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    余熱鍋爐的影響因素分析及改進措施

    文章作者:藝能鍋爐   發布時間:2019-03-04
    煉鋼轉爐余熱鍋爐與轉爐氧具進行連鎖,直接參與煉鋼生產控制,冷卻煙氣,控制過??諝庀禂?,為回收煤氣和氧 化鐵塵創造條件,同時利用轉爐煙氣余熱回收大量的蒸汽。
    煉鋼轉爐余熱鍋爐與轉爐氧具進行連鎖,直接參與煉鋼生產控制,冷卻煙氣,控制過??諝庀禂?,為回收煤氣和氧 化鐵塵創造條件,同時利用轉爐煙氣余熱回收大量的蒸汽。轉爐余熱鍋爐的設備狀況直接影響煉鋼轉爐的正常生產,同時也是轉爐余熱回收、鋼廠節能減排的重要手段,在煉鋼廠占有十分重要的地位。
    相比其他的工業鍋爐,煉鋼轉爐余熱鍋爐的運行工況隨轉爐運行工況的變化而急劇變化。當轉爐吹煉時,大量的高溫煙氣流過余熱鍋爐,余熱鍋爐內的熱負荷急劇增加,管壁溫度、介質溫度隨之升高;當吹煉停止時,余熱鍋爐內的熱負荷急劇減小,管壁溫度、介質溫度隨之下降。并且,轉爐冶煉的工況變化非常頻繁,30~40min一個周期。如此惡劣的運行條件必然對余熱鍋爐的使用壽命產生影響。目前,煉鋼轉爐余熱鍋爐的使用壽命很短,上段冷卻煙道的壽命為6~8年,活動煙罩、爐口段煙道處在鋼水飛濺、煙氣磨損的環境下,運行條件更加惡劣,壽命僅為1年左右,并且即使在使用壽命期內設備事故率也很高,需經常檢修,不僅檢修工作量大,而且在運行上存在隱患,同時也影響鋼產量。所以,分析轉爐余熱鍋爐的壽命影響因素,并采取相應措施延長其使用壽命,顯得非常重要。
    轉爐余熱鍋爐損壞的實際情況分析,認為余熱鍋爐損壞主要是由六方面的問題引起的,即循環冷卻水的水質問題,強制循環配水不均問題,自然循環性問題,汽包低壓運行問題,熱膨脹問題和應力疲勞問題。下面就針對這些問題進行分析,提出延長轉爐余熱鍋爐壽命的改進措施。
    影響因素分析及改進措施
    1、循環冷卻水的水質問題
    從余熱鍋爐損壞的情況來看,有些廠投產后一周就出現鍋爐爆管,冷卻管壁嚴重減薄的現象。有些廠則是投產后3個月左右出現水冷壁管燒壞漏水的情況。
    投產后一周就出現爆管的廠,經檢查爆管主要是由于投產時間緊張,沒有按照鍋爐的煮爐程序執行,冷卻段入口節流孔雜質堵塞嚴重造成的。筆者建議轉爐余熱鍋爐的煮爐程序應嚴格參照娜爐煮爐工藝規程》執行。3個月左右出現鍋爐爆管的廠,經檢查發現爆管多是由于鍋爐水質很差,結垢嚴重造成的。因此要嚴格控制補給水水質及運行過程中的排污、加藥、取樣等程序。
    2、強制循環配水不均的問題
    目前使用的轉爐余熱鍋爐,有一段或多段采用強制循環冷卻,強制循環冷卻段的具體數量根據不同的系統而定。由于各段之間、同一段不同的換熱管流動阻力不同,在不同段之間,為了使冷卻段得到的冷卻,冷卻水量應根據各段的熱負荷進行分配;同一段內,各換熱管的冷卻水量應根據不同換熱管的熱負荷進行分配,熱負荷越大則冷卻水量相應要越大。為了冷卻水流量的分配,各強制循環冷卻段的換熱管入口設置了節流孔,也稱為Lanont管。為了不致熱負荷較大,較長的換熱管燒壞,每個換熱管入口節流孔的大小應根據熱負荷進行計算。在使換熱管內水流速度大于較小臨界流速的前提下,熱負荷越大的換熱管其冷卻水量也相應越大。
    但現實情況是由于國內許多鍋爐廠不具備熱負荷及水循環計算的能力,根據經驗在同一段內每個換熱管入口設置了相同規格的節流孔,甚至出現了不同冷卻段各換熱管入口也采用相同規格的節流孔,這就出現了熱負荷越大、越長的換熱管、其水循環陰力也越大,循環冷卻水量反而越少的情況。因此,大大縮短了余熱鍋爐的使用壽命,同時也造成了強制循環泵能力過大,能量浪費的現象。
    中冶賽迪經過多年的努力,開發了轉爐余熱鍋爐專用的熱力和水循環計算軟件,能夠根據轉爐的爐容和操作條件進行余熱鍋爐的熱負荷和結構計算。在此基礎上根據每根換熱管的熱負荷大小確定其入口節流孔的大小,使得強制循環水量根據余熱鍋爐換熱管的熱負荷進行分配,在節省強制循環泵消耗能量的同時,余熱鍋爐換熱管的壽命也得到延長,從而延長余熱鍋爐的使用壽命。
    3、自然循環的性問題
    煉鋼轉爐余熱鍋爐的固定段、尾段常采用自然循環冷卻。固定段一般為傾斜布置,尾段的部分換熱管甚至有時出現水平布置的情況。水冷壁管在受熱條件下,管內的汽水混合物容易產生汽水分層。汽水分層后,水側面向火面的水冷壁管一般是的,但汽側面向火面的水冷壁管卻非常危險,極易發生傳熱惡化。運行實踐證明,汽側面向火面的管子容易發生爆管事故。
    4、汽包低壓運行的問題
    許多鋼廠認為汽包在低壓下運行,系統更加,因此在日常生產中長期控制汽包在遠低于設計壓力的情況下運行。實際上這種認識是非常錯誤的。余熱鍋爐的上升、下降管的管徑是根據系統的設計壓力確定的,汽包壓力遠低于設計壓力時,余熱鍋爐的水冷壁管中汽化點位置會提前,同時也會使水冷壁管和上升管中的汽水混合物體積流量迅速增加,增大循環水系統的流動阻力,從而使循環水量減少,造成水冷壁管局部過熱而破壞。
    要延長轉爐余熱鍋爐的使用壽命,筆者認為余熱鍋爐在汽包的設計壓力范圍內運行,而不應在低于汽包設計壓力的情況下長期運行。
    5、熱膨脹問題
    另一個影響轉爐余熱鍋爐壽命的因素就是余熱鍋爐的熱膨脹問題。余熱鍋爐不僅存在軸向熱膨脹,而且還存在徑向熱膨脹。目前運行的轉爐余熱鍋爐,對軸向熱膨脹有比較成熟的措施,主要是在鍋爐段間聯接處設置非金屬補償器來吸收膨脹量,在鍋爐的支點采用鉸支、懸吊點用恒力彈簧來吸收鍋爐的膨脹位移等。但是,對徑向熱膨脹造成的破壞沒有足夠的認識,尤其在鍋爐的固定支座,滑動支座與水冷壁管的連接處常出現結構設計不合理,水冷壁管與支座支撐梁之間直接剛性連接的現象,從而造成鍋爐冷卻壁管與支撐梁受熱膨脹不均,水冷壁管被拉裂漏水的現象。
    6、應力疲勞問題
    應力疲勞問題也是影響轉爐余熱鍋爐壽命的一個重要因素。由于余熱鍋爐的熱負荷呈周期性變化,吹氧冶煉時,熱負荷迅速上升,氧具提具,吹氧停止后,熱負荷急劇下降。在熱負荷下降時,水冷壁管內的產汽量減少,自然循環的動力下降,甚至導致自然循環停滯。待到下一次吹氧冶煉時,雖然熱負荷迅速上升,但自然循環緩慢啟動,在啟動的過程中造成冷卻壁管的熱量不能迅速被循環冷卻水帶走,從而造成水冷壁管過燒破壞。
    冶煉一爐鋼的周期大概在30~40min,也就是轉爐余熱鍋爐每30~40min受到一次交變熱負荷的影響。由于自然循環啟動的滯后性,啟動過程中受熱部分不能得到及時冷卻,使得水冷壁管不斷受到交變熱應力的影響,從而嚴重影響了余熱鍋爐的使用壽命。為了克服上述弊病,筆者建議即使在自然循環動力不足時,也要保持自然循環系統的較小流量(較小流量根據系統大小確定),以確保氧具下具,熱負荷迅速上升后,自然循環段的熱量能夠迅速被帶走。目前保持自然循環較小流量的方法主要是采用自然循環和強制循環的相互切換。在自然循環流量低于較小流量時,將自然循環切換至強制循環,氧具吹氧下具后,再將強制循環切換至自然循環。這樣既充分利用自然循環節約了電能,也保證了循環啟動過程中水冷壁管不會局部過燒,從而延長了余熱鍋爐的使用壽命。
    結語
    (1)相比其他的工業鍋爐,轉爐余熱鍋爐的現狀是工作條件比較惡劣,壽命較短,需經常檢修更換,影響鋼產量。
    (2)從設計及生產實踐來看,轉爐余熱鍋爐壽命的主要影響因素為循環冷卻水的水質,強制循環配水,自然循環性,汽包運行壓力,熱膨脹,應力疲勞等。
    (3)根據對轉爐余熱鍋爐壽命影響因素的分析,在設計、運行過程中采取有針對性的改進措施,能夠地延長轉爐余熱鍋爐的使用壽命,減少運行過程中的檢修維護工作量。
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