高压转炉余热锅炉的设计优化及运行维护的分析

许卫东　石杨

摘  要：在实际工程中转炉余热锅炉应用十分广泛，是作为能量回收与污染控制的主要设备，但在实际应用中转炉余热锅炉存在已损坏、日常维护费用高以及寿命短等诸多问题。本文结合工程中的实际应用，对转炉余热锅炉的优化设计与运行维护进行了分析，并提出相应的改善措施，以供同行专家参考。

关键词：高压转炉；余热锅炉；优化设计；运行维护

引言

转炉余热锅炉又被称为转炉汽化冷却系统，其主要是用来冷却转炉烟气，并将烟气的余热进行在利用，使其产生蒸汽。转炉余热锅炉在我国使用已经有三十年多年的历史，通过不断的改进与完善，目前基本上已经完全自主化。随着汽轮机的不断发展，余热炉从最初的中温中压逐渐发展到现在的高温高压，但在实际应用过程中仍存在较大的问题。

1.转炉余热锅炉的应用

钢厂在进行炼钢作业时，在炼钢吹炼的过程中会产生大量的高温烟气，这些烟气中含有大量的飞灰、氮化物以及烟尘等对周围生态环境影响较大，并且烟气温度较高直接排放会造成热能的浪费。因此，高压转炉余热锅炉是钢厂中能量回收与环境保护的重要设备，是整个炼钢系统中的重要组成部分，其不仅将炼钢吹气产生的高温烟气作为热源来生产蒸汽，而且还充分的利用了其中的热能，降低了排烟的温度，从而为烟气除尘创造了良好的条件。

2.高压转炉余热锅炉的构成

转炉余热锅炉作为主要的烟气回收设备，其一般采用的是汽化冷却烟道结构的设计方法，来有效利用炼钢过程中排除高温余热。其中余热锅炉主要的受热面分为四个部位：一是锥型烟罩，是钢管组成的一种锥形结构，活动烟道的水循环是一种低压强制循环结构，不会参与到固定烟道的水循环中；二是固定烟道，是一种圆筒形结构的水冷壁结构，这种结构的下部与给水环形水箱相连接，上部分与蒸汽汇集环形箱相连接，从而形成独立的水路循环系统；三是主烟道，是圆筒形结构的水冷壁结构，其下部与给水环形集相相连接，上部分与蒸汽汇集环相连接，正好同固定烟道相反；四是尾部烟道，其下部与给水环形集箱相连接，上部是与蒸汽汇集环集箱相连接，同样形成一个独立的水循环系统。钢厂的高压转炉余热锅炉都是由膜结构的水冷壁构组成的一种钢制汽化冷却烟道，其中烟道的每一部分都是一个独立水循环结构，而移动烟罩是低压循环，其余部分的烟道的水循环都属于高压循环。

3.余热炉应用中存在的问题及相应措施

3.1水循环的优化

余热锅炉安全运行的根本要求是要具有良好的水循环系统，因炼钢吹气具有周期性的特点，这就会导致烟道中的温度会周期性的发生巨大变化，对水循环的正常运行存在安全运行。对于这种情况，可以采用加粗下降管与出口联箱处管道的方法，使烟道的流动横截面比增大，减小烟道进入循环回路时的阻力。

3.2防止低周疲劳

根据实际工程中的应用情况发现，在水冷壁下方管道的转弯处与联箱和管接头的连接处容易产生裂纹，这种裂纹是造成爆管最主要的原因，而这种裂纹通常是由低周疲劳引起的。对于这一问题，可以采用以下两个方案来进行解决。一是管道材料的选择，建议在这种易出现裂纹的地方采用耐高温、高强度的材料。例如，选用15CrMo，这种钢材具有较强的耐高温性能；二是改善联箱与管道借口出的设计方案，采用平座式的连接方案能够显著改善借口的内应力情况，从而可以避免低周疲劳的发生。

3.3热膨胀问题

转炉余热锅炉的热膨胀问题对设备的安全运行至关重要，因此在进行余热锅炉设计优化时应当充分考虑到材料的热膨胀问题，必须为锅炉与钢结构之间预留足够的热膨胀量。此外，对于移动烟罩与其他链接的下降管或上升管可以采用柔性连接，例如，采用铰链型波纹补偿器，这种补偿器可直接与管道井进行焊接，不需要进行封件，并且在运行过程中不会发生因密封件的损坏而导致漏气的发生。

4.余热锅炉的运行管理与维护

4.1确定科学的工艺系统

对于中小型的余热锅炉，可选用全气体的冷却方式。而对于大型的转炉活动烟罩裙，热水冷却是单项介质冷却，可以采用热水密闭循环方式，这样不会发生膜态沸腾，因此可有效提高烟罩裙的使用寿命。

4.2确定合适的运行压力

提高运行的压力，能够提高烟气的回收利用率，而且还能节省基建成本，但运行压力过大时，会对整个自然循环系统带来负担，从而影响余热锅炉的使用寿命，并且容易出现安全事故。因此，恰当合理的压力设计是非常重要的，其不仅能够增加效益，而且能够安全平稳运行，根据我国现阶段余热锅炉的制作与运行状态，余热锅炉的压力一般设置在2.5Mpa作用最佳。

4.3加强循环水的管理与监督

若采用的是水冷循环系统，应当加强对余热锅炉中水的监督。一般在补水系统中，软化水存在不同程度的水垢，随着炉水的不断蒸发在炉壁与炉低会产生大量的结垢，这种结垢会对设备产生较为严重的腐蚀，这只影响余热锅炉使用寿命的一个重要因素。因此，应当加强对锅炉内水的监督与管理，从而保证余热锅炉能够安全运行。

4.4稳定运行压力

在实际的运行中，余热锅炉的运行压力会不断发展波动，从而对水循环造成一定的影响，这也将对余热锅炉运行的安全性有较大的影响。对于这一问题，可在汽包的出口设置压力调节阀，从而保证汽包内的压力一直处于较稳定的状态。

4.5加强管理水平

对于余热锅炉而言，事故的发生往往是一个累积的过程。因此，应当加强对余热锅炉正常运转时的监督与管理，应当聘请经验丰富的操作人员来进行过于的操作，其应当具备高度的责任意识与高超的技术水平，在平常的运行当中对锅炉的状态进行监控，从而预防故障的发生。

结束语

综上所述，本文对高压转炉余热锅炉的结构设计与运行维护方面进行了详细分析，并提出了相應的解决措施。余热锅炉在工程生产中一方面使能源得到了充分的利用，另一方面使周边的生态环境与空气质量得到了有效控制，而锅炉在运行过程中存在较多的安全隐患，可参考上述分析进行合理改进，从而不断推进余热锅炉在我国的应用。

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