点此下载——转炉余热锅炉“延寿”有“良方”

转炉余热锅炉“延寿”有“良方”

董茂林，孙明庆，侯祥松

转炉余热锅炉作为炼钢生产的一项重要设备，与转炉氧枪连锁，直接参与炼钢生产控制，并利用转炉烟气余热回收产生大量的蒸汽。其设备状况直接影响炼钢转炉的正常生产，同时也影响转炉余热回收和实现负能炼钢。在炼钢厂占有十分重要的地位。

相比其他的工业锅炉，炼钢转炉余热锅炉的运行工况随转炉运行工况的变化而急剧变化。恶劣的运行条件对余热锅炉的使用寿命产生影响。目前，炼钢转炉余热锅炉的使用寿命普遍较短，上段冷却烟道的寿命为6年～8年，活动烟罩、炉口段烟道存在钢水飞溅、烟气磨损等现象，运行条件更加恶劣，寿命仅为1年左右，并且在使用中设备事故率也很高，须经常检修。这些问题不仅使检修工作量大，而且在安全运行上存在隐患，同时也影响钢产量。因此，分析转炉余热锅炉的寿命影响因素，并采取相应措施延长其使用寿命显得非常重要。

1  六个因素导致锅炉“短命”

根据热力水循环计算结果、转炉余热锅炉设计经验和实际损坏情况分析发现。余热锅炉损坏主要是由六个问题引起的。

循环冷却水的水质问题。从转炉余热锅炉损坏的情况来看，有些厂投产后一周就出现锅炉爆管，冷却管壁厚严重减薄的现象。有些厂则是投产后3个月左右出现水冷壁管烧坏漏水的情况。投产后一周就出现爆管。经检查主要是由于投产时间紧张，施工安装过程中锅炉循环管内出现了大量渣滓，而造成锅炉循环冷却水管堵塞爆管。另一种原因就是没有按照锅炉的煮炉程序正确煮炉，锅炉冷却管和循环管道内的锈蚀没有去除。冷却管入口节流孔锈渣堵塞严重。

强制循环配水不均的问题。目前使用的转炉余热锅炉，有一段或多段采用强制循环冷却，强制循环冷却段的具体数量根据系统的不同而不同。不同段之间。为了得到更好的冷却，冷却水量应根据各段的热负荷进行分配；同一段内，各换热管的冷却水量应根据不同换热管的热负荷进行分配，热负荷越大则冷却水量相应要越大。为了更好地进行冷却水流量的分配，各强制循环冷却段的换热管入口设置了节流孔，也称为Lamont管。为了避免热负荷较大、较长的换热管被烧坏，每个换热管入口节流孔的大小应根据热负荷进行计算，在使换热管内水流速度大于最小临界流速的前提下，热负荷越大的换热管其冷却水量也相应越大。

但现实情况是由于国内许多锅炉厂不具备热负荷和水循环计算的能力，根据经验在同一段内每个换热管入口设置了相同的节流孔，甚至在不同冷却段各换热管入口也采用相同规格的节流孔。这就出现了热负荷越大、越长的换热管，其水循环阻力越大，循环冷却水量反而越小的情况，因此大大缩短了余热锅炉的使用寿命，同时也造成了强制循环泵能力过大、能量浪费的现象。

自然循环的安全性问题。炼钢转炉余热锅炉的固定段、尾段常采用自然循环冷却。固定段一般为倾斜布置，尾段的部分换热管甚至出现水平布置的情况。在受热条件下。倾斜的甚至水平布置的水冷壁管内的汽水混合物容易产生汽水分层。在汽水分层后，水侧向火面的水冷壁管一般是安全的，但汽侧向火面的水冷壁管却非常危险，极易发生传热恶化。运行实践证明，汽侧向火面的管子容易发生爆管事故。

汽包低压运行的问题。许多钢厂认为汽包在低压下运行，系统更加安全，因此在日常生产中长期控制汽包压力在远低于设计压力的情况下运行。实际上这种认识是非常错误的。余热锅炉的上升、下降管的管径是根据系统的设计压力确定的。当汽包压力远低于设计压力时，在余热锅炉的水冷壁管中汽化点位置会提前，同时也会使水冷壁管和上升管中的汽水混合物体积流量迅速增加，增大循环水系统的流动阻力，从而使循环水量减少。造成水冷壁管因局部过热而破坏。

热膨胀问题。余热锅炉不仅存在轴向热膨胀。而且还存在径向热膨胀。目前运行的转炉余热锅炉对整体的轴向热膨胀有比较成熟的措施，主要是在锅炉段间连接处设置耐高温非金属补偿器来吸收膨胀量，在锅炉的支点采用铰支、悬吊点用恒力弹簧来吸收锅炉的膨胀位移等。但是，在锅炉支座与水冷壁管连接处，往往对热膨胀问题没有仔细考虑。很多现场出现了锅炉的固定支座、滑动支座与水冷壁管之间直接刚性连接的现象，从而造成锅炉冷却壁管与支座支撑筋板由于受热膨胀不均而导致水冷壁管被拉裂漏水的现象。

应力疲劳问题。由于转炉余热锅炉的热负荷呈周期性变化，吹氧冶炼时热负荷迅速上升，氧枪提枪，在吹氧停止后热负荷急剧下降。当热负荷下降时，水冷壁管内的产汽量减少，自然循环的动力减小，甚至导致自然循环停滞。待到下一次吹氧冶炼时，虽然热负荷迅速上升，但自然循环缓慢启动。造成冷却壁管的热量不能迅速被循环冷却水带走。从而导致水冷壁管过烧破坏。

冶炼一炉钢的周期大概在30分钟~40分钟，也就是转炉余热锅炉每30分钟~40分钟受到一次交变热负荷的影响。由于自然循环启动的滞后性，启动过程中受热部分不能得到及时冷却，使得水冷壁管不断受到交变热应力的影响，从而严重影响了余热锅炉的使用寿命。

2  三大环节采取针对性“治疗"

通过对转炉余热锅炉寿命影响因素的分析。国内有关单位采取了有针对性的改进措施，开发出长寿命转炉余热锅炉系列化产品。

对于施工、煮炉、水质引起的破坏，长寿命转炉余热锅炉通过在安装、调试过程中提供《转炉余热锅炉安装调试说明》，对安装注意事项和煮炉程序进行详细指导，有效避免了由于安装渣滓和煮炉不合格造成的转炉余热锅炉损坏，同时对除氧、加药、取样给出了详细的说明，确保锅炉水质达到国家标准。

为了解决强制循环配水不均的问题，可采用专用的《热力水循环计算软件》计算，采用不同规格节流孔，确保每根水冷壁管水流量按照热负荷进行分配。

对于自然循环的安全性问题，应在锅炉设计中尽量避免出现水冷壁管汽水分层的情况，即使出现也采用扰流子有效避免汽水分层，从而避免汽侧受热造成的水冷壁管破坏。

针对汽包低压运行的问题，要求余热锅炉系统必须在汽包的设计压力范围内运行。而不能在远低于汽包设计压力的情况下长期运行。

对于热膨胀问题，长寿命转炉余热锅炉支座采用了柔性支撑结构，避免了膨胀不均造成的水冷壁管破坏，且每套转炉余热锅炉均经过整体热处理，避免了焊接热应力引起的破坏。

对于应力疲劳问题，建议即使在自然循环动力不足时，也要保持自然循环系统的最小流量(最小流量根据系统大小确定)，以确保氧枪下枪，热负荷迅速上升后，自然循环段的热量能够迅速被带走。目前保持自然循环最小流量的方法主要是利用自然循环和强制循环的相互切换。在自然循环流量低于最小流量时，将自然循环切换至强制循环。待氧枪吹氧下枪后，再将强制循环切换至自然循环。这样既充分利用自然循环节约了电能，也保证了循环启动过程中水冷壁管不会局部过烧，从而延长了余热锅炉的使用寿命。

经过以上改进的长寿命转炉余热锅炉已在一些钢厂应用，结果表明：只要在设计、制造、运行三大环节中采取有针对性的措施，就能够有效地延长转炉余热锅炉的使用寿命，减少运行过程中检修维护的工作量。