萊鋼轉(zhuǎn)底爐余熱鍋爐升級改造研究

鄭 波

(萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司設(shè)備檢修中心，山東271104)

余熱鍋爐水冷壁部分鍋爐管多次出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，通過對漏水部位管道大面積更換，并對其他部位管道厚度進(jìn)行測量，管道厚度均在4 mm以上(設(shè)計厚度5 mm)，但每次更換后使用不到10天又出現(xiàn)漏水，目前已修復(fù)多次，且修復(fù)一次時間較長，不少于20天，嚴(yán)重制約著轉(zhuǎn)底爐的正常生產(chǎn)。

1 現(xiàn)狀分析

余熱鍋爐工藝簡圖見圖1。

現(xiàn)場對更換下來的管道進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)大部分為沿管道方向爆管漏水，除個別管道管壁厚度較薄外，大部分管道管壁厚度均在4 mm以上，通過多方研究，分析有以下幾個原因：

(1)由于外部原因突然停電，致使強(qiáng)制循環(huán)泵停止運行，不循環(huán)導(dǎo)致熱量無法帶走，形成局部高溫，造成高溫?zé)煔鈱λ浔阱仩t管大面積燒損。鍋爐水冷壁在正常工況運行下，使用壽命7～8年，鍋爐從2011年3月投運到目前已接近7年，這也是水冷壁管道集中爆發(fā)漏水的主要原因。

(2)鍋爐前期未加藥處理以及緊急補充新水造成水質(zhì)污染，使鍋爐水冷壁管道腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重，影響了管道使用壽命，這也是鍋爐漏水的原因之一。

(3)水冷壁集箱排污在鍋爐中間位置(+13.5 m處)，水質(zhì)污染及腐蝕產(chǎn)生的雜質(zhì)均沉積在“U”型彎處，不能排出。造成各管水量變化不均，影響了水冷壁的使用壽命，同時酸洗時產(chǎn)生的塊狀雜質(zhì)都沉積在“U”型彎，不能排出，加大了鍋爐酸洗的難度。

(4)使用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)時，煙氣中硫含量較高，其與煙氣中的Zn、堿金屬等反應(yīng)生成ZnSO4、Na2SO4、K2SO4等物質(zhì)。其中，ZnSO4熔點僅為100℃，且在0～280℃之間會因為吸水形成各種形態(tài)的含水結(jié)晶物，這也是除塵布袋表面出現(xiàn)水狀和油狀粘結(jié)物的主要原因；Na2SO4熔點884℃，沸點1404℃，但具有吸濕性，晶體為Na2SO4·10H2O和Na2SO4·7H2O，集合體呈致密塊狀或皮殼狀；K2SO4雖然在空氣中穩(wěn)定，但其熔點僅為400℃，該溫度正好處于空氣換熱器，易造成換熱器的糊堵。

(5)原料中帶入的Cl經(jīng)高溫穩(wěn)態(tài)蒸發(fā)進(jìn)入煙氣，與Zn、Pb等生成ZnCl2(290℃)、PbCl2(501℃)等低熔點氯化物，此兩種物質(zhì)亦是造成空氣換熱器糊堵的主要原因，且ZnCl2吸濕性很強(qiáng)，在空氣中易吸水潮解；灰中的NaCl、KCl雖然熔點和沸點均較高，但該兩種物質(zhì)均具有吸濕性，易結(jié)塊，如煙氣中含水量較高(加上鍋爐漏水)，其吸水潮解后易造成換熱器或除塵布袋的糊堵。

(6)盡管目前加強(qiáng)了對轉(zhuǎn)底爐所用原料中的K、Na、Cl成分的控制并減少了S的來源，但是隨著煙氣中含Zn量的增加，加上鍋爐漏水，換熱器仍然存在糊堵現(xiàn)象，糊堵溫度區(qū)間在300～500℃。

2 改造的必要性

2.1 水冷壁改造的必要性

(1)鍋爐屬于壓力容器，鍋爐管受到高溫?fù)p壞后存在巨大安全隱患，經(jīng)常導(dǎo)致鍋爐爆管漏水事故。出現(xiàn)漏水處理時間長，最少不少于20天，一旦漏水，需要降溫6～7天才可處理。

圖1 余熱鍋爐工藝簡圖Figure 1 Process flow of waste heat boiler

(2)更換完畢后，而通過采用打壓、測壁厚手段又無法排查出有問題的管道，無法通過局部更換管道來徹底修復(fù)水冷壁。

(3)更換水冷壁管道必須事先告知鍋爐質(zhì)檢所，并履行修復(fù)、打壓、鍋爐質(zhì)檢所檢驗等復(fù)雜手續(xù)。

(4)鍋爐漏水使煙氣中濕度增加和進(jìn)入布袋的煙氣溫度過低，首先造成換熱器管道粘料量增大，增加在線清灰負(fù)荷，造成換熱器堵塞。其次由于煙氣中濕度增加，以及進(jìn)入布袋的煙氣溫度過低使粉塵粘度增大，粘附在布袋上反吹不下來，造成布袋糊堵。

2.2 排污方式改造的必要性

排污方式不合理，排污管在進(jìn)口集箱的末端，集箱在鍋爐中間位置(+13.5 m處)，在水冷壁底部雙U型彎處的雜質(zhì)無法排除，導(dǎo)致雜質(zhì)顆粒沉積底部，堵塞管道，局部不通水，形成爆管。鍋爐內(nèi)部結(jié)垢需要清洗時，在底部U型彎處無法將清洗下的雜質(zhì)帶出，如果徹底清洗清除內(nèi)部雜質(zhì)，清洗費用較高。

2.3 煙氣處理工藝改造的必要性

根據(jù)煙氣進(jìn)入布袋除塵器的工藝要求，煙氣溫度控制在160～180℃。煙氣溫度過高對布袋壽命產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時燒損布袋，使布袋除塵失效；煙氣溫度過低時，鋅鹽吸水析出，糊堵布袋，導(dǎo)致除塵效果下降。目前的煙氣降溫處理不能滿足工藝要求，因此須對煙氣降溫處理工藝進(jìn)行改造。

2.4 換熱器積灰嚴(yán)重改造的必要性

換熱器冷卻管道間隙不到100 mm，同時煙氣在300～500℃之間最容易粘附，換熱器積灰嚴(yán)重，導(dǎo)致以下問題：

(1)在生產(chǎn)方面：由于換熱器堵塞和布袋的糊堵，使轉(zhuǎn)底爐爐內(nèi)負(fù)壓降低，甚至無負(fù)壓，造成減料生產(chǎn)，甚至停機(jī)。

(2)環(huán)境方面：一方面由于布袋被糊堵，反吹不斷吹，另一方面由于煙氣中含有的腐蝕性物質(zhì)長期粘附在布袋上腐蝕布袋，造成布袋破裂，排放廢氣中的粉塵超標(biāo)。

(3)成本方面：鍋爐漏水使鍋爐內(nèi)煙氣溫度降低，減少了蒸汽產(chǎn)量，同時鍋爐漏水也造成除鹽水的浪費。

2.5 供水管道改造的必要性

進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐一次平臺的管道是鋼塑管法蘭連接，目前已運行8年，管道出現(xiàn)老化，法蘭處經(jīng)常出現(xiàn)漏水，不得不停水處理，影響轉(zhuǎn)底爐鍋爐供水，為保證轉(zhuǎn)底爐正常運行，必須補工業(yè)新水維持鍋爐運行，至少平均一個月出現(xiàn)一兩次，處理時間一次不少于1 h。導(dǎo)致爐水水質(zhì)惡化，加重鍋爐的腐蝕。

3 改造方案

鑒于目前轉(zhuǎn)底爐余熱鍋爐不能滿足生產(chǎn)現(xiàn)狀，經(jīng)研究，制定了轉(zhuǎn)底爐余熱鍋爐升級改造方案，方案的設(shè)計思路是：

(1)煙氣溫度由1100℃降溫至220℃。

(2)高溫段采用輻射換熱，低溫段采用對流換熱。

(3)考慮Cl離子腐蝕，設(shè)置凝渣管屏。

(4)考慮換熱面積灰結(jié)垢，設(shè)置機(jī)械彈性振打。

4 主要改造內(nèi)容

(1)余熱鍋爐本體由輻射冷卻室、蒸發(fā)區(qū)、過熱器、省煤器和汽包組成。鍋爐本體安裝在轉(zhuǎn)底爐沉降室爐后，將從轉(zhuǎn)底爐出口1100℃左右的高溫爐氣冷卻至200℃吸收其余熱，產(chǎn)生2.0 MPa、320℃過熱蒸汽。

輻射冷卻室采用全膜式壁結(jié)構(gòu)。它具有足夠大的容積，使煙氣在輻射冷卻室內(nèi)能充分冷卻，煙氣出口溫度控制在600℃左右。由于在此溫度下煙塵的粘結(jié)性明顯減弱，從而減少對流管束的積灰結(jié)渣。

對流區(qū)外壁及灰斗全部采用膜式水冷壁。在對流區(qū)內(nèi)，沿?zé)煔饬飨?，依次布置凝渣管屏、蒸發(fā)管束1、蒸發(fā)管束2、過熱器、蒸發(fā)管束3、蒸發(fā)管束4、蒸發(fā)管束5和蒸發(fā)管束6。各組對流管束之間都留有600 mm左右的檢修空間，其間布置人孔門。各組對流管束通過爐頂受熱面擱置在鍋爐鋼架上，便于取出清理。各組管束內(nèi)，煙氣橫向沖刷管束，傳熱系數(shù)高，煙氣流動平穩(wěn)，對管束磨損小。

采用直通式通道使煙氣均勻、平穩(wěn)地通過煙道，煙氣流動順暢，沒有轉(zhuǎn)彎，不易形成偏流和渦流，輻射冷卻室利于粉塵自重沉降；對流區(qū)采用橫向沖刷，與縱向沖刷相比，大大提高煙氣的傳熱系數(shù)；在保證相同傳熱系數(shù)的前提下，橫向沖刷采用較低的煙氣流速，從而有利于粉塵的自然沉降，防止?fàn)t管磨損。

(2)鍋爐清灰采用彈性振打裝置、倉壁振打、激波吹灰，該裝置振打效果好，灰渣運輸采用埋刮板運輸機(jī)、星型排灰閥輸送方式。

(3)鍋爐底部每個U型管底部設(shè)有排污口。

(4)進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐一次閥平臺的鋼塑法蘭連接的管道全部更換為不銹鋼管道。

(5)鍋爐采用強(qiáng)制循環(huán)，由于廠內(nèi)線路負(fù)荷大，無法實現(xiàn)兩路電供應(yīng)，為防止突然停電對鍋爐造成的危害，增加高壓給水泵及強(qiáng)制熱水泵的柴油發(fā)電機(jī)泵。

5 效益測算

(1)除去冬季生產(chǎn)，平均每月供給發(fā)電8500 t，供燒結(jié)2000 t，一年7個月，發(fā)電按每噸44元計算，每年供發(fā)電效益261.8萬元；蒸汽按104元噸計算，可節(jié)省蒸汽費用14.56萬元。

(2)冬季生產(chǎn)蒸汽全部供燒結(jié)使用，冬季按4個月計算，每月10.5萬 t，可節(jié)省蒸汽費用436.8萬元。

年效益合計：1065.16萬元。

6 結(jié)語

該改造方案主要設(shè)計思路是強(qiáng)制循環(huán)，設(shè)計技術(shù)成熟可靠，無結(jié)構(gòu)限制，動力可靠。該改造方案屬于鍋爐壓力容器范疇，需要有壓力容器設(shè)計資質(zhì)的單位進(jìn)行設(shè)計，施工單位需要有壓力容器施工資質(zhì)的單位進(jìn)行施工。該項目形成一項轉(zhuǎn)底爐余熱鍋爐升級改造的新技術(shù)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益明顯，具有較好的應(yīng)用前景和推廣價值。