PS 转炉锅炉故障诊断与研究

（大冶有色金属有限责任公司冶炼厂，湖北 黄石 435002）

0 前言

某冶炼厂共有5 台PS 转炉锅炉。该设备是一种余热锅炉，主要用于对PS 转炉产生的大量高温烟气进行余热回收。这种PS 转炉锅炉在已使用多年，2019 年运行过程中受热管泄露(后文简称“破管”)频率较高。据前人研究，锅炉管道在运行过程中，受内部介质和周围环境的影响，不可避免地出现各种影响管道性能和寿命的问题[1]。经大数据汇集分析发现，水冷壁内壁的腐蚀产物主要是氧化铁[2]，该腐蚀产物的产生主要与锅炉水质有关，因此破管故障与工艺、水质及设备管理密切相关。

破管故障会对全年设备正常运行造成较大影响。为保证生产的平稳运行，对故障发生的主要原因进行了多方面的综合分析，对锅炉的管理和维护提出了一些具体措施，针对性地解决了相关故障，保障了锅炉的安全运行。

1 PS 转炉锅炉简介

1.1 基本设计参数和结构

PS 转炉锅炉的基本设计参数见表1，基本结构如图1 所示。

1.2 转炉锅炉问题

自2019 年以来，转炉锅炉累计破管48 次(截止2019 年12 月12 日)，其中4#锅炉与5#锅炉尤为严重。目前4#锅炉第一对流管束的36 组已经封堵了50%，5#锅炉第一对流管束的36 组已经全部封堵，且对流室左右两侧的水冷壁也进行了大面积换管。与之形成鲜明对比的是，2016—2018 年平均破管次数仅为24 次/年。依据管道材料的出厂合格证及化学成分分析报告，破裂的管道现场使用的材料与原设计相符，符合《锅炉和压力容器用钢板》(GB 713—2014)标准。

表1 PS 转炉锅炉基本设计参数

图1 PS 转炉锅炉基本结构示意图

1.3 转炉锅炉故障原因分析

破管故障的出现有多种原因，主要集中在工艺、水质、设备管理三个方面，具体分析如下。

1.3.1 工艺方面

1)PS 转炉最大的特点是间歇性操作，导致经常停炉开炉，故吹炼时与非吹炼时的烟气温度相差较大(正常吹炼时，辐射室进口烟气温度约500 ℃，非吹炼时即炉口转出时，进口烟气温度约200 ℃)，导致锅炉运行时热负荷波动较大、频率高，锅炉容易产生较大震动，且热源不稳定，结构件应力变化大，对锅炉管道不利。

2)转炉吹炼是一个周期往复过程，用风量发生周期性变化，其中造渣期的用风量很大，含大量铜焦块、粉尘的烟气易在这个时期发生喷溅。

3)冷料冷铜的加料量偏大，造成锅炉辐射室及锅炉下灰斗出现大量焦块与含铜杂质。

4)锅炉处理的是高含尘烟气，具有部分收尘功能，而锅炉的振打设备由于转炉现场环境恶劣且酸性烟气腐蚀性较大，维护保养难度高，部分振打设备长期处于故障状态，清焦效果难以保障，易造成水冷壁、管束结焦较多，影响烟气降温，辐射室、对流室局部也会形成厚厚的焦块层；而烟气流通管道的收窄会导致高含尘烟气局部流速加快，管道内壁受到的冲刷加大，受热管的使用寿命缩短。

5)炉膛出口压力控制在正压状态或未达到-120 KPa 时，抽力不够，造成烟气大量堆积从而产生结焦。

1.3.2 水质管理方面

1)锅炉水质管理不到位，取样化验未严格按规范执行，导致水质不受控制，各种指标不能保证在要求范围内，含量为5～15 mg/L，pH 值为9～11，锅炉水质不断波动。当水质较差时，易引起部分受热管积垢，导致管道受热不均匀，降低锅炉热效率，缩短锅炉的使用寿命。

2)锅炉加药系统因故障失效、排污操作不尽规范等原因导致炉水含盐量高且盐分未及时排出，影响汽化效果，造成结垢。

3)锅炉除氧器长期未投入使用，除氧头内部的喷淋头、滤料腐蚀严重，补水热力系统的除氧能力不足，导致锅炉水中的溶解氧含量偏高，造成受热管内壁发生氧腐蚀[3]。

1.3.3 设备管理方面

1)清焦设备故障率较高。锅炉采用的清焦设备为刚性振打锤。由于部分工作门旁温度高造成金属蠕变，且酸性烟气腐蚀性较大，现场刚性锤、振打杆缺失，变形严重，没有起到清灰作用。

2)锅炉格筛强度不够，且间隙太小。大焦块掉落时，无法落至刮板机，造成堆积，导致格筛变形，久而久之，格筛处出现习惯性堵塞，严重影响清灰效果。

2 转炉锅炉故障解决思路及措施

2.1 恢复关键部件的功能

解决转炉锅炉故障的主要措施是恢复及优化锅炉关键部件的使用，主要涉及4 个设备：振打装置、格筛、除氧器、加药装置。

1)改造机械振打装置。虽然转炉高温烟气含有大量粉尘，很容易在余热锅炉受热面上积灰、结焦，但只要振打装置正常运行就可以解决这个问题。因此，逐步采用弹性振打装置代替刚性振打装置。弹性振打装置的振打频率为3 次/min，击振力为30～450 kN，振打力度加大。此外，安装可燃气体爆燃清灰设备(俗称乙炔炮)，与机械振打装置搭配使用，清灰效果会更好。

2)修复、改造5 台转炉格筛。将格筛间隙尺寸由原来的300 mm×300 mm 改为400 mm×400 mm，将原120#槽钢改为160#槽钢，加大筋板强度，保证小焦块顺利掉落，提高清灰效果。

3)恢复除氧器的使用。根据原设计标准，除氧器恢复使用后，给水中的溶解氧由5～11 mg/L 降低至20～50 μg/L，可大幅减少溶解氧腐蚀导致的受热管泄露问题。

4)恢复加药装置的使用。采用自动加药装置，及时高效，有利于水质的平稳受控。

2.2 完善水质管理

加强PS 转炉锅炉水质管理工作，走出误区[4]，坚持进行排污和除氧工作。

1)严格执行锅炉定期排污和连续排污工作，减少锅筒内的盐分、泡沫及浮在表面的污垢，避免出现汽水共腾现象[5]，稳定锅筒内水位，避免发生水冲击。

2)重视除氧工作，降低炉水中的溶解氧含量，使溶解氧不易到达金属表面，从而减少金属构件的氧腐蚀现象。

2.3 强化操作管理

1)严格执行相关的参数控制要求。除氧器温度需控制在104～105 ℃；汽包压力控制在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，每个排污点排污时间不能超过30 s 全开时间；当pH 值＜9 时，关小连续排污门，减小连续排污量；当pH 值＞11 时，开大连续排污门，增加连续排污量。

2)在PS 转炉工艺控制方面，尽量减少间歇操作频次，在转炉转出时应采取必要的锅炉热保养措施。PS 转炉的生产应有计划性，减少非正常停炉时间，避免锅炉换热管内部温度波动过大。

3 结束语

综上所述，从PS 转炉锅炉的工艺条件、水质管理及设备管理方面分析了2019 年运行过程中锅炉频发的破管问题的产生原因，提出了保证PS 转炉锅炉稳定安全运行的措施，包括恢复、优化锅炉关键部件——振打装置、格筛、除氧器、加药装置的使用，坚持进行排污和除氧工作，加强锅炉和转炉的操作管理，并逐步实施，实现了余热锅炉的良好运行。