轉爐余熱鍋爐在線煮爐的應用技術

楊加國,霍進忠,嚴 生

(南京鋼鐵股份有限公司中厚板卷廠,江蘇南京 210035)

1 南鋼大轉爐概況

南鋼共有150 t 轉爐三座，1#轉爐于2004 年6月、2#轉爐為2005 年8 月、3#轉爐是2010 年10 月相繼投產(chǎn)，三座轉爐的余熱鍋爐都是采用國內通常設計的自然循環(huán)與強制循環(huán)相結合、低壓循環(huán)與高壓循環(huán)相結合的運行方式，但是南鋼的轉爐余熱鍋爐的壽命已經(jīng)達到6 年8 個月，用到目前都沒有進行更換，他們除了按照正常的鍋爐維護之外，發(fā)明創(chuàng)造了轉爐余熱鍋爐在線煮爐的應用技術，這項技術改變了人們對生產(chǎn)與維保矛盾的正常思維方式，做到了生產(chǎn)維保兩不誤，是獨特的應用專利技術。

2 轉爐余熱鍋爐系統(tǒng)介紹及常見故障

2.1 系統(tǒng)介紹

150 t 轉爐汽化冷卻煙道式余熱鍋爐，系統(tǒng)工件壓力P=2.45 MPa，采取的冷卻方式為自然循環(huán)與強制循環(huán)相結合的復合式冷卻煙道。其中活動煙罩采取低壓強制循環(huán)，與除氧器相連組成一低壓強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)。低壓循環(huán)流程見圖1。

爐口固定段、可移動段由爐口固定段、可移動段與汽包相連通過高壓熱水循環(huán)泵組成一強制循環(huán)系統(tǒng)，采取高壓強制半汽化循環(huán)方式冷卻；中Ⅰ段、中Ⅱ段、中Ⅲ段與末段為自然循環(huán)，由汽包與中Ⅰ段、中Ⅱ段、中Ⅲ段與末段連接組成一自然循環(huán)系統(tǒng)。高壓及自然循環(huán)流程見圖2。

圖1 低壓循環(huán)流程圖

2.2 常見故障

目前各大鋼鐵企業(yè)中的轉爐余熱鍋爐，最常見的故障就是鍋爐承壓部件的損壞、汽水共騰以及鍋爐水位異常等故障。其中鍋爐承壓部件的損壞是最普遍且也是維修最為困難的故障。相對于轉爐余熱鍋爐來講，主要是受熱面的損壞，即水冷壁的高壓鍋爐管，而導致這一狀況的最主要的原因是，水處理方式不正確，化學監(jiān)督不嚴，未按規(guī)定除垢，或者使用年限較長，致使管內結垢影響冷卻水的流量，造成管道冷卻不均勻受熱面管壁變薄，最終導致管道因高溫產(chǎn)生開裂，沙眼，甚至爆管。

圖2 高壓及自然循環(huán)流程圖

針對轉爐余熱鍋爐水冷壁高壓鍋爐管管內結垢的狀況，我們對垢樣進行分析,其垢樣主要成分是碳酸鹽、硫酸鹽及硅酸鹽垢。產(chǎn)生的原因是補充水中成垢離子在高濃縮倍數(shù)和高溫工況下均有結晶垢析出現(xiàn)象,嚴重的結垢影響了轉爐煉鋼生產(chǎn),而停機檢修又會造成生產(chǎn)工藝的不連續(xù)性。

鑒于此,通過對現(xiàn)場工況的調查和分析,我們利用每年爐役檢修時間對整個余熱鍋爐系統(tǒng)進行堿煮，以達到清理管道內壁，延長管件壽命的目的。針對轉爐余熱鍋爐水冷壁高壓鍋爐管管內結垢的狀況，我們決定對該系統(tǒng)進行在線堿煮清洗,并取得了良好的收效。

3 常規(guī)的煮爐技術

3.1 煮爐要求的條件及臨時措施

3.1.1 系統(tǒng)已沖洗試壓合格；

3.1.2 車間蒸汽管道已施工完，外部蒸汽（0.3～0.4 MPa）應滿足供應；

3.1.3 車間軟水管道已沖洗試壓合格，軟水已到位，應滿足供應；

3.1.4 泵類應單體試運轉完，電動閥、氣動閥應調整完畢；

3.1.5 加藥裝置單體試運轉完成；

3.1.6 用臨時管將車間蒸汽管道接至除氧器排污管；

3.1.7 措施用材料：

①管Φ57×4，100m；

②閥Z41H-16，DN50，1 個（帶配套法蘭、墊片、螺栓）；

③氫氧化鈉800 kg；

④磷酸三鈉800 kg。

3.2 煮爐加藥要求

3.2.1 煮爐加藥量

管道及鍋爐設備均為新購使用，銹蝕不嚴重，采用2%～3%氫氧化鈉（NaOH）及2%～3%磷酸三鈉（Na3PO4·12H2O）。

3.3 煮爐過程

3.3.1 系統(tǒng)加入軟水進入除氧器，并通過外部蒸汽進行加熱，并通過給水泵將軟水補充到汽包；

3.3.2 由汽包上安全閥短管加藥，不得將固體藥品直接加入鍋爐內，應將藥品溶解成濃度20%的水溶液使用；

3.3.3 汽包注滿水后，開循環(huán)泵強制循環(huán)，煮爐時間不得少于48 h；

3.3.4 煮爐過程中應定期對爐水取樣分析，當爐水堿度低于45 毫克當量/升時應補充加藥；

3.3.5 煮爐完畢后將堿洗水全部排凈，然后注水進行系統(tǒng)沖洗，約30 min 后可以停泵，排放完沖洗水，這樣進行多次，直到pH 值，油脂含量，濁度等合格為止。

3.3.6 沖洗水排放，當沖洗經(jīng)確認合格后，即可打開各排放閥，全部排放沖洗水，對于堿洗中的廢液應排入預先冷卻池中，進行加水稀釋后才能排放。

3.3.7 煮爐合格后，系統(tǒng)水排完，通蒸汽，壓力達0.3～0.4 MPa 時，應對余熱鍋爐的法蘭、人孔、手孔和其他聯(lián)接部位的螺栓進行一次熱態(tài)緊固。

煮爐工藝流程見圖3。

圖3 煮爐工藝流程

3.4 煮爐合格檢驗標準

3.4.1 需打開汽包和除氧器的人孔，進入鍋筒內檢查內壁無油垢，同時在擦去附著物后金屬表面無銹斑；

3.4.2 最大流量壓力下,排水處水色及透明度與入口目測一致為合格。 當爐水磷酸根含量漸漸趨向穩(wěn)定,同時爐水堿度為8～12 毫克當量/升即可視為合格。

4 南鋼的在線煮爐技術

4.1 常見的轉爐鍋爐處理方法

目前國內廠家基本上都是采用上面描述的煮爐技術，實施過程是在新上鍋爐安裝完畢后專門安排一定的時間來進行煮爐，通常需要72 h 左右。而在目前正常的爐役檢修時期，轉爐砌爐完成后，余熱鍋爐才得以系統(tǒng)恢復，如果再安排72 h 用來煮爐的話，對生產(chǎn)的影響就很大，影響的產(chǎn)量至少達到13500 t，所以不少鋼廠都是在新項目上馬或大修期間實施常規(guī)的煮爐，在平時的爐役檢修期間就免去了煮爐工序，為的是節(jié)約時間，這對于余熱鍋爐來說喪失了很好的養(yǎng)護修復設備的機會。

4.2 在線煮爐的定義

南鋼中厚板卷廠通過自己的摸索，創(chuàng)新地進行了在線煮爐的方法，其定義就是：“在爐役檢修期間砌爐結束，余熱鍋爐系統(tǒng)恢復完成時，實施邊煮爐邊生產(chǎn)的技術”。這項技術一改常規(guī)煮爐的方法，既不影響生產(chǎn)，又對鍋爐適時地進行了清洗養(yǎng)護，為減少故障創(chuàng)新出一條新路。

在線煮爐技術的實施方法與常規(guī)煮爐的差別較大，雖然加藥的工器具、加藥口的位置是一樣的，但主要是加藥的時機和藥劑量卻明顯不同，其主要是轉爐一旦投入生產(chǎn)，鍋水的升溫速度急劇上升，壓力也急劇上升，藥劑在鍋爐內的反應速度就大不一樣，藥劑濃度控制不好往往適得其反，畢竟鍋爐在經(jīng)過長時間的應用后，在那種高壓高溫以及結垢造成熱交換的能力都與新的鍋爐有著較大的差別，藥劑控制不好，就會造成煮爐過度等原因，本來還能支撐一段時間的鍋爐管道就出現(xiàn)提前破裂或爆管漏水的故障。

4.3 在線煮爐的技術

4.3.1 在線煮爐的藥劑要求

常規(guī)的煮爐其藥劑基本是粉劑，在現(xiàn)場通過藥劑桶現(xiàn)配，實施邊配邊加的方法將藥劑加入鍋爐內，由于鍋爐的升溫和升壓速度主要靠外引低壓蒸汽來實現(xiàn)，藥劑在鍋爐內有足夠的時間來均勻，不會產(chǎn)生局部藥劑濃度超量的現(xiàn)象，對鍋爐管壁影響不大，另外煮爐前，系統(tǒng)上的流量計基本都要拆除，用短接代替以免影響其精度，藥劑濃度基本上比較高，能達到3～5%，但在線煮爐則不同，系統(tǒng)儀表都參與生產(chǎn)控制而不能拆除，通常考慮藥劑量在常規(guī)藥劑量的50%左右為宜，這一點很重要；第二點就是藥劑要提前配好，濃度要均勻，通常按照1：25 來配比。系統(tǒng)需要的鈍化劑也按照預先配置均勻，配制濃度按照1%NaNO2+ 0.25%Na2HPO4+ 0.25%NaH2PO4來進行，鈍化劑中主要以亞硝酸鈉輔以磷酸鹽來準備，總量在一噸左右。

4.3.2 在線煮爐的實施步驟

（1）根據(jù)低壓系統(tǒng)容量，將定量的堿煮濃縮液打入除氧器；

（2）補水至整個低壓系統(tǒng)充滿溶液，同時打開蒸汽加熱閥門，對除氧器進行加熱(不要將溶液一次投入,否則使溶液在爐水中局部集中,則會降低煮爐效果)；

（3）當除氧水箱升壓0.1～0.2 MPa，同時除氧水箱水位達到一半左右時，即可開啟循環(huán)泵進行低壓系統(tǒng)循環(huán)；

（4）繼續(xù)向除氧器中補加相應比例的堿煮濃縮液和軟水，同時開啟汽包給水泵補水至正常水位，啟動高壓循環(huán)泵，并啟動蒸汽加熱閥向高壓系統(tǒng)內通入蒸汽，進行加熱，當系統(tǒng)內的壓力升至能夠滿足生產(chǎn)要求時，便可以安排進行生產(chǎn)，煮爐也同時隨著生產(chǎn)繼續(xù)進行；

（5）生產(chǎn)期間，定期取樣化驗，根據(jù)化驗結果，適時補加堿煮濃縮液；

（6）堿煮期間定期排污，排除堿洗疏松產(chǎn)物。

4.3.3 在線煮爐的過程要領

（1）對除氧器的補水必須進行有效控制，并對加水量進行適時記錄，確保整個補水水量必須和加藥量的比例與要求相統(tǒng)一；

（2）由于藥品已溶解成溶液，在投放時，需考慮到低壓和高壓系統(tǒng)的容量，在添加藥品時,要根據(jù)兩系統(tǒng)的比例分次加入,以達到投放均勻的目的；

（3）由水質化驗的數(shù)據(jù)，最終判斷煮爐是否達到要求。當水質濁度、總鐵以及磷酸根含量逐步下降到最后趨向平穩(wěn)，說明系統(tǒng)清洗效果比較明顯。

煮爐期間低壓、高壓系統(tǒng)各項檢測數(shù)據(jù)變化趨勢見圖3。

圖3 煮爐期間低、高壓系統(tǒng)各項檢測數(shù)據(jù)變化趨勢圖

4.3.4 在線煮爐完成后的鍋水處理

在線煮爐的鍋水相對于常規(guī)煮爐，不能一次性將鍋水排盡，需通過角通排污器定期的進行排污，并通過集水池進行稀釋，加酸進行平衡后，經(jīng)過檢測pH 值達到標準后，再進行排放，排放時閥門的開關要徹底，尤其是閥門關閉必須關死，切不可有泄漏發(fā)生，小流量的泄漏會造成水垢逐步移動到排污管出口處造成堵塞，等再排放時會出現(xiàn)排不出或突然沖擊式排出，產(chǎn)生危險，排污時間根據(jù)現(xiàn)場實際定，一般需要48 h 乃至更多時間，最后檢查一下排出鍋水的藥劑濃度確定是否置換合格。

5 結束語

由于轉爐平均每年都會進行一次爐役，而在線煮爐恰恰選擇在這個時間段進行，既充分利用了檢修時間，同時也可以對整個余熱鍋爐系統(tǒng)進行清洗除垢，在不影響生產(chǎn)的情況下,采用堿煮進行汽化冷卻系統(tǒng)的在線清洗,系統(tǒng)的熱交換效果將得到有效的改善,避免了水冷壁鍋爐管垢堵或汽堵情況的發(fā)生，也就減少了漏水（汽）情況的發(fā)生，方便了生產(chǎn)，同時對延長余熱鍋爐的使用壽命具有很好的效果,值得類似工況條件的企業(yè)推廣。