煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意的問題

摘要：煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐的質(zhì)量、運行狀況影響到煉鋼的持續(xù)進行與否，關(guān)系到煉鋼行業(yè)的效益。文章從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度說明了煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐需要注意的問題，提出在設(shè)計中應(yīng)把握住密封、水循環(huán)安全性、熱膨脹、低周疲勞等，以實現(xiàn)余熱鍋爐的正常運行，實現(xiàn)煉鋼的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，為煉鋼行業(yè)發(fā)展提供支持。

關(guān)鍵詞：煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐；結(jié)構(gòu)設(shè)計；水循環(huán)；熱膨脹；低周疲勞

中圖分類號：TK473 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0069-02

煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐是煉鋼所用重要設(shè)備，其不但可回收煤氣、蒸汽及氧化鐵塵，實現(xiàn)煉鋼過程中的熱量調(diào)節(jié)，且對環(huán)境保護、提升資源利用率具有重要作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)是設(shè)備投入生產(chǎn)及生產(chǎn)實效的前提，設(shè)計質(zhì)量直接關(guān)系到設(shè)備的運轉(zhuǎn)、效能，因此，必須關(guān)注煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計研究，以提升煉鋼效率、維護能源安全。

1 煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性

煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐參與到煉鋼生產(chǎn)中，設(shè)備運行情況影響到煉鋼生產(chǎn)的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益及社會效益，尤其在環(huán)保理念、持續(xù)發(fā)展觀念增強的今天，必須從各個環(huán)節(jié)強化設(shè)備綜合效益研究。煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐結(jié)構(gòu)設(shè)計是此設(shè)備生產(chǎn)的初始環(huán)節(jié)，設(shè)計質(zhì)量直接影響到煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐的工作狀況。首先，煉鋼轉(zhuǎn)爐運行狀況直接影響其余熱爐運行狀況；其次，從當(dāng)前看，煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐的使用壽命較短，上段冷卻煙道約6～7年，下段冷卻煙道約2～3年，工作環(huán)境越是惡劣，其壽命越短；最后，受運行環(huán)境影響，余熱爐發(fā)生故障的可能性極高，且后期維修困難，這不但影響了正常煉鋼，且容易造成安全問題。因此，要避免以上問題，需在設(shè)備進場的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段下工夫，通過控制余熱爐的熱膨脹問題、水循環(huán)安全性問題等，實現(xiàn)延長余熱爐使用壽命、提升其工作效率以及降低安全危害的工作目標。

2 煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意的問題

2.1 熱膨脹問題

煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐的溫度承受能力、調(diào)節(jié)能力直接影響其壽命及工作狀況，且對減少后期維修、節(jié)省生產(chǎn)成本、降低安全隱患具有重要作用，因此，熱膨脹問題是煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐結(jié)構(gòu)設(shè)計中所關(guān)注的重點問題。在熱膨脹設(shè)計中應(yīng)注意的問題有：

2.1.1 軸向熱膨脹設(shè)計。以往軸向熱膨脹設(shè)計主要集中在煙道連接處所使用的不銹鋼膨脹節(jié)、耐高溫塑性材料可吸收的熱膨脹量、鍋爐支點鉸支及懸吊點以衡力彈簧所調(diào)節(jié)的鍋爐膨脹位移等。

2.1.2 徑向熱膨脹設(shè)計。相對于軸向熱膨脹，徑向熱膨脹設(shè)計關(guān)注度較少，從事故引發(fā)原因上分析，部分事故均由徑向熱膨脹問題引起，如余熱爐高溫狀態(tài)工作時，因內(nèi)部溫度過高造成內(nèi)外壓力失衡，使管壁滲漏，造成設(shè)備故障或無法正常運行，因此，應(yīng)在剛性梁柱設(shè)計中關(guān)注膨脹間隙問題，設(shè)計剛性梁柱時預(yù)留一定空隙，防止管道內(nèi)外壓力失衡而造成管道脹裂。

2.2 低周疲勞問題

低周疲勞是余熱爐運行中的常見問題，其多由余熱爐運行狀況及其周期性變更引發(fā)，此問題的存在影響著設(shè)備的工作效率，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)關(guān)注此問題，集中處理引發(fā)低周疲勞的關(guān)鍵部位，并對可能性影響位置進行設(shè)計。

2.2.1 集箱與管接頭連接部位的設(shè)計。管接頭部位和集箱部位的連接處是引發(fā)低周疲勞破壞的主要地方，設(shè)計時應(yīng)尤為關(guān)注此部位設(shè)計。在集箱與管接頭部位連接設(shè)計時，多以插入式或平坐式設(shè)計方式進行設(shè)計，而這兩種設(shè)計均為考慮到煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐運行過程中有可能發(fā)生的低周疲勞問題，從而影響了煉鋼轉(zhuǎn)爐的正常運行。因此，為增強集箱和管接頭連接部位的抗低周疲勞能力，設(shè)計時應(yīng)全面考慮低周疲勞問題，連接形式可根據(jù)實際采用高壓鍋爐盆座式設(shè)計。

2.2.2 水下降管、蒸汽引出管的設(shè)計。水下降管和蒸汽管與集箱的連接形式影響到開孔口徑的大小，開口孔徑越大，低周疲勞越嚴重，設(shè)備損壞越嚴重，因此，對大口徑飽和的蒸汽引管及水下降管多采用騎座式設(shè)計，以縮小開孔口徑，降低設(shè)備損壞，延長設(shè)備壽命。

2.2.3 水冷壁管設(shè)計。水冷壁是煉鋼鍋爐的主要受熱面，其由并列的上升管構(gòu)成，管子排列越緊密其對爐墻的保護作用越好，因此，設(shè)計時應(yīng)選擇輕質(zhì)、耐熱的耐火材料及保溫性較好的保溫材料為爐墻材料，也可將其敷設(shè)在水冷壁上，使其成為水冷壁管敷管式爐墻，對于小容量、中低壓的鍋爐可采用光管式水冷壁。

2.3 水循環(huán)安全性問題

水冷壁管傳熱惡化、爆破往往會造成嚴重的經(jīng)濟問題與安全問題，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計必須關(guān)注水循環(huán)安全性問題。

2.3.1 汽水兩相流動狀況設(shè)計。煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐多傾斜布置，受熱條件下，傾斜的水冷壁管管內(nèi)的汽水混合物常常出現(xiàn)汽水分離，而汽水分離后，汽側(cè)對向火面的管子極易出現(xiàn)傳熱惡化現(xiàn)象，進而造成設(shè)備無法持續(xù)運行。針對此情況，必須以設(shè)計來改進氣側(cè)面向火面的管內(nèi)的汽水兩相流動狀況。當(dāng)前設(shè)計中多采用對向火面的管子采用螺紋管或?qū)⒉讳P鋼螺旋板加裝在此部分管子內(nèi)部這兩種方式，前者結(jié)構(gòu)上比較簡單，操作較容易，但受材料限制，后者在阻止水汽分層，消除或減少傳熱惡化現(xiàn)象的發(fā)生具有重要作用，且效果優(yōu)于前者，因此，建議采用加裝不銹鋼螺旋板方式來改善管內(nèi)的傳熱狀況及汽水兩相流動狀況。

2.3.2 下降管設(shè)計。煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐內(nèi)部熱負荷呈周期變化，熱負荷下降水冷壁管的產(chǎn)汽量減少，使得冷壁管內(nèi)循環(huán)壓力減少，此情況下，可能發(fā)生上升管和下降管所存壓差不能維持自然循環(huán)工況。針對此問題，可采用將爐循環(huán)水泵加裝在下降管的方式來維持癥狀循環(huán)壓差。

2.3.3 鍋筒壓力控制設(shè)計。鍋筒壓力波動可影響水循環(huán)安全性，當(dāng)鍋筒壓力急速下降時，鍋爐的飽和水發(fā)生汽化，使下降管帶汽，降低循環(huán)頭壓力，導(dǎo)致水冷壁管內(nèi)流速下降，引發(fā)傳熱惡化，甚至造成水冷壁管爆破，因此，設(shè)計時應(yīng)進行熱工控制，以降低鍋筒壓力差，防止傳熱惡化。

2.3.4 復(fù)合循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計。近年來，人們的環(huán)保觀念、節(jié)約理念越來越強，考慮到環(huán)保效益及資源使用有效率，結(jié)構(gòu)設(shè)計時可將自然循環(huán)與強制循環(huán)相結(jié)合，設(shè)計轉(zhuǎn)爐吹煉系統(tǒng)，當(dāng)煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱爐熱負荷較高時采用自然循環(huán)系統(tǒng)，停止吹煉，當(dāng)其熱負荷較低時，則采用強制循環(huán)系統(tǒng)，以減少循環(huán)所用電耗，實現(xiàn)節(jié)省能源目標。

2.4 密封問題

煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐若密封不好則會發(fā)生煤氣泄漏、空氣進入爐膛等現(xiàn)象，進而造成安全問題、煤氣質(zhì)量問題等。針對此問題可采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)取代密排管結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式，此外并對爐膛上的開孔進行有效密封。

3 結(jié)語

煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐質(zhì)量狀況影響到煉鋼效益，一旦某個部位出現(xiàn)問題可能致使整個系統(tǒng)的癱瘓，嚴重的將釀成安全事故。為確保設(shè)備安裝過程的有序、安全和高質(zhì)量，需采取謹慎的常規(guī)安裝方式來進行。對每一套設(shè)備的安裝，都要按照固定的作業(yè)方式和工序進行，其結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)把握住密封、水循環(huán)安全性、熱膨脹、低周疲勞等問題，以相應(yīng)的措施處理好這些問題，在實現(xiàn)余熱鍋爐正常運行的同時，實現(xiàn)煉鋼的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益。

參考文獻

[1] 楊永利.煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計中幾個應(yīng)注意的問題[J].江西建材，2014，（1）.

[2] 周一工.煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計中幾個應(yīng)注意的問題[J].節(jié)能，2009，（1）.

[3] 董茂林，侯祥松，孫明慶.轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐壽命影響因素分析與改進措施[J].冶金能源，2010，（3）.

[4] 董茂林，侯祥松，孫明慶.煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐壽命影響因素淺析與改進探討[A].第5屆中國金屬學(xué)會青年學(xué)術(shù)年會論文集[C].2010.

[5] 王月玲，沈正金.轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻系統(tǒng)及活動煙罩改造設(shè)計[J].冶金動力，2003，（4）.

[6] 凌玉華，陳琳，廖力清，楊欣榮.銅轉(zhuǎn)爐冶煉過程中余熱鍋爐水位的優(yōu)化控制[J].中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，（1）.

作者簡介：張世建（1976-），男，山東沾化人，杭州杭汽輪鍋爐有限公司技術(shù)部部長，研究方向：鍋爐設(shè)計。endprint