转炉余热锅炉烟道寿命分析.docx

转炉余热锅炉烟道寿命分析杨秀珍(包头钢铁设计研究总院 ,内蒙古包头014010)摘 要 :余热锅炉烟道寿命延长 ,必须在设计方面和制造方面采取特殊的措施和方法 ,而且在运行和维护方面要严格执行工艺规程 ,设计上虽然重要 ,但制造 、运行和维护等方面也不应忽视 。关键词 :转炉余热锅炉 ;烟道 ;虚假水位中图分类号 : tf06613 + 1文献标识码 :b文章编号 :1009 - 5438 (2006) 02 - 0034 - 03analysis of the flue l ifetime of the converter residual heat boileryan g xiu - zhen( b aotou engineering and research corporation of iron and steel industry , b aotou 014010 , nei monggol , china)abstract : this paper introduces the special measures taken in the design & making of residual heat boiler flue to prolong itslifetime . strictly following the technological process during operation and maintenance of the boiler is also very important . the de2 sign , manufacture , operation and maintenance are all important factors so far as prolonging the lifetime of the boiler flue is con2 cerned.key words : converter residual heat boiler ; flue ; illusive water level炼钢转炉余热锅炉是余热锅炉家族中的一个特殊成员 。它的特殊性表现在两个方面 : 工作环境 恶劣 ,其运行工况随炼钢转炉运行工况的热负荷急 剧变化 ,当转炉吹炼时 ,大量的高温烟气流过余热锅 炉 ,余热锅炉内的热负荷急剧增加 ,管壁温度 、介质 温度随之升高 。当转炉吹炼停止时 ,余热锅炉内的 热负荷急剧减少 ,管壁温度 、介质温度随之下降 。并 且 ,工况变化非常频繁 ,约 2040 min 一个周期 ; 它作为转炉炼钢设备的一部分 ,必须服从炼钢转炉 生产 ,也就是说 ,它的维修 、保养工作都只能在转炉 检修时进行 ,一般不能根据自身的状况进行必要的 维修和保养 ,因此 ,炼钢转炉余热锅炉的寿命很短 , 上段冷却烟道的寿命为 6 年左右 ,下段冷却烟道的 寿命为 23 年左右 ,靠近转炉的活动烟罩因存在钢 水飞溅 ,运行条件更加恶劣 ,寿命只有 1 年左右 。并且 ,即使在使用寿命期内 ,设备事故率也很高 ,不仅检修工作量大 ,而且在安全上存在隐患 ,同时也影响 钢产量 。所以 ,迫切需要在改进设计 ,在制造 、运行及维护上下功夫 ,以延长设备使用寿命 ,减少事故 ,保证余热锅炉的长期安全运行1 。1 影响余热锅炉烟道寿命的原因111制造工艺的影响余热锅炉烟道在制造过程中 ,未严格按照锅炉 的有关制造技术条件和规定进行制造 ; 设备从外观 是看不出问题的 ,但其掩盖了很多问题 。混钢种 ;受 热管与隔板的材料不一致 ; 制造中未按要求整体热 处理 ,巨大的焊接应力未能消除 ,在运行中局部区域焊接应力与热应力迭加 ,造成受热管与隔板间焊缝 拉开 ,使受热管损坏 。 收稿日期 :2006201211作者简介 :杨秀珍 (1959 - ) ,女 ,河北省张家口市人 ,工程师 ,现从事工厂热能设计工作 。第 2 期转炉余热锅炉烟道寿命分析35112 热负荷频繁急剧变化引起的氧化和交变热应力转炉冶炼工艺操作具有周期性 。吹炼时 ,热负 荷增大 ,管壁温度升高 ;停吹时 ,热负荷减小 ,管壁温 度随之降低 ,使受热管产生周期的热交变应力 ,极易 造成热疲劳破坏 。在冷却管上会出现横向裂纹 ,直至破裂 ,发生蒸汽泄露 。因此工作寿命不长 。113 系统压力波动的影响由于锅炉稳压系统运行不正常造成汽化系统的 频繁波动 ,内压应力的不断变化而引起的疲劳破坏 , 同时系统压力波动太大也影响水循环特性 。114 水循环不良引起的局部过热损坏烟罩采用自然循环 ,由于活动烟罩和固定烟罩 靠近炉口烟气温度高 , 热负荷大 , 表面平均热强度 高 ,热负荷变化也更加剧烈 ,导致自然循环的水流动 产生脉冲变化 ,吹炼初期水循环尚未形成 ,热负荷的猛增容易使受热管中的水由核态沸腾转变为膜态沸 腾 ,形成汽膜阻隔 ,同时烟罩内热偏差较之上部烟道 更大 ,加上挂渣的影响 , 烟罩各受热管吸热更不均 匀 ,烟罩热负荷的这些特点 ,使循环停滞或倒流 ,传 热恶化 ,引起管壁温度急剧升高 ,当壁温超过管材所容许的极限温度时 ,受热管即烧坏 。115 水质影响虽然采用软水作为给水 ,但是由于水质管理不 善 ,盐分析出附着在管壁上 ,更加剧了温度的提高 , 导致管壁过热 、烧坏 ;加之烟罩受热管底部排污较困难 ,当热负荷很高时 ,受热管内壁上也会结垢 ,使管 子传热效果大大降低 ,造成超温破坏 。116 喷溅结渣的影响冶炼过程中造成的喷溅在炉口部分的冷却设备 上大量结渣 ,结渣区域传热不良 ,造成受热管不均匀以至局部过热损坏 ,清渣时造成受热管机械损伤 ,甚 至直接使受热管被拉裂 。117 炉尘对受热管的磨损炉气中含有大量的氧化铁粉尘 ,炉气在烟罩中 流动时 ,粉尘与受热管产生摩擦而使受热管磨损 。118 其它影响余热锅炉的原因是多方面的 ,安装 、使用 、 保养及运行管理不当 ;运行人员工作不负责任 ,检查 维护不周 ;对设备不熟悉 ,技术业务不熟练 ,以至操 作错误 ;事故发生时判断不准或处理不当等等 。(1) 在烟道结构设计时 ,除满足烟道强度外 ,要充分考虑烟道的热变形 ,受热管与隔板之间的宽度 不易太宽 ;隔板的材质最好与受热管材质一致 ,减少 运行中由于管子内的汽水冷却 ,管子和隔板间存在 较大的温差 ,导致管子和隔板的焊缝处形成很大的热应力 ,使得受热不均匀 ,膨胀不一致 ,产生温度应 力 ;并将固定烟罩分为两段 。(2) 全汽化的烟罩 ( 包括活动烟罩和固定烟罩)宜采用热水密闭循环方式 ,烟罩采用强制循环汽化 冷却方式 ,活动烟罩段采用低压强制循环 ,固定烟罩段采用中压强制循环 ,保证烟道的水循环运行压力 。(3) 提高转炉余热锅炉给水系统的自动化水平 。 根据转炉间断工作 、瞬时蒸发量变化大和容易出现 的“虚假水位”特点 ,并且给水通道的迟延和飞升速 度都比较大 “, 虚假水位”现象比较严重 ; 在吹炼阶段 ,保持汽包水位处于正常水位与最高水位之间 ,保 持汽包水位处于低水位 ,以保证安全运行 ;因此对大 型转炉余热锅炉水位控制采用三冲量双回路给水自 动调节 ,见图 1 。图 1三冲量双回路给水自动调节系统三冲量双回路给水自动调节 ,汽包水位冲量是主信号 ,也是校正信号 ,因为任何扰动引起的汽包水 位变化都会使调节器动作 ,改变给水调节阀开度 ,使 汽包水位恢复到给定值 ,因此 ,被调量水位冲量形成的外回路能消除各种内外扰动对水位的影响 ,保证 汽包水位在工艺要求所允许的变动范围内 。蒸汽流 量冲量是前馈调节信号 ,它能克服因“虚假水位”而 引起的调节器误动作 ,改善蒸汽流量扰动下的调节 品质 。同时 ,蒸汽流量冲量和给水流量冲量相配合 ,可消除调节系统的静态偏差 。给水流量冲量是介质2 延长寿命的措施211设计方面 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 36包钢科技第 32 卷反馈信号 ,它能及时反映给水流量冲量的变化 ,因为当给水调节阀的开度改变或由于内扰使给水流量变 化时 ,给水流量孔板前后的压差反应很快 ,延迟很小(约 13 s) ,在汽包水位还来不及变化的情况下 ,调 节器即可消除内扰或使调节过程稳定 。因此 ,给水流量冲量局部反馈所形成的内回路能迅速消除给水 侧的扰动 ,稳定给水流量 。可见 ,三冲量给水自动调 节系统是一种具有蒸汽流量的前馈信号 、给水流量 反馈信号及汽包水位主信号的较完善的调节系走 。当锅水含盐量大 、负荷高时 ,蒸汽带水量也大 ,其原因 : 可能是没按规定进行必要的排污 ; 可能 是由于汽包内部装置失效所致 ; 由给水品质不良 、 碱度过高 、油污 、杂质及悬浮物过多 、加药过量所致 ;由于负荷变化过急所引起 。加强水质管理和监督 ,随着转炉压力的提高 ,对 水质的要求亦越来越高 。转炉烟道的使用寿命 ,除 与生产操作运行等有一定关系外 ,其中一个重要的 原因就是给水水质的好坏 。给水水质不佳 ,引起受 热面管内结垢 ,致使其局部过热或腐蚀 ,以致管壁温 度不均而产生过大应力 ; 所以 , 加强给水水质的取 样 、化验和监督 ,是保证余热锅炉安全运行的一个关 键环节 ,一定给予足够重视3 。215维修和保养余热锅炉是一种经常处于在高温高压下工作的 设备 , 它受到烟 、火 、水 、汽 、空气和烟尘的侵袭 , 所以 ,其金属材料容易被腐蚀 、磨损和发生疲劳变形 。余热锅炉由于不注意维修和保养所造成的腐蚀 会比运行时更为严重 ,停炉时一定要防止空气进入 汽包造成氧腐蚀 ;金属表面有水膜 ,从大气中吸附氧引起电化学腐蚀 ; 汽包表面有溶于水的盐垢也会引 起腐蚀 ,可以看出余热锅炉维修和保养的重要性 。统2。212制造过程中的监制一定要对余热锅炉烟道的制造进行监制 ,严把 制造质量 、管材质量 、焊接质量关 。避免由于制造时 造成烟道先天不足 。213严格按运行规程操作转炉运行操作一定要降罩操作 ,操作时应保证 余热锅炉出口排烟温度在规定范围内波动 。开炉升温时或停炉降温时应严格按运行规程操 作 ,防止个别部分受热不均而产生内应力 。214运行管理及维护余热锅炉运行工况的变化主要反映在参数的变 化上 。为了保持参数的稳定 、运行的安全 ,就必须要 求运行人员随时监视运行工况 ,加以分析后 ,正确地 进行调整 。运行人员必须及时分析 、处理变化的工 况 ,从而使余热锅炉的寿命更长 。正确处理缺水事故 、满水事故 、锅水膨胀事故 。(1) 缺水事故 ,汽包最低水位低于最低水位 ,或 已看不到水位 。如处理失当 ,在受热管因缺水被烧 红的情况下 ,大量进水 ,就会大量蒸发 ,汽压猛增 ,有 可能导致发生爆炸的严重后果 。严重缺水时 ,受热 管过热时 ,急于进冷水 ,金属因受到激烈冷却而产生 破裂性的热应力 。因此在发生缺水事故时 ,必须认 真检查 ,判明情况 ,慎重处理 。(2) 满水事故 ,汽包最高水位超过规定的最高水 位 。饱和蒸汽中湿分 、盐分会增加 ,蒸汽温度下降 ; 给水流量大于蒸汽流量 ;严重满水甚至过水时 ,蒸汽 管道会出现水击声 ,从而会严重影响用汽设备 。(3) 锅水膨胀事故 ,即汽水共腾“吊水”水位剧烈 波动原因主要是锅水含盐量大 ,水面上集有大量的 泡沫 ,蒸汽逸出时水膜破裂 , 溅出水滴并被蒸汽带结束语转炉余热锅炉直接服务于转炉生产 ,转炉余热 锅炉运行的可靠性和安全性不仅在设计中必须高度 重视 , 制造及运行管理上也应引起高度重视 。余热锅炉工作环境最恶劣 ,因而寿命短 。应从 多方面采取切实可行的积极措施加以改进和完善 。 特别加强制造过程中的监制及运行管理 ,严格按运行规程操作是保证余热锅炉和工艺