高压转炉余热锅炉的设计优化及运行维护的分析探讨

摘 要：转炉余热锅炉作为回收能量和控制污染的主要设备，在实际工程中的应用是十分广泛的，而转炉余热锅炉在应用中存在使用寿命短、易损坏、检修费用高等问题。文章结合余热锅炉实际应用中的情况，对余热锅炉的优化设计和运行维护提出理论依据，以实现延长使用寿命的目标。

关键词：余热锅炉；设计优化；运行维护

1 转炉余热锅炉的应用

在钢铁厂的炼钢吹炼过程中，转炉会产生大量的高温烟气，烟气中不仅含有大量的热量，还含有烟尘、飞灰、氮氧化物等污染成分，如果任其直接排放到大气中，不但会造成空气污染，影响环境质量，同时会造成烟气中所含热量的浪费。因此，转炉余热锅炉就成为了钢铁厂回收能量和降低污染的重要设备。转炉余热锅炉是炼钢系统中的重要部分，其主要作用是利用转炉吹炼产生高温烟气作为热源生产蒸汽，不但有效利用了烟气中的余热，还能降低排烟温度，为转炉烟气除尘创造条件。

2 转炉余热锅炉的结构

作为烟气余热回收的主体设备，钢铁厂炼钢转炉的余热锅炉，一般采用汽化冷却烟道结构的蒸汽回收系统，来有效利用炼钢生产过程排出烟气的高温余热。锅炉的主要受热面共分为四部分：（1）锥形活动烟罩：为钢管组成的锥形结构，活动烟道水循环为低压强制循环系统，不参与固定烟道的水循环。（2）固定烟道：为圆筒形膜式水冷壁结构，下部与给水环形集箱连接，上部与蒸汽汇集环形集箱连接，形成独立的水循环回路。（3）主烟道：为圆筒形膜式水冷壁结构，下部与给水环形集箱连接，上部与蒸汽汇集环形集箱连接，形成独立的水循环回路。（4）尾部烟道：下部与给水环形集箱连接，上部与蒸汽汇集环形集箱连接，形成独立的水循环回路。炼钢转炉余热锅炉是由膜式水冷壁构成的一个钢制汽化冷却烟道。烟道的每一部分都有单独的水循环系统，移动烟罩为低压循环，其余烟道段水循环都属于高压循环。其汽水系统如图1所示，低压循环部分，循环水来自除氧水箱，经低压循环泵将除氧水分别送至活动烟罩、氧枪口及下料口吸热后，形成的汽水混合物回到除氧水箱。高压循环部分，循环水起于汽包，经高压循环泵分别送至各段烟道，吸热后产生的汽水混合物回到汽包。

1-活动烟罩；2-固定段烟道；3-汽包；4-高压循环泵；5-除氧器及除氧水箱；6-低压循环泵；7-氧枪口；8-下料口

图1 余热锅炉汽水系统图

3 转炉余热锅炉应用中的问题及优化设计

3.1 优化水循环工况

良好的水循环是余热锅炉安全运行的根本。由于炼钢吹炼的周期性，烟道内热负荷会急剧变化，造成水循环不安全。对此，可以采取加粗下降管和进出口联箱管道，提高流动截面比，减小循环回路的阻力。

3.2 防止低周疲劳

在实际应用中我们发现，联箱和管接头的联接处、水冷壁下部的管子弯头处易产生裂纹，这些区域就是爆管事故高发区，而裂纹的产生正是由于低周疲劳。解决低周疲劳问题，可以从以下方面进行考虑。（1）首先要考虑材料问题。建议采用强度较高的材料，如选用15CrMo，15CrMo具有较强耐高温能力，在热负荷高的区域其安全性更好。（2）联箱与管道的接口形式采用平座式联接形式设计，可以增加联箱与管接头联接处抵御低周疲劳的能力。

3.3 解决热膨胀问题

炼钢转炉余热锅炉的热膨胀对设备运行安全性有重要影响，在优化设计时，要考虑锅炉本体高温运行工况下的受热膨胀，必须在锅炉本体和钢结构之间预留足够的膨胀余量。对于活动烟罩和与其连接的上升管和下降管之间的柔性连接件，可以采用绞链型波纹补偿器。这种波纹补偿器可直接与管道进行焊接，无密封件，在运行中不会因密封件损坏而发生泄漏。

4 转炉余热锅炉的运行管理及维护

4.1 确定合理的工艺系统

对于大型转炉的活动罩裙，可以采用热水密闭循环方式，由于热水冷却是单相介质冷却，不会发生膜态沸腾，可有效提高罩裙寿命。对于中小型转炉，则可以采用全汽化冷却方式。

4.2 确定合适的系统运行压力

提高运行压力，有利于回收蒸汽，还能节省基建费用，但是压力的提高，会造成自然循环更加困难，影响余热锅炉运行的安全性和使用寿命。因此需要选择一个合适的运行压力，兼顾效益和安全两方面的平衡。根据我国目前设备制造和运行管理水平，余热锅炉的设计压力一般定在2.5MPa左右较适宜。

4.3 加强水质管理和监督

转炉余热锅炉的补给水系统中，软化水一般都会存在不同程度的残余硬度，随着炉水不断蒸发可能结垢，造成设备腐蚀。给水水质的好坏是影响转炉烟道的使用寿命的一个重要因素。因此，给水水质的取样、化验的水平和监督力度，是保证余热锅炉长期安全运行的关键环节之一，必须给予足够重视。

4.4 稳定运行压力

余热锅炉的运行压力波动，会造成水循环不稳定，也是影响余热锅炉运行安全的重要原因。针对这一问题，可以在汽包出口设置阀前压力调节，保持汽包内压力稳定。

4.5 加强操作管理水平

转炉余热锅炉故障的发生是一个相对缓慢的過程，只要操作人员有高度的责任感和过硬的技术水平，在转炉余热锅炉运行过程中注意监控，就可以做到及时发现故障征兆，采取合理措施，准确处理事故，消除安全隐患。

5 结束语

文章主要从设计和运行维护两个方面出发，分别分析了其对转炉余热锅炉使用寿命的影响，并提出相应的改进措施。由此可以看出，我们只要从设计、制造和生产管理各个方面给予足够重视，转炉余热锅炉的使用寿命是可以得到显著提高的。

参考文献

[1]张桂兰.转炉余热锅炉的应用[J].天津冶金，2007，4：66-68.

[2]赵文彬，姚易先.转炉余热锅炉烟道故障及其防护[J].冶金动力，1999，1：1-4.

作者简介：李亮（1986，1-），男，重庆市九龙坡区，现职称：助理工程师，学历：本科。