（大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠，湖北 黃石 435002）

0 前言

某冶煉廠共有5 臺PS 轉(zhuǎn)爐鍋爐。該設(shè)備是一種余熱鍋爐，主要用于對PS 轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的大量高溫?zé)煔膺M行余熱回收。這種PS 轉(zhuǎn)爐鍋爐在已使用多年，2019 年運行過程中受熱管泄露(后文簡稱“破管”)頻率較高。據(jù)前人研究，鍋爐管道在運行過程中，受內(nèi)部介質(zhì)和周圍環(huán)境的影響，不可避免地出現(xiàn)各種影響管道性能和壽命的問題[1]。經(jīng)大數(shù)據(jù)匯集分析發(fā)現(xiàn)，水冷壁內(nèi)壁的腐蝕產(chǎn)物主要是氧化鐵[2]，該腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生主要與鍋爐水質(zhì)有關(guān)，因此破管故障與工藝、水質(zhì)及設(shè)備管理密切相關(guān)。

破管故障會對全年設(shè)備正常運行造成較大影響。為保證生產(chǎn)的平穩(wěn)運行，對故障發(fā)生的主要原因進行了多方面的綜合分析，對鍋爐的管理和維護提出了一些具體措施，針對性地解決了相關(guān)故障，保障了鍋爐的安全運行。

1 PS 轉(zhuǎn)爐鍋爐簡介

1.1 基本設(shè)計參數(shù)和結(jié)構(gòu)

PS 轉(zhuǎn)爐鍋爐的基本設(shè)計參數(shù)見表1，基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2 轉(zhuǎn)爐鍋爐問題

自2019 年以來，轉(zhuǎn)爐鍋爐累計破管48 次(截止2019 年12 月12 日)，其中4#鍋爐與5#鍋爐尤為嚴重。目前4#鍋爐第一對流管束的36 組已經(jīng)封堵了50%，5#鍋爐第一對流管束的36 組已經(jīng)全部封堵，且對流室左右兩側(cè)的水冷壁也進行了大面積換管。與之形成鮮明對比的是，2016—2018 年平均破管次數(shù)僅為24 次/年。依據(jù)管道材料的出廠合格證及化學(xué)成分分析報告，破裂的管道現(xiàn)場使用的材料與原設(shè)計相符，符合《鍋爐和壓力容器用鋼板》(GB 713—2014)標(biāo)準。

表1 PS 轉(zhuǎn)爐鍋爐基本設(shè)計參數(shù)

圖1 PS 轉(zhuǎn)爐鍋爐基本結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 轉(zhuǎn)爐鍋爐故障原因分析

破管故障的出現(xiàn)有多種原因，主要集中在工藝、水質(zhì)、設(shè)備管理三個方面，具體分析如下。

1.3.1 工藝方面

1)PS 轉(zhuǎn)爐最大的特點是間歇性操作，導(dǎo)致經(jīng)常停爐開爐，故吹煉時與非吹煉時的煙氣溫度相差較大(正常吹煉時，輻射室進口煙氣溫度約500 ℃，非吹煉時即爐口轉(zhuǎn)出時，進口煙氣溫度約200 ℃)，導(dǎo)致鍋爐運行時熱負荷波動較大、頻率高，鍋爐容易產(chǎn)生較大震動，且熱源不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)件應(yīng)力變化大，對鍋爐管道不利。

2)轉(zhuǎn)爐吹煉是一個周期往復(fù)過程，用風(fēng)量發(fā)生周期性變化，其中造渣期的用風(fēng)量很大，含大量銅焦塊、粉塵的煙氣易在這個時期發(fā)生噴濺。

3)冷料冷銅的加料量偏大，造成鍋爐輻射室及鍋爐下灰斗出現(xiàn)大量焦塊與含銅雜質(zhì)。

4)鍋爐處理的是高含塵煙氣，具有部分收塵功能，而鍋爐的振打設(shè)備由于轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場環(huán)境惡劣且酸性煙氣腐蝕性較大，維護保養(yǎng)難度高，部分振打設(shè)備長期處于故障狀態(tài)，清焦效果難以保障，易造成水冷壁、管束結(jié)焦較多，影響煙氣降溫，輻射室、對流室局部也會形成厚厚的焦塊層；而煙氣流通管道的收窄會導(dǎo)致高含塵煙氣局部流速加快，管道內(nèi)壁受到的沖刷加大，受熱管的使用壽命縮短。

5)爐膛出口壓力控制在正壓狀態(tài)或未達到-120 KPa 時，抽力不夠，造成煙氣大量堆積從而產(chǎn)生結(jié)焦。

1.3.2 水質(zhì)管理方面

1)鍋爐水質(zhì)管理不到位，取樣化驗未嚴格按規(guī)范執(zhí)行，導(dǎo)致水質(zhì)不受控制，各種指標(biāo)不能保證在要求范圍內(nèi)，含量為5～15 mg/L，pH 值為9～11，鍋爐水質(zhì)不斷波動。當(dāng)水質(zhì)較差時，易引起部分受熱管積垢，導(dǎo)致管道受熱不均勻，降低鍋爐熱效率，縮短鍋爐的使用壽命。

2)鍋爐加藥系統(tǒng)因故障失效、排污操作不盡規(guī)范等原因?qū)е聽t水含鹽量高且鹽分未及時排出，影響汽化效果，造成結(jié)垢。

3)鍋爐除氧器長期未投入使用，除氧頭內(nèi)部的噴淋頭、濾料腐蝕嚴重，補水熱力系統(tǒng)的除氧能力不足，導(dǎo)致鍋爐水中的溶解氧含量偏高，造成受熱管內(nèi)壁發(fā)生氧腐蝕[3]。

1.3.3 設(shè)備管理方面

1)清焦設(shè)備故障率較高。鍋爐采用的清焦設(shè)備為剛性振打錘。由于部分工作門旁溫度高造成金屬蠕變，且酸性煙氣腐蝕性較大，現(xiàn)場剛性錘、振打桿缺失，變形嚴重，沒有起到清灰作用。

2)鍋爐格篩強度不夠，且間隙太小。大焦塊掉落時，無法落至刮板機，造成堆積，導(dǎo)致格篩變形，久而久之，格篩處出現(xiàn)習(xí)慣性堵塞，嚴重影響清灰效果。

2 轉(zhuǎn)爐鍋爐故障解決思路及措施

2.1 恢復(fù)關(guān)鍵部件的功能

解決轉(zhuǎn)爐鍋爐故障的主要措施是恢復(fù)及優(yōu)化鍋爐關(guān)鍵部件的使用，主要涉及4 個設(shè)備：振打裝置、格篩、除氧器、加藥裝置。

1)改造機械振打裝置。雖然轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔夂写罅糠蹓m，很容易在余熱鍋爐受熱面上積灰、結(jié)焦，但只要振打裝置正常運行就可以解決這個問題。因此，逐步采用彈性振打裝置代替剛性振打裝置。彈性振打裝置的振打頻率為3 次/min，擊振力為30～450 kN，振打力度加大。此外，安裝可燃氣體爆燃清灰設(shè)備(俗稱乙炔炮)，與機械振打裝置搭配使用，清灰效果會更好。

2)修復(fù)、改造5 臺轉(zhuǎn)爐格篩。將格篩間隙尺寸由原來的300 mm×300 mm 改為400 mm×400 mm，將原120#槽鋼改為160#槽鋼，加大筋板強度，保證小焦塊順利掉落，提高清灰效果。

3)恢復(fù)除氧器的使用。根據(jù)原設(shè)計標(biāo)準，除氧器恢復(fù)使用后，給水中的溶解氧由5～11 mg/L 降低至20～50 μg/L，可大幅減少溶解氧腐蝕導(dǎo)致的受熱管泄露問題。

4)恢復(fù)加藥裝置的使用。采用自動加藥裝置，及時高效，有利于水質(zhì)的平穩(wěn)受控。

2.2 完善水質(zhì)管理

加強PS 轉(zhuǎn)爐鍋爐水質(zhì)管理工作，走出誤區(qū)[4]，堅持進行排污和除氧工作。

1)嚴格執(zhí)行鍋爐定期排污和連續(xù)排污工作，減少鍋筒內(nèi)的鹽分、泡沫及浮在表面的污垢，避免出現(xiàn)汽水共騰現(xiàn)象[5]，穩(wěn)定鍋筒內(nèi)水位，避免發(fā)生水沖擊。

2)重視除氧工作，降低爐水中的溶解氧含量，使溶解氧不易到達金屬表面，從而減少金屬構(gòu)件的氧腐蝕現(xiàn)象。

2.3 強化操作管理

1)嚴格執(zhí)行相關(guān)的參數(shù)控制要求。除氧器溫度需控制在104～105 ℃；汽包壓力控制在1.3～1.5 MPa；汽包水位控制在-200～+250 mm；定期排污，每天白班一次，每個排污點排污時間不能超過30 s 全開時間；當(dāng)pH 值＜9 時，關(guān)小連續(xù)排污門，減小連續(xù)排污量；當(dāng)pH 值＞11 時，開大連續(xù)排污門，增加連續(xù)排污量。

2)在PS 轉(zhuǎn)爐工藝控制方面，盡量減少間歇操作頻次，在轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)出時應(yīng)采取必要的鍋爐熱保養(yǎng)措施。PS 轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)應(yīng)有計劃性，減少非正常停爐時間，避免鍋爐換熱管內(nèi)部溫度波動過大。

3 結(jié)束語

綜上所述，從PS 轉(zhuǎn)爐鍋爐的工藝條件、水質(zhì)管理及設(shè)備管理方面分析了2019 年運行過程中鍋爐頻發(fā)的破管問題的產(chǎn)生原因，提出了保證PS 轉(zhuǎn)爐鍋爐穩(wěn)定安全運行的措施，包括恢復(fù)、優(yōu)化鍋爐關(guān)鍵部件——振打裝置、格篩、除氧器、加藥裝置的使用，堅持進行排污和除氧工作，加強鍋爐和轉(zhuǎn)爐的操作管理，并逐步實施，實現(xiàn)了余熱鍋爐的良好運行。