冶煉廠汽化冷卻煙道出現(xiàn)故障的原因及解決措施

楊 柳

（中鋼石家莊工程設計研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

在冶煉轉爐凈化系統(tǒng)中，汽化冷卻煙道是其非常關鍵的設備，也是轉爐冶煉中極易產生故障的設備，汽化冷卻煙道是否正常對轉爐連續(xù)生產有著直接影響?；诖耍恼聦σ睙拸S汽化冷卻煙道出現(xiàn)故障的原因及解決措施進行詳細分析，以期能夠為相關同行業(yè)者提供有利的參考依據(jù)。

1 汽化冷卻煙道優(yōu)勢簡析

使用汽化冷卻，不僅能夠產生蒸汽對大量的熱能進行回收，為冶煉廠的生產和生活服務，還能達到冷卻煙氣的目的。這也是落實“三廢處理與綜合利用”政策措施的一部分。使用汽化冷卻對冶金成本具有很大的節(jié)約作用；比起工業(yè)水開式冷設備的壽命，汽化冷卻設備的使用壽命要長很多，維護工作量少，對車間的冶金生產能力具有提升的作用；比起工業(yè)水開式冷，汽化冷卻節(jié)約的水量和電量較多，較少的綜合投資，成本回報快。汽化冷卻煙道是現(xiàn)階段我國大部分冶煉廠主要采用的方式。

2 汽化冷卻煙道的構成分析

冷卻煙氣及產生蒸汽的構件，同時煙氣輸送的通道均為汽化冷卻煙道。所以，汽化冷卻煙道主要由以下幾個部分構成。

2.1 爐口段煙道

對爐口段煙道進行單獨設置的目的是，為檢修更換提供便利條件。由于在爐口段煙道結構中，設備集中開孔，水冷壁受熱面表面熱流密度達到最大，尚有磨損及碰撞，相對較薄弱。為開孔方便，使用密排管式或管子隔板式結構，因為與隔板式結構冷卻效果相比，密排管式結構冷卻效果較好，所以現(xiàn)階段使用率較高的是密排管式結構。

2.2 活動煙罩

一般情況下，活動煙罩為管子隔板式結構，但也有厽管式。由于活動煙罩需垂直升降，通常自成循環(huán)回路，使用金屬軟管或活動接頭管來連接管路。它與爐口間往往使用水封連接，以便實現(xiàn)密封效果。

2.3 中間段煙道

與上述兩部分相比，中間段煙道受熱較低。使用密排管式或者管子隔板式結構，現(xiàn)如今，隔板式結構應用較廣泛，因為與密排管式結構相比，它使用的成本較少，效果也十分突出。

2.4 氧槍口冷卻裝置

氧槍口冷卻裝置有水冷、有氣、有氣冷。現(xiàn)如今最多的為水冷。使用者的使用效果顯著。此水套結構形式有雙層管排管式結構、蛇形密排組成水冷壁等。

2.5 末段煙道

末段煙道也是純粹的自然循環(huán)，末段煙道設置，對輻射型汽化器重點是為了連接除塵設備，將耐熱襯里彎頭省去。

2.6 加料口冷卻裝置

與氧槍口冷卻結構形式相似，加料口冷卻裝置的熱負荷較小，存在一個物料磨損問題。因為更換次數(shù)較多，所以建議使用水冷（除了特殊情況），這樣能夠延長冷卻裝置的使用年限，減少資金。

3 汽化冷卻煙道的工作原理剖析

與高爐的工作原理類似，氣冷煙道的工作原理也能夠將氣冷煙道看成是余熱鍋爐，但氣冷煙道與冶煉爐之間也存在著巨大的差異：首先，從工作時間層面分析，氣冷煙道具有間歇性特征，而鍋爐則是連續(xù)不斷的。通常情況下，冶煉爐的工作時間頻率以2340 秒為一個周期，期間還涵蓋大約840 秒的吹煉時間，而熱交換僅僅存在于此過程中，不存在于其他冶煉過程中。其次，從使用年限層面分析，氣冷煙道的使用年限要比鍋爐的使用年限短的多，其主要的原因在于，氣冷煙道在吹煉過程中，不同階段受到的熱負荷變化相對較大，導致氣冷煙道在溫差較大的干擾下，內部結構非常容易遭到損壞，導致氣冷煙道使用年限逐漸縮短，與此同時，在維護資金投入上，煙道的內部結構維護資金投入力度要大于鍋爐。

對氣冷煙道中的水流而言，下降管與上升管對其具有很大的阻礙作用，這是因為氣冷煙道內部存著在巨大的壓力所導致的。此外，氣冷煙道下降管與上升管中水的密度差是水循環(huán)內在的動力來源，當然，氣冷煙道中也涵蓋了強制水循環(huán)部分，爐121的移動段是強制水循環(huán)部分主要集中區(qū)域。假設氣冷煙道內部存在高壓，則會逐漸減弱水流上升時的阻力，同時也會減小蒸汽的體積，大部分的冷卻水就會發(fā)揮其作用，延長氣冷煙道的使用年限。在水循環(huán)的過程中，氣泡可以分離水汽，同時還能為氣冷煙道提供水源，水汽分離過程受多方因素共同作用，蒸汽的負荷，水汽分離的最終效果主要的影響因素在于氣冷煙道內部的壓力、可供水汽分離的空間的大小。

4 漏水原因探究

4.1 環(huán)狀裂紋

因為＞1300 攝氏度高溫煙氣烘烤鍋爐管內壁，沿管內壁會習慣性形成氣泡，靠水的流速將氣泡帶走，假設水循環(huán)堵塞或上升管阻力大，則水流無法將氣泡順利帶走，氣泡變大上浮，同時會附著管壁產生干燒，氣泡上升后，填充上的水對氣泡又是一個激冷，所以引起熱負荷沖擊，爐管熱疲勞損壞，引起環(huán)狀裂縫。

4.2 爆管漏水

假設煙道內負壓較大，導致大量空氣被吸入煙道，這些空氣中的煤氣及O2混合后，在高溫下產生巨大燃燒，嚴重時局部可能出現(xiàn)爆炸，會突然增大煙道內局部熱負荷，甚至＞管道所能承受的最大熱負荷，此外上部管道冷卻水循環(huán)堵塞，導致一些管道受熱過大，進而出現(xiàn)爆裂。

4.3 其他原因

（1）對于系統(tǒng)中的安裝施工垃圾，煮爐過程未將其排出，對于個別排管節(jié)流件的節(jié)流孔，未被排出的施工垃圾可能對其造成堵塞，導致個別排管缺水過燒（由于個別排管缺水，管壁溫度上升，機械強度減弱，管子承壓引起的應力＞材料屈服極限，導致管子變形，鼓包，直到破裂。裂口為縱向破裂）。

（2）冶煉過程中，噴濺較大，金屬廢渣噴濺到移動段煙道受熱面上，構成大范圍結渣，結渣區(qū)傳熱效果差，容易導致局部過熱損壞；在清渣期間或結渣自然脫落期間，容易損傷受熱面機械。

5 預防漏水現(xiàn)象措施闡述

5.1 完善排污機制

依據(jù)氣冷煙道的使用現(xiàn)狀，可以看出，煙道使用強度相對較大，所以，須堅持每天沖洗煙道，并對煙道實施排污處理，以此來確保氣冷煙道內部清潔，這是預防氣冷煙道產生堵塞的有效途徑之一，同時還要定期清洗氣冷煙道中的呼吸器，確保至少一星期換一次水。

5.2 提升水體管理水準

首先，要嚴格檢驗氣冷煙道中水循環(huán)期間的水體質量，提升水體質量的評判指標，對取樣化驗的管理機制進行定期制定，實時監(jiān)控水體質量，除此之外，還要對氣冷煙道內壁水垢情況進行定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)水垢厚度＞所規(guī)定厚度時，要在第一時間進行煮爐，對內壁污垢進行清除。

5.3 優(yōu)化爐口微差壓的操作方式

高效控制氣冷煙道的負壓是防止煙道出現(xiàn)漏水現(xiàn)象的關鍵方式。當轉爐處于吹煉階段時，轉爐人口處的壓力應＞-18 千帕，與此同時，風機的轉速不得＞1300 轉/分。當轉爐處于非吹煉階段時，轉爐入口壓力要＞-5 千帕，如此一來，就可以對爐口壓力進行有效控制，以防產生爆炸。

5.4 確保氣冷系統(tǒng)內部壓力平穩(wěn)

為確保氣冷系統(tǒng)內部壓力平穩(wěn)，必須依據(jù)設備的具體使用情況，對PID 參數(shù)進行合理、科學地設定，水箱加熱用蒸汽，氣泡出口蒸汽及蓄熱器出口蒸汽的調節(jié)閥，使氣冷煙道可以在平穩(wěn)壓力條件下實施工作，禁止煙道內部由于壓力變化過大而產生使用疲勞的現(xiàn)象，對其正常運行造成影響。

5.5 優(yōu)化氣泡設備

改進下降管接口與汽水分離擋板處隔柵。汽水混合物（由上升管上來的）對汽水分離板的沖擊力相對較大，通常會導致其脫落，脫落后的汽水分離板插入下降管接El 處格柵內，容易導致下降管關口堵塞。把汽水分離板改為撞擊擋板及撞擊孔板結合形式，撞擊孔板是由帶孔的金屬板焊接而成的，對汽水分離面積具有增大作用，同時因為大量孔的分布，對上升管對分離板的沖擊力起到緩沖作用，緩沖率可達30%左右，撞擊擋板對汽水能夠進行進一步分離。汽包下降管接口處隔柵原為平板結構，在分離板脫落時極易導致堵塞，現(xiàn)改為防護罩形式，進而對這一問題進行徹底解決。

6 具體運用描述

6.1 冶金加熱爐中的具體運用

水從下降管流出，分別進入活動梁和固定梁，形成冷卻回路。通過上升管，回到汽包循環(huán)。蒸汽在汽包內被分離，蒸汽被輸送到管網(wǎng)，水被循環(huán)利用。一種是在回路的下降管上安裝一臺泵進行強制循環(huán)；另一種是在高處安裝汽包進行自然循環(huán)。冶金企業(yè)加熱爐爐底管通常情況下采用氣冷，實踐證明，氣冷的節(jié)能節(jié)水效果非常顯著，可減少金屬坯“黑斑”，對金屬坯溫度均勻性具有巨大的提升效應。

6.2 轉爐中的具體運用

此系統(tǒng)是采用氣冷煙道代替原水冷煙道，從而實現(xiàn)余熱回收利用，節(jié)水省電之目的?，F(xiàn)階段，轉爐冶金煙氣除塵系統(tǒng)經常使用OG 法，轉爐冶金煙氣除塵系統(tǒng)主要由汽包供水、燃氣回收、汽包余熱鍋爐三部分構成。在轉爐冶金中，汽包供水和汽包及余熱鍋爐是必不可少的兩個部分，冶煉廠煙氣除塵系統(tǒng)具有多重作用，例如清除轉爐煙汽中粉塵、吸收蒸汽節(jié)約能源等。

7 結語

氣冷煙道漏水是一種非常普遍的現(xiàn)象，唯有依據(jù)設備的具體使用情況，對現(xiàn)有的管理和檢測系統(tǒng)進行實時調整，將煙道內壓控制好，確保水質，就能對泄漏現(xiàn)象進行高效預防，對設備的總體工作效率進行有效提升。