高壓轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的設(shè)計(jì)優(yōu)化及運(yùn)行維護(hù)的分析獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：在實(shí)際工程中轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐應(yīng)用十分廣泛，是作為能量回收與污染控制的主要設(shè)備，但在實(shí)際應(yīng)用中轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐存在已損壞、日常維護(hù)費(fèi)用高以及壽命短等諸多問(wèn)題。本文結(jié)合工程中的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的改善措施，以供同行專家參考。

關(guān)鍵詞：高壓轉(zhuǎn)爐；余熱鍋爐；優(yōu)化設(shè)計(jì)；運(yùn)行維護(hù)

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(lái)冷卻轉(zhuǎn)爐煙氣，并將煙氣的余熱進(jìn)行在利用，使其產(chǎn)生蒸汽。轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐在我國(guó)使用已經(jīng)有三十年多年的歷史，通過(guò)不斷的改進(jìn)與完善，目前基本上已經(jīng)完全自主化。隨著汽輪機(jī)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(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍存在較大的問(wèn)題。

1.轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的應(yīng)用

鋼廠在進(jìn)行煉鋼作業(yè)時(shí)，在煉鋼吹煉的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔猓@些煙氣中含有大量的飛灰、氮化物以及煙塵等對(duì)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(huì)造成熱能的浪費(fèi)。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(hù)的重要設(shè)備，是整個(gè)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?zé)煔庾鳛闊嵩磥?lái)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(gòu)成

轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐作為主要的煙氣回收設(shè)備，其一般采用的是汽化冷卻煙道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，來(lái)有效利用煉鋼過(guò)程中排除高溫余熱。其中余熱鍋爐主要的受熱面分為四個(gè)部位：一是錐型煙罩，是鋼管組成的一種錐形結(jié)構(gòu)，活動(dòng)煙道的水循環(huán)是一種低壓強(qiáng)制循環(huán)結(jié)構(gòu)，不會(huì)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(gòu)的水冷壁結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)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(dú)立的水路循環(huán)系統(tǒng)；三是主煙道，是圓筒形結(jié)構(gòu)的水冷壁結(jié)構(gòu)，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(gè)獨(dú)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(gòu)的水冷壁構(gòu)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(gè)獨(dú)立水循環(huán)結(jié)構(gòu)，而移動(dòng)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(yīng)用中存在的問(wèn)題及相應(yīng)措施

3.1水循環(huán)的優(yōu)化

余熱鍋爐安全運(yùn)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(diǎn)，這就會(huì)導(dǎo)致煙道中的溫度會(huì)周期性的發(fā)生巨大變化，對(duì)水循環(huán)的正常運(yùn)行存在安全運(yùn)行。對(duì)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(dòng)橫截面比增大，減小煙道進(jìn)入循環(huán)回路時(shí)的阻力。

3.2防止低周疲勞

根據(jù)實(shí)際工程中的應(yīng)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(duì)于這一問(wèn)題，可以采用以下兩個(gè)方案來(lái)進(jìn)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(qiáng)度的材料。例如，選用15CrMo，這種鋼材具有較強(qiáng)的耐高溫性能；二是改善聯(lián)箱與管道借口出的設(shè)計(jì)方案，采用平座式的連接方案能夠顯著改善借口的內(nèi)應(yīng)力情況，從而可以避免低周疲勞的發(fā)生。

3.3熱膨脹問(wèn)題

轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的熱膨脹問(wèn)題對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行至關(guān)重要，因此在進(jìn)行余熱鍋爐設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮到材料的熱膨脹問(wèn)題，必須為鍋爐與鋼結(jié)構(gòu)之間預(yù)留足夠的熱膨脹量。此外，對(duì)于移動(dòng)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(bǔ)償器，這種補(bǔ)償器可直接與管道井進(jìn)行焊接，不需要進(jìn)行封件，并且在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)發(fā)生因密封件的損壞而導(dǎo)致漏氣的發(fā)生。

4.余熱鍋爐的運(yùn)行管理與維護(hù)

4.1確定科學(xué)的工藝系統(tǒng)

對(duì)于中小型的余熱鍋爐，可選用全氣體的冷卻方式。而對(duì)于大型的轉(zhuǎn)爐活動(dòng)煙罩裙，熱水冷卻是單項(xiàng)介質(zhì)冷卻，可以采用熱水密閉循環(huán)方式，這樣不會(huì)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(yùn)行壓力

提高運(yùn)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(yùn)行壓力過(guò)大時(shí)，會(huì)對(duì)整個(gè)自然循環(huán)系統(tǒng)帶來(lái)負(fù)擔(dān)，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(dāng)合理的壓力設(shè)計(jì)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(yùn)行，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)階段余熱鍋爐的制作與運(yùn)行狀態(tài)，余熱鍋爐的壓力一般設(shè)置在2.5Mpa作用最佳。

4.3加強(qiáng)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(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)余熱鍋爐中水的監(jiān)督。一般在補(bǔ)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(huì)產(chǎn)生大量的結(jié)垢，這種結(jié)垢會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生較為嚴(yán)重的腐蝕，這只影響余熱鍋爐使用壽命的一個(gè)重要因素。因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)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(yùn)行。

4.4穩(wěn)定運(yùn)行壓力

在實(shí)際的運(yùn)行中，余熱鍋爐的運(yùn)行壓力會(huì)不斷發(fā)展波動(dòng)，從而對(duì)水循環(huán)造成一定的影響，這也將對(duì)余熱鍋爐運(yùn)行的安全性有較大的影響。對(duì)于這一問(wèn)題，可在汽包的出口設(shè)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(qiáng)管理水平

對(duì)于余熱鍋爐而言，事故的發(fā)生往往是一個(gè)累積的過(guò)程。因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)余熱鍋爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的監(jiān)督與管理，應(yīng)當(dāng)聘請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員來(lái)進(jìn)行過(guò)于的操作，其應(yīng)當(dāng)具備高度的責(zé)任意識(shí)與高超的技術(shù)水平，在平常的運(yùn)行當(dāng)中對(duì)鍋爐的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，從而預(yù)防故障的發(fā)生。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)高壓轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)行維護(hù)方