梅鋼4#轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)結(jié)垢分析及在線處置

胡小龍

（上海梅山鋼鐵股份有限公司能環(huán)部,江蘇南京 210039）

前言

梅鋼煉鋼廠4#轉(zhuǎn)爐配置1 臺設(shè)計蒸發(fā)量為35 t的汽化冷卻系統(tǒng)，其主要冷卻設(shè)備為：爐口固定煙罩、移動煙罩、固定煙道、蝦米彎、檢查蓋，設(shè)備的主要材質(zhì)為20G。系統(tǒng)循環(huán)水量1 520 m3/h，系統(tǒng)保有水量110 m3，平均補充量45 m3/h，運行方式與轉(zhuǎn)爐冶煉同步,系統(tǒng)運行（工作）壓力為2.0～3.2 MPa,工作溫度215～239 ℃。

1 汽化冷卻系統(tǒng)概述

汽化冷卻系統(tǒng)主要冷卻介質(zhì)為脫鹽水，脫鹽水經(jīng)泵組輸送進入強制循環(huán)的低壓循環(huán)系統(tǒng)，以有效冷卻裙罩、氧槍水套、副槍水套、加料水套，再利用高壓泵組輸送入高壓循環(huán)系統(tǒng)的汽包，汽包中的爐水經(jīng)下降管及循環(huán)泵組分配到各煙道段與轉(zhuǎn)爐冶煉過程中產(chǎn)生的高熱煙氣進行熱交換，在冷卻煙道內(nèi)形成汽水混合物，經(jīng)上升管返回汽包，汽水混合物經(jīng)汽包內(nèi)部裝置實現(xiàn)汽水分離，蒸汽經(jīng)蓄熱器后送入外部管網(wǎng)。

為保證汽化冷卻系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)平衡及安全運行，一直采取爐外水處理工藝進行水質(zhì)處理，并采取連續(xù)和定期排污的方式，控制爐水的水質(zhì)。但2017年11月至12月，通過對轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐系統(tǒng)管道和水泵系統(tǒng)進行檢查發(fā)現(xiàn)4#轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐高壓循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)了不同程度的結(jié)垢（見圖1），垢樣分析見表1。

表1 垢樣分析報告 單位：%

圖1 移動煙罩管道結(jié)垢情況

由表1數(shù)據(jù)可見：

（1）氧化鈣與五氧化二磷占比較高，分別為43.56%和40.37%，垢樣主要組分以磷酸鈣垢為主。

（2）三氧化二鐵含量3.36%，腐蝕產(chǎn)物比例很低，基本沒有腐蝕。

2 汽化冷卻系統(tǒng)結(jié)垢原因分析

受轉(zhuǎn)爐冶煉的周期特點影響，轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)有熱負荷大、溫度變化大、熱應(yīng)力明顯的特點。鍋爐水垢的產(chǎn)生機理主要是給水中的一定數(shù)量的鈣、鎂鹽類，在汽化冷卻系統(tǒng)內(nèi)部經(jīng)過氣壓、溫度等物理化學(xué)變化過程而生成各種類型的難溶于水的化合物。其主要包括給水中溶解鹽類由于溫度升高溶解度降低造成的結(jié)晶鹽析出,連續(xù)蒸發(fā)過程中鹽類濃縮以致使過飽和狀態(tài)下的鹽類析出和不同鹽類在爐水中相互作用下的產(chǎn)出化合物。

這些鹽類結(jié)晶，一部分粘結(jié)在受熱強度較大的受熱面上，形成堅硬的水垢，另一部分則懸浮在爐水中，隨爐水循環(huán)而流動。這部分懸浮沉渣有兩個去向：其一，當(dāng)水循環(huán)不良，流速較低時，在成“死水”的角落沉積下來，形成二次水垢；其二，沉淀于汽包下部，形成泥垢，隨定期排污排出爐外。

2.1日常加藥情況分析

煉鋼汽化冷卻系統(tǒng)由于熱負荷大，水濃縮倍數(shù)高，系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)變化較大，短時間內(nèi)水質(zhì)失穩(wěn)就會出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。投加水質(zhì)穩(wěn)定藥劑的目的就是與給水中的結(jié)垢物質(zhì)進行反應(yīng)，產(chǎn)生懸浮分散狀態(tài)的磷酸鈣鎂軟渣，通過鍋爐的排污排出鍋爐。

本系統(tǒng)投加由聚磷酸鹽及有機聚合物等組成的鍋爐水質(zhì)阻垢劑，根據(jù)日常加藥方案管控要求，高壓水中正磷含量要求小于6 mg/L,為了維持系統(tǒng)安全，一般鍋爐高壓水中磷酸鹽含量應(yīng)保持在2 mg/L 以上，通過對鍋爐內(nèi)8～12 月份藥劑濃度（磷酸根）日常監(jiān)控數(shù)據(jù)曲線（圖2）分析，發(fā)現(xiàn)10月底前磷酸鹽濃度均維持在1 mg/L 以下，無法應(yīng)對補水的鈣鎂離子短時波動，造成了系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢。

圖2 8～12月份藥劑濃度（磷酸根）與補水鈣硬度數(shù)據(jù)曲線

2.2 排污情況分析

根據(jù)系統(tǒng)管控要求，爐水的電導(dǎo)率要求控制在100 μS/cm 以下，電導(dǎo)率的控制主要通過控制汽包的連排和定排實現(xiàn)。8～10 月份爐水電導(dǎo)率日常監(jiān)控數(shù)據(jù)如表2，系統(tǒng)排污量不足或排污的方式不合理，爐水電導(dǎo)率持續(xù)超標(biāo)，磷酸鹽垢沒有及時排除到系統(tǒng)外，也是造成磷酸鹽垢在管道內(nèi)沉積的重要原因。

表2 4#高壓循環(huán)（爐水）電導(dǎo)率監(jiān)測結(jié)果

3 在線處置方案

基于對2017 年11 月鍋爐檢查情況，和鍋爐結(jié)垢原因分析，對日常鍋爐水處理方案控制和鍋爐運行管理采取優(yōu)化改善措施：

3.1 精細化調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)藥劑濃度，確保系統(tǒng)內(nèi)鈣、鎂離子轉(zhuǎn)化為水渣

將控制高壓爐水系統(tǒng)磷酸根含量≤6.0 mg/L 調(diào)整為2.0～6.0 mg/L。鑒于目前鍋爐補充水質(zhì)總硬度偏高，為更精確把控系統(tǒng)，磷酸根濃度根據(jù)補充水質(zhì)做相應(yīng)調(diào)整，具體見表3。

表3 磷酸鹽投加濃度與補水硬度對照表 單位：mg/L

3.2 制定鍋爐水垢分散軟化方案，消除系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢

鑒于目前鍋爐系統(tǒng)內(nèi)存在的結(jié)垢物影響鍋爐的熱交換效率，不利于鍋爐長期穩(wěn)定運行，通過試驗篩選了一種主要成分為馬來酸酐、酒石酸、過硫酸銨的鍋爐專用的鰲和分散劑。其作用機理為具有較強分散作用且耐高溫的高分子聚合物通過靜電作用被吸附在致垢物質(zhì)正在形成的晶核表面的活性點，抑制晶體增長，從而使成垢的晶體保持在微晶狀態(tài)并畸形增長，畸變后的晶體與金屬表面的吸附能力減弱。同時，部分未參與吸附的官能團會使晶體呈現(xiàn)離子性，相同的電荷斥力增大，使晶體處于分散狀態(tài)。有機絡(luò)合劑，含有的配位體通過絡(luò)合作用，與成垢的鈣鎂離子形成水溶性的配位化合物，阻止成垢分子晶格的有序排列，防止其在金屬表面沉積。其特點是滴加速度快、聚合度比較小，在鍋爐循環(huán)水使用過程中不易析出，同時對鍋爐循環(huán)水體中硬垢起到軟化、分散作用，通過正常排污能快速排出水體。

螯合分散劑最佳的投加濃度在4.0～8.0mg/L，見表4。可通過絡(luò)合反應(yīng)將已生成水垢的鈣鎂離子形成水溶性的配位化合物；在分散劑的作用和沸騰爐水的沖刷下，能夠起到緩慢剝離、分散垢層，使剝離產(chǎn)物進入鍋爐水循環(huán)中的藥劑，有效緩解目前的結(jié)垢情況。而且同時能夠讓水渣懸浮分散在水中，防止沉積在換熱設(shè)備表面。

表4 專用螯合劑藥劑濃度對水垢溶解情況表

2018 年1 月3 日，鍋爐水系統(tǒng)開始投加螯合分散劑，具體投加方案為：以鍋爐的補充水量按投加濃度4.0～8.0 mg/L，利用高壓加藥系統(tǒng)連續(xù)加入鍋爐爐水中。

3.3 細化排污時間和頻次，落實排污監(jiān)控。增設(shè)電導(dǎo)率儀，與連排閥聯(lián)鎖

為保證鍋爐水質(zhì)，根據(jù)補充水水質(zhì)、系統(tǒng)中形成的水渣、鹽分等綜合調(diào)整爐水排污的方式和排污量，具體見表5。

表5 排水管控濃度與補水硬度對照表

4 運行效果檢查

通過增加專用螯合劑進行剝離，并在生產(chǎn)運行中加強藥劑濃度監(jiān)控和排污管控，余熱鍋爐的爐水指標(biāo)得到了穩(wěn)定控制。2018年5月份對轉(zhuǎn)爐移動煙罩進行拆解檢查發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)白色垢明顯減少，部分地方垢層脫落，露出管道本色，同時余熱鍋爐的蒸汽發(fā)生量有明顯改善，其趨勢變化如圖3。

圖3 4#余熱鍋爐蒸汽發(fā)生量

5 結(jié)語

目前煉鋼余熱鍋爐的清洗大多采用EDTA 清洗、鹽酸清洗、鹽酸加氫氟酸清洗、硝酸清洗等化學(xué)方法，其清洗的效果并不能達到預(yù)期，采用停爐堿煮和鹽酸清洗，又需要較長時間影響煉鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率。因此對于結(jié)垢較輕的余熱鍋爐系統(tǒng)及時采取水質(zhì)方案管控和運行調(diào)整進行剝離和控制，使管壁內(nèi)的水垢變成水渣或軟性污泥排出系統(tǒng)具有積極的意義，能有效降低運行成本，提高整體生產(chǎn)效率。