梅钢4#转炉汽化冷却系统结垢分析及在线处置

胡小龙

（上海梅山钢铁股份有限公司能环部,江苏南京 210039）

前言

梅钢炼钢厂4#转炉配置1 台设计蒸发量为35 t的汽化冷却系统，其主要冷却设备为：炉口固定烟罩、移动烟罩、固定烟道、虾米弯、检查盖，设备的主要材质为20G。系统循环水量1 520 m3/h，系统保有水量110 m3，平均补充量45 m3/h，运行方式与转炉冶炼同步,系统运行（工作）压力为2.0～3.2 MPa,工作温度215～239 ℃。

1 汽化冷却系统概述

汽化冷却系统主要冷却介质为脱盐水，脱盐水经泵组输送进入强制循环的低压循环系统，以有效冷却裙罩、氧枪水套、副枪水套、加料水套，再利用高压泵组输送入高压循环系统的汽包，汽包中的炉水经下降管及循环泵组分配到各烟道段与转炉冶炼过程中产生的高热烟气进行热交换，在冷却烟道内形成汽水混合物，经上升管返回汽包，汽水混合物经汽包内部装置实现汽水分离，蒸汽经蓄热器后送入外部管网。

为保证汽化冷却系统内水质平衡及安全运行，一直采取炉外水处理工艺进行水质处理，并采取连续和定期排污的方式，控制炉水的水质。但2017年11月至12月，通过对转炉余热锅炉系统管道和水泵系统进行检查发现4#转炉余热锅炉高压循环系统出现了不同程度的结垢（见图1），垢样分析见表1。

表1 垢样分析报告 单位：%

图1 移动烟罩管道结垢情况

由表1数据可见：

（1）氧化钙与五氧化二磷占比较高，分别为43.56%和40.37%，垢样主要组分以磷酸钙垢为主。

（2）三氧化二铁含量3.36%，腐蚀产物比例很低，基本没有腐蚀。

2 汽化冷却系统结垢原因分析

受转炉冶炼的周期特点影响，转炉汽化冷却系统有热负荷大、温度变化大、热应力明显的特点。锅炉水垢的产生机理主要是给水中的一定数量的钙、镁盐类，在汽化冷却系统内部经过气压、温度等物理化学变化过程而生成各种类型的难溶于水的化合物。其主要包括给水中溶解盐类由于温度升高溶解度降低造成的结晶盐析出,连续蒸发过程中盐类浓缩以致使过饱和状态下的盐类析出和不同盐类在炉水中相互作用下的产出化合物。

这些盐类结晶，一部分粘结在受热强度较大的受热面上，形成坚硬的水垢，另一部分则悬浮在炉水中，随炉水循环而流动。这部分悬浮沉渣有两个去向：其一，当水循环不良，流速较低时，在成“死水”的角落沉积下来，形成二次水垢；其二，沉淀于汽包下部，形成泥垢，随定期排污排出炉外。

2.1日常加药情况分析

炼钢汽化冷却系统由于热负荷大，水浓缩倍数高，系统内水质变化较大，短时间内水质失稳就会出现结垢现象。投加水质稳定药剂的目的就是与给水中的结垢物质进行反应，产生悬浮分散状态的磷酸钙镁软渣，通过锅炉的排污排出锅炉。

本系统投加由聚磷酸盐及有机聚合物等组成的锅炉水质阻垢剂，根据日常加药方案管控要求，高压水中正磷含量要求小于6 mg/L,为了维持系统安全，一般锅炉高压水中磷酸盐含量应保持在2 mg/L 以上，通过对锅炉内8～12 月份药剂浓度（磷酸根）日常监控数据曲线（图2）分析，发现10月底前磷酸盐浓度均维持在1 mg/L 以下，无法应对补水的钙镁离子短时波动，造成了系统内结垢。

图2 8～12月份药剂浓度（磷酸根）与补水钙硬度数据曲线

2.2 排污情况分析

根据系统管控要求，炉水的电导率要求控制在100 μS/cm 以下，电导率的控制主要通过控制汽包的连排和定排实现。8～10 月份炉水电导率日常监控数据如表2，系统排污量不足或排污的方式不合理，炉水电导率持续超标，磷酸盐垢没有及时排除到系统外，也是造成磷酸盐垢在管道内沉积的重要原因。

表2 4#高压循环（炉水）电导率监测结果

3 在线处置方案

基于对2017 年11 月锅炉检查情况，和锅炉结垢原因分析，对日常锅炉水处理方案控制和锅炉运行管理采取优化改善措施：

3.1 精细化调整系统内药剂浓度，确保系统内钙、镁离子转化为水渣

将控制高压炉水系统磷酸根含量≤6.0 mg/L 调整为2.0～6.0 mg/L。鉴于目前锅炉补充水质总硬度偏高，为更精确把控系统，磷酸根浓度根据补充水质做相应调整，具体见表3。

表3 磷酸盐投加浓度与补水硬度对照表 单位：mg/L

3.2 制定锅炉水垢分散软化方案，消除系统内结垢

鉴于目前锅炉系统内存在的结垢物影响锅炉的热交换效率，不利于锅炉长期稳定运行，通过试验筛选了一种主要成分为马来酸酐、酒石酸、过硫酸铵的锅炉专用的鳌和分散剂。其作用机理为具有较强分散作用且耐高温的高分子聚合物通过静电作用被吸附在致垢物质正在形成的晶核表面的活性点，抑制晶体增长，从而使成垢的晶体保持在微晶状态并畸形增长，畸变后的晶体与金属表面的吸附能力减弱。同时，部分未参与吸附的官能团会使晶体呈现离子性，相同的电荷斥力增大，使晶体处于分散状态。有机络合剂，含有的配位体通过络合作用，与成垢的钙镁离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，防止其在金属表面沉积。其特点是滴加速度快、聚合度比较小，在锅炉循环水使用过程中不易析出，同时对锅炉循环水体中硬垢起到软化、分散作用，通过正常排污能快速排出水体。

螯合分散剂最佳的投加浓度在4.0～8.0mg/L，见表4。可通过络合反应将已生成水垢的钙镁离子形成水溶性的配位化合物；在分散剂的作用和沸腾炉水的冲刷下，能够起到缓慢剥离、分散垢层，使剥离产物进入锅炉水循环中的药剂，有效缓解目前的结垢情况。而且同时能够让水渣悬浮分散在水中，防止沉积在换热设备表面。

表4 专用螯合剂药剂浓度对水垢溶解情况表

2018 年1 月3 日，锅炉水系统开始投加螯合分散剂，具体投加方案为：以锅炉的补充水量按投加浓度4.0～8.0 mg/L，利用高压加药系统连续加入锅炉炉水中。

3.3 细化排污时间和频次，落实排污监控。增设电导率仪，与连排阀联锁

为保证锅炉水质，根据补充水水质、系统中形成的水渣、盐分等综合调整炉水排污的方式和排污量，具体见表5。

表5 排水管控浓度与补水硬度对照表

4 运行效果检查

通过增加专用螯合剂进行剥离，并在生产运行中加强药剂浓度监控和排污管控，余热锅炉的炉水指标得到了稳定控制。2018年5月份对转炉移动烟罩进行拆解检查发现管道内白色垢明显减少，部分地方垢层脱落，露出管道本色，同时余热锅炉的蒸汽发生量有明显改善，其趋势变化如图3。

图3 4#余热锅炉蒸汽发生量

5 结语

目前炼钢余热锅炉的清洗大多采用EDTA 清洗、盐酸清洗、盐酸加氢氟酸清洗、硝酸清洗等化学方法，其清洗的效果并不能达到预期，采用停炉碱煮和盐酸清洗，又需要较长时间影响炼钢转炉生产效率。因此对于结垢较轻的余热锅炉系统及时采取水质方案管控和运行调整进行剥离和控制，使管壁内的水垢变成水渣或软性污泥排出系统具有积极的意义，能有效降低运行成本，提高整体生产效率。