成“死水”的角落沉積下來(lái)，形成二次水垢；其二，沉淀于汽包下部，形成泥垢，隨定期排污排出爐外。

2.1日常加藥情況分析

煉鋼汽化冷卻系統(tǒng)由于熱負(fù)荷大，水濃縮倍數(shù)高，系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)變化較大，短時(shí)間內(nèi)水質(zhì)失穩(wěn)就會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。投加水質(zhì)穩(wěn)定藥劑的目的就是與給水中的結(jié)垢物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生懸浮分散狀態(tài)的磷酸鈣鎂軟渣，通過(guò)鍋爐的排污排出鍋爐。

本系統(tǒng)投加由聚磷酸鹽及有機(jī)聚合物等組成的鍋爐水質(zhì)阻垢劑，根據(jù)日常加藥方案管控要求，高壓水中正磷含量要求小于6 mg/L,為了維持系統(tǒng)安全，一般鍋爐高壓水中磷酸鹽含量應(yīng)保持在2 mg/L 以上，通過(guò)對(duì)鍋爐內(nèi)8～12 月份藥劑濃度（磷酸根）日常監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)曲線（圖2）分析，發(fā)現(xiàn)10月底前磷酸鹽濃度均維持在1 mg/L 以下，無(wú)法應(yīng)對(duì)補(bǔ)水的鈣鎂離子短時(shí)波動(dòng)，造成了系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢。

圖2 8～12月份藥劑濃度（磷酸根）與補(bǔ)水鈣硬度數(shù)據(jù)曲線

2.2 排污情況分析

根據(jù)系統(tǒng)管控要求，爐水的電導(dǎo)率要求控制在100 μS/cm 以下，電導(dǎo)率的控制主要通過(guò)控制汽包的連排和定排實(shí)現(xiàn)。8～10 月份爐水電導(dǎo)率日常監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)如表2，系統(tǒng)排污量不足或排污的方式不合理，爐水電導(dǎo)率持續(xù)超標(biāo)，磷酸鹽垢沒(méi)有及時(shí)排除到系統(tǒng)外，也是造成磷酸鹽垢在管道內(nèi)沉積的重要原因。

表2 4#高壓循環(huán)（爐水）電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)結(jié)果

3 在線處置方案

基于對(duì)2017 年11 月鍋爐檢查情況，和鍋爐結(jié)垢原因分析，對(duì)日常鍋爐水處理方案控制和鍋爐運(yùn)行管理采取優(yōu)化改善措施：

3.1 精細(xì)化調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)藥劑濃度，確保系統(tǒng)內(nèi)鈣、鎂離子轉(zhuǎn)化為水渣

將控制高壓爐水系統(tǒng)磷酸根含量≤6.0 mg/L 調(diào)整為2.0～6.0 mg/L。鑒于目前鍋爐補(bǔ)充水質(zhì)總硬度偏高，為更精確把控系統(tǒng)，磷酸根濃度根據(jù)補(bǔ)充水質(zhì)做相應(yīng)調(diào)整，具體見(jiàn)表3。

表3 磷酸鹽投加濃度與補(bǔ)水硬度對(duì)照表 單位：mg/L

3.2 制定鍋爐水垢分散軟化方案，消除系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢

鑒于目前鍋爐系統(tǒng)內(nèi)存在的結(jié)垢物影響鍋爐的熱交換效率，不利于鍋爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，通過(guò)試驗(yàn)篩選了一種主要成分為馬來(lái)酸酐、酒石酸、過(guò)硫酸銨的鍋爐專(zhuān)用的鰲和分散劑。其作用機(jī)理為具有較強(qiáng)分散作用且耐高溫的高分子聚合物通過(guò)靜電作用被吸附在致垢物質(zhì)正在形成的晶核表面的活性點(diǎn)，抑制晶體增長(zhǎng)，從而使成垢的晶體保持在微晶狀態(tài)并畸形增長(zhǎng)，畸變后的晶體與金屬表面的吸附能力減弱。同時(shí)，部分未參與吸附的官能團(tuán)會(huì)使晶體呈現(xiàn)離子性，相同的電荷斥力增大，使晶體處于分散狀態(tài)。有機(jī)絡(luò)合劑，含有的配位體通過(guò)絡(luò)合作用，與成垢的鈣鎂離子形成水溶性的配位化合物，阻止成垢分子晶格的有序排列，防止其在金屬表面沉積。其特點(diǎn)是滴加速度快、聚合度比較小，在鍋爐循環(huán)水使用過(guò)程中不易析出，同時(shí)對(duì)鍋爐循環(huán)水體中硬垢起到軟化、分散作用，通過(guò)正常排污能快速排出水體。

螯合分散劑最佳的投加濃度在4.0～8.0mg/L，見(jiàn)表4。可通過(guò)絡(luò)合反應(yīng)將已生成水垢的鈣鎂離子形成水溶性的配位化合物；在分散劑的作用和沸騰爐水的沖刷下，能夠起到緩慢剝離、分散垢層，使剝離產(chǎn)物進(jìn)入鍋爐水循環(huán)中的藥劑，有效緩解目前的結(jié)垢情況。而且同時(shí)能夠讓水渣懸浮分散在水中，防止沉積在換熱設(shè)備表面。

表4 專(zhuān)用螯合劑藥劑濃度對(duì)水垢溶解情況表

2018 年1 月3 日，鍋爐水系統(tǒng)開(kāi)始投加螯合分散劑，具體投加方案為：以鍋爐的補(bǔ)充水量按投加濃度4.0～8.0 mg/L，利用高壓加藥系統(tǒng)連續(xù)加入鍋爐爐水中。

3.3 細(xì)化排污時(shí)間和頻次，落實(shí)排污監(jiān)控。增設(shè)電導(dǎo)率儀，與連排閥聯(lián)鎖

為保證鍋爐水質(zhì)，根據(jù)補(bǔ)充水水質(zhì)、系統(tǒng)中形成的水渣、鹽分等綜合調(diào)整爐水排污的方式和排污量，具體見(jiàn)表5。

表5 排水管控濃度與補(bǔ)水硬度對(duì)照表

4 運(yùn)行效果檢查

通過(guò)增加專(zhuān)用螯合劑進(jìn)行剝離，并在生產(chǎn)運(yùn)行中加強(qiáng)藥劑濃度監(jiān)控和排污管控，余熱鍋爐的爐水指標(biāo)得到了穩(wěn)定控制。2018年5月份對(duì)轉(zhuǎn)爐移動(dòng)煙罩進(jìn)行拆解檢查發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)白色垢明顯減少，部分地方垢層脫落，露出管道本色，同時(shí)余熱鍋爐的蒸汽發(fā)生量有明顯改善，其趨勢(shì)變化如圖3。

圖3 4#余熱鍋爐蒸汽發(fā)生量

5 結(jié)語(yǔ)

目前煉鋼余熱鍋爐的清洗大多采用EDTA 清洗、鹽酸清洗、鹽酸加氫氟酸清洗、硝酸清洗等化學(xué)方法，其清洗的效果并不能達(dá)到預(yù)期，采用停爐堿煮和鹽酸清洗，又需要較長(zhǎng)時(shí)間影響煉鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率。因此對(duì)于結(jié)垢較輕的余熱鍋爐系統(tǒng)及時(shí)采取水質(zhì)方案管控和運(yùn)行調(diào)整進(jìn)行剝離和控制，使管壁內(nèi)的水垢變成水渣或軟性污泥排出系統(tǒng)具有積極的意義，能有效降低運(yùn)行成本，提高整體生產(chǎn)效率。