閃速爐余熱鍋爐存在的問題及優(yōu)化措施

王國珍

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

閃速爐余熱鍋爐處于閃速熔煉系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，是廠控重要設備之一，它主要是利用高溫煙氣生產(chǎn)蒸汽，并對閃速熔煉產(chǎn)生的煙氣進行降溫和初步除塵，其運行狀況直接關系到整個工廠生產(chǎn)的安全順行，特別是在貴冶打造標桿工廠的過程中，其運行狀況尤為重要。但是隨著產(chǎn)能和環(huán)保要求的不斷提高，特別是近年來銅精礦品質(zhì)復雜，雜質(zhì)含量高，進入閃速爐余熱鍋爐的煙氣量及成分發(fā)生了很大的變化，對余熱鍋爐的安全運行造成了很大的威脅［1-2］。為了滿足生產(chǎn)和節(jié)能減排的要求，通過對余熱鍋爐存在的問題進行了梳理和分析，并對余熱鍋爐系統(tǒng)進行一系列的優(yōu)化。

2 工藝簡介

閃速熔煉產(chǎn)生的高溫煙氣，經(jīng)過余熱鍋爐冷卻和初步收塵后進入閃速爐電收塵進一步收塵，最后送入硫酸工序制酸［3］；其產(chǎn)生的蒸汽送往動力車間發(fā)電，發(fā)電后的尾汽干燥銅精礦。如圖1所示，余熱鍋爐處于整個生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，起著承上啟下的作用，一旦鍋爐出現(xiàn)問題，閃速爐就要被迫停爐，其他相關工序和生產(chǎn)單位也要被迫停運，所以維護好鍋爐的穩(wěn)定運行，關系到整個工廠的生產(chǎn)順行和產(chǎn)量任務的完成。

圖1 閃速熔煉流程圖

3 余熱鍋爐的運行現(xiàn)狀

貴溪冶煉廠一系統(tǒng)閃速爐余熱鍋爐是由日本川崎設計制造的BLW-77型強制循環(huán)余熱鍋爐，自1985年12月30日投入生產(chǎn)至今，期間雖然經(jīng)過多次改造，但運行狀況整體良好。隨著產(chǎn)能規(guī)模的擴大和原料結構的改變，特別是近年來銅精礦品質(zhì)復雜，雜質(zhì)含量高，導致進入閃速爐余熱鍋爐的煙氣量及成分發(fā)生了很大的變化，這使得余熱鍋爐故障率也逐年升高，不利于工廠長周期生產(chǎn)穩(wěn)定順行，故障統(tǒng)計如表1所示。

表1 閃速爐余熱鍋爐漏水事故統(tǒng)計

4 存在問題及原因分析

通過對閃速爐余熱鍋爐的運行狀況進行分析，總結出目前熔煉一系統(tǒng)閃速爐余熱鍋爐主要存在以下問題，針對這些問題進行了原因分析

4.1 漏水事故率逐年上升

從表1可以看出鍋爐的漏水事故率呈逐年上升趨勢，通過對近年來鍋爐的漏水事故進行了分析，總結如下。

4.1.1 高溫過熱

鍋爐前墻處于高溫區(qū)，實測煙氣溫度已經(jīng)超過1400℃，每次年度大修都會對此處水冷壁進行檢修或更換，甚至堆焊合金層，以確保此位置鍋爐管的安全運行，但是效果并不理想，該區(qū)域的漏水事故率仍是最高的，為此截取漏水的鍋爐管進行物化分析，如圖2、3所示（圖2為正常爐管，圖3為事故爐管）。

圖2 1#管道外觀形貌

圖3 2#管道外觀形貌

（1）化學成分分析。分別對1#、2#試樣進行化學成分分析（表2）。

表2 1#、2#試樣化學成分分析對比

檢測結果：兩件試樣化學成分分析結果均符合GB 5310-2008中20G技術條件要求。

（2）物理性能測試。分別對3#、4#試樣進行力學性能測試（表3）。

表3 1#、2#試樣力學性能測試對比

檢測結果：兩件試樣力學性能分析結果均符合GB 5310-2008中20G技術條件要求。

（3）顯微組織分析。分別對1#、2#試樣進行顯微組織分析，1#試樣的顯微組織為較均勻的鐵素體+珠光體，見圖4所示，符合GB 5310-2008中對優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼的顯微組織要求。2#試樣的顯微組織為魏氏組織+珠光體，見圖5所示，晶粒較1#試樣有明顯長大的現(xiàn)象。

圖4 1#試樣鐵素體+珠光體200×

圖5 2#試樣鐵素體+珠光體200×

（4）結果分析。1#、2#試樣的化學成分分析和力學性能測試結果，均滿足GB 5310-2008中20G技術條件要求。但2#試樣的顯微組織為魏氏組織+珠光體與1#試樣的鐵素體+珠光體存在明顯差異。且從圖4和圖5的對比中可以看出，2#試樣的魏氏組織和明顯長大的晶?？梢宰C明2#試樣存在過熱現(xiàn)象。故過熱的顯微組織降低了在酸性環(huán)境中抗腐蝕的能力，受煙氣中酸性物質(zhì)的影響使鍋爐管首先在過熱區(qū)發(fā)生腐蝕而出現(xiàn)漏水事故。

4.1.2 漏風腐蝕

閃速熔煉系統(tǒng)為負壓控制，如果余熱鍋爐系統(tǒng)密封出現(xiàn)問題，漏入的冷空氣就會與內(nèi)部的高溫含硫煙氣結合，在漏風點處形成稀酸腐蝕鍋爐管，如圖6所示。

圖6 受腐蝕爐管壁厚檢測

余熱鍋爐的漏風點主要集中在入口膨脹節(jié)、孔門和對流部。鍋爐的入口膨脹節(jié)連接著閃速爐上升煙道與余熱鍋爐，處于高溫區(qū)，在鍋爐負荷變化下有一定的伸縮量，主要問題是燒損和拉裂而漏風；鍋爐的孔門主要是為了檢查鍋爐內(nèi)部情況，頻繁開閉的情況下就會破壞密封面而漏風；對流部主要是彈簧錘振打破壞密封板而漏風。

4.1.3 物理傷害

（1）機械振打?qū)t管的傷害。為了及時清除受熱面上的積灰，閃速爐余熱鍋爐設置了多臺彈簧錘振打。彈簧錘振打主要靠碟形彈簧片形成的振動波進行除灰，如果彈簧片失效振打就會對爐管產(chǎn)生損害。

（2）煙塵大塊墜落砸傷水冷壁。閃速熔煉煙氣中含有大量的熔融物和未反應的精礦粒子，熔融物在鍋爐入口處堆積形成煙塵大塊，未反應的精礦粒子在鍋爐輻射部繼續(xù)反應，反應物粘結在水冷壁上，如果不及時清除，就會形成煙塵大塊。

4.2 受熱面換熱效果降低

進入鍋爐的煙氣含塵量高達200 g/Nm3，大顆粒煙塵在輻射部沉降，較細的煙塵進入對流部容易粘結在對流管束上，如果不及時清除就會造成管束肥大，影響換熱效果［4-5］。貴冶閃速爐余熱鍋爐對流管束主要依靠頂部的彈簧錘振打進行除灰，由于管束較長而又密集，所以除灰效果很不理想，造成鍋爐對流部的換熱效果下降，致使鍋爐的出口煙氣溫度及含塵量超標，嚴重影響了后序電收塵及制酸工序的運行。

4.3 煙氣中氧氣濃度偏高，造成三氧化硫發(fā)生率居高不下

經(jīng)研究三氧化硫轉化條件主要是煙氣中的含氧量、溫度及催化劑，催化劑在銅冶煉的煙氣中很難控制，轉化的溫度區(qū)間主要在400～600℃，即余熱鍋爐對流部。所以影響三氧化硫發(fā)生率偏高的主要因素為煙氣中的氧濃度及對流部的換熱效果。

5 優(yōu)化措施

通過梳理和分析目前余熱鍋爐運行過程中出現(xiàn)的問題，做出了相應的優(yōu)化及改造措施。

圖7 前墻水冷壁水循環(huán)回路優(yōu)化

5.1 優(yōu)化鍋爐的水力循環(huán)分布

（1）對鍋爐循環(huán)水分布進行了優(yōu)化。在不改變原有循環(huán)管路的前提下，通過優(yōu)化節(jié)流孔板尺寸，增加水循環(huán)回路，采用雙泵驅(qū)動等措施減少了系統(tǒng)水循環(huán)阻力，提高了鍋爐水循環(huán)流量（表4），改善了鍋爐傳熱效率。

表4 閃速爐余熱鍋爐水循環(huán)流量的優(yōu)化前后對比

（2）輻射部前墻水冷壁的優(yōu)化。針對鍋爐入口熱負荷偏高，對輻射部前墻水冷壁的水力循環(huán)進行了優(yōu)化，把前墻水冷壁水循環(huán)回路由之前的18組更改為30組，縮短了水循環(huán)路線，提高了換熱效果，保護了前墻水冷壁管，如圖7所示。

5.2 鍋爐結構形式的優(yōu)化

（1）優(yōu)化管屏管束的布置。把對流管束由原來的8組改為7組，并拉大對流管間距，同時在輻射部尾部增加1組輻射管屏，降低了進入對流部的煙氣溫度，減少了對流管束的煙灰粘結，提升鍋爐的收塵效率，從而有效解決煙塵后移的問題，滿足了閃速爐電收塵入口煙氣溫度及含塵量的要求。

（2）優(yōu)化輻射部頂棚水冷壁結構。之前為了防止煙灰粘結，把輻射部頂棚水冷壁管設計為Ω管形式，現(xiàn)在通過在頂棚設置彈簧錘振打，解決了煙灰粘結問題，所以把輻射部頂棚由Ω管改為膜式水冷壁，增加了輻射區(qū)的換熱面積，如圖8所示。

圖8 輻射部頂棚水冷壁結構型式的優(yōu)化

（3）對流部增設燃氣脈沖除塵裝置。對流部尾部煙氣溫度相對較低，容易粘結煙灰造成管束肥大，影響換熱效果，所以利用2015年年修在第6、7組對流管束安裝燃氣脈沖除塵裝置，提高了除塵效率，改善了對流部換熱效果，降低了鍋爐出口煙氣溫度，為后序電收塵和硫酸工序創(chuàng)造了有利條件。

燃氣脈沖除塵裝置自從在鍋爐對流部應用以來，除塵效果較好，設備運行平穩(wěn)，故障率幾乎為零，所以停運了第6、7組管束8臺彈簧錘振打，剩余8臺振打的運行頻率縮短一半，這在很大程度上降低了彈簧錘振打?qū)﹀仩t密封板的損害，保證了鍋爐的密封效果。

5.3 鍋爐密封的優(yōu)化

（1）閃速爐鍋爐輻射部出入口伸縮節(jié)承擔著吸收鍋爐膨脹量和密封的作用［6-7］，特別是輻射部入口伸縮節(jié)，溫度較高、膨脹移動量大，此處極易被燒損、拉裂而漏風。2015年年修對此處伸縮節(jié)進行了改造，把原先分體式密封填料更改為整體式高溫填料；在煙氣側澆注剛玉莫來石耐火料，保護外部伸縮節(jié)；在伸縮節(jié)外側，把外護板延長并增加防拉脫倒鉤，壓扣改為腰子孔固定，這樣既保證了其伸縮量，又確保了密封效果，如圖9所示。

圖9 鍋爐出入口密封膨脹節(jié)改造

（2）鍋爐人孔及第一、二煙灰斗由于頻繁開啟，密封墊容易損壞，漏風腐蝕較為嚴重。為了解決這一密封問題，與某環(huán)保公司合作，共同研發(fā)出了一種金屬骨架與合成纖維相結合的人孔密封組件和灰斗密封罩，這種密封裝置能夠反復使用不變形，大大改善了此處密封效果，杜絕了人孔和灰斗處漏風腐蝕對鍋爐管的損害。

5.4 彈簧錘振打運行模式及安裝形式的優(yōu)化

（1）根據(jù)煙灰粘結情況對余熱鍋爐的所有彈簧錘振打進行重新組對，實現(xiàn)了每臺、每組彈簧錘振打的運行時間和周期可以根據(jù)余熱鍋爐工況在中央任意調(diào)整；

（2）根據(jù)碟形彈簧片的疲勞周期，及時更換振打桿的碟形彈簧片；

（3）在振打梁與爐管之間安裝“管瓦”，防止振打梁脫焊時損傷鍋爐管。

5.5 鍋爐鹽化風的鼓入方式優(yōu)化

最初鹽化風是從鍋爐入口引入的，鹽化風在鍋爐內(nèi)與閃速爐高溫煙氣中的氧化物反應，生成硫酸鹽。其目的是防止煙塵在鍋爐受熱面及煙氣管道上形成粘結。但是實際生產(chǎn)過程中鹽化風與鍋爐內(nèi)煙氣混合程度不佳，造成煙氣中氧濃度偏高。后經(jīng)過多次試驗，把鹽化風鼓入點后移至閃速爐沉淀池頂部，其鼓入量根據(jù)每天鍋爐煙灰中硫酸鹽的含硫量進行調(diào)整，從而解決了鍋爐及開口部煙灰粘結問題，也降低了鍋爐內(nèi)煙氣的含氧濃度。

6 優(yōu)化后鍋爐的運行效果

貴冶一系統(tǒng)閃速爐余熱鍋爐實施優(yōu)化改造后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，解決了貴冶閃速爐生產(chǎn)的瓶頸問題，各項指標都得到了優(yōu)化提升。

（1）一系統(tǒng)閃速爐余熱鍋爐漏水事故率及影響閃速爐停爐時間大幅降低，如圖10、圖11所示。

圖10 鍋爐漏水次數(shù)

圖11 鍋爐漏水影響閃速爐停爐時間

（2）一系統(tǒng)閃速爐作業(yè)率，較去年相比大幅提升，如圖12所示。

圖12 閃速爐作業(yè)率

（3）一系統(tǒng)三氧化硫發(fā)生率較去年大幅降低 ，如圖13所示。

圖13 三氧化硫發(fā)生率

7 結束語

閃速爐余熱鍋爐優(yōu)化改造后，運行狀況良好，滿足了目前閃速爐高復雜原料結構和高投料量的要求，確保了主工藝生產(chǎn)的穩(wěn)定，有力保證了工廠生產(chǎn)經(jīng)營任務的順利完成。今后隨著科學技術的進步，閃速爐余熱鍋爐會發(fā)展得更加完善，而此次余熱鍋爐的優(yōu)化，為以后余熱鍋爐的改進和發(fā)展積累了經(jīng)驗。

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