转炉余热锅炉在设计中的改进

摘　要： 本文根据余热锅炉系统在以往运行的情况普遍存在的问题,如热膨胀问题，水循环安全性问题，根据冷却烟道的不能特点，介绍了在结构工艺上及系统的改进措施，使其能够安全，稳定，长时间可靠的运行。

关键词：转沪；余热锅炉；水循环；热膨胀
　　转炉余热锅炉是转炉生产工艺流程中重要组成部分，其主要是转炉烟气显热利用和烟气净化回收的重要设备。
　　炼钢转炉余热锅炉的运行状况是被动变化的，随炼钢转炉的运行工况的变化而变化的。
但是在炼钢中，炼钢转炉余热锅炉的使用寿命是非常短暂的，冷却烟道上段的寿命一般为6年，而下段冷却烟道的使用寿命更短只有短短的2-3年，靠近转炉的活动烟罩因存在钢水飞溅，环境条件更加恶劣，寿命只有1年左右。并且在短期的使用寿命内，设备的事故率也很频繁，需要经常的检修。维修工作不仅工作量大，而且存在安全上的隐患，同时也影响了钢材的产量。以此，这就迫切要求工程师们在锅炉设计上下功夫，延长设备的使用时间，减少事故，保证余热锅炉的长期安全运行。
1水循环安全问题在转炉余热锅炉上的改进
1.1 活动烟罩水循环在余热锅炉上的改进
　　活动烟罩是余热锅炉中处在工作条件最恶劣的部件，由于钢水飞溅很容易造成受热不均，旧式余热锅炉是自然循环方式，因此寿命短。针对这个问题才用了低压强制循环系统。
　　活动烟罩使用寿命短暂最主要原因是它处在工作环境最恶劣的地方。应该从多方面采取切实可行的措施加以改进和完善。本系统不同于自然循环方式最主要的独特是它的低压循环方式。低压循环水泵将除氧后的软水送至活动烟罩吸热后，形成的汽水混合物回到除氧水箱，生成的蒸汽用来加热进人除氧器的除氧水。可以看出，低压循环系统的锅筒可以看成是除氧水箱。低压循环系统的体特点在于除氧器进入水温不受限制，且负荷适应性强，除氧的效率高，并可以利用除氧水箱作为贮水箱，简化了系统，减少了企业投资，产生的水蒸气还可以用于给水除氧，节约了能源，解决了环保问题。
　　此外由于活动烟罩所处环境恶劣，采用低压强制循环能保证系统良好的水循环，防止和改善了受热管因循环不良而引起的局部过热损坏。这样就大大提高了活动烟罩的使用寿命。由于系统采用的是低压循环，因此大大降低了烟罩管壁由内压引起的应力大问题，减小了当活动烟罩与锅筒组成自然循环系统时，由于锅筒稳压系统运行不正常造成的内压应力交变疲劳破坏。本系统由于是强制循环系统，因此烟罩的结构设计不受自然循环条件的限制，变得较为灵活，并使系统的水循环可靠性增加。
1.2余热锅炉固定烟道水循环的改进
　　针对周期性变化的热负荷和波动的锅筒压力对余热锅炉的影响，固定烟道下降管采用中压强制循环。
　　由于余热锅炉内的热负荷呈周期性变化，在热负荷下降时，水冷壁管内的产汽量减少，使循环压力减小，可能造成下降管与上升管(水冷壁)的压差不足以维持正常的自然循环工况.
一般炼钢转炉余热锅为倾斜布置，倾斜的水冷壁管在受热条件下管内的汽水混合物容易产生汽水分层。汽水分层后，水侧在向火面的管子一般是安全的，但汽侧在向火面的管子非常危险，极易发生传热恶化。运行实践证明，汽侧在向火面的管子最容易发生爆管事故。
　　水循环不安全的另一个原因是锅筒的压力波动。当锅筒内的压力下降变化较大时，锅炉里的饱和水便会汽化，使下降管带汽，这样循环压头就会减少，会给正常的水循环造成一定的影响，由此结果是水冷壁管内的流速下降，引起传热恶化，严重会造成水冷壁管的爆管。因此，对于转炉汽化冷却固定烟道水循环系统中，在下降管加装中压强制循环泵来维持正常的循环压差。而且布置了备用循环泵，预防循环泵故障造成的锅炉不能正常运行。在转炉吹炼，和吹炼停止使分别是用自然循环系统和强制循环系统。这种方法可以减少循环泵的耗电量，又能保证转炉的安全平稳的运行。
　　有上可以看出，转炉汽化冷却系统采用低压与高压汽化冷却相结合，强制循环与自然循环相结合的运行方式。这样保证了转炉生产的安全性，也提高了固定烟道和活动烟罩的使用寿命，而且也很充分的回收了烟气中的余热。
2  对转炉余热锅炉热膨胀问题的改进
　　热膨胀设计对炼钢转炉余热锅炉的安全平稳运行意义重大，不仅存在轴向热膨胀，而且也存在径向热膨胀川。在对转炉余热锅炉设计中，比较成熟的是轴向热膨胀，主要是调整锅炉的膨胀位移等，多采用余热锅炉的支点铰支、悬吊点用衡力弹簧调整锅炉。还有的改进在烟道的链接处采用不锈钢膨胀节，或者是耐高温的塑料性材料吸收膨胀量。但是，对径向膨胀早造成的破坏以前并没有充分的认识，在锅炉的刚性梁设计中没有预留膨胀间隙。对以往的余热锅炉事故进行分析可以看出，很大一部分事故是由于径向热膨胀问题引起的。由于刚性梁在设计时没有预留膨胀间隙，当锅炉在高温运行时，周围的水冷壁管沿径向向外膨胀，因此造成了刚性梁连接处的管子局部应力变大，从而导致水管破裂。所以，应该在刚性梁设计中预留一定的膨胀间隙，这对高温运行的余热锅炉的安全是十分重要的。
3  对活动烟罩结构改进
　　转炉在炼钢时产生大量的高温废气，并且转炉的运行状况是不断的变化着的，在如此恶劣的环境下工作，必然会对余热锅炉的使用寿命产生影响。特别是活动烟罩由于靠近转炉，并且有钢水飞溅，环境条件更加恶劣。在以前的活动烟罩设计中使用的是方型横管的密排管式，由于受热胀冷缩，长时间高温烘烤，方管纵向焊缝极易开裂，所以使用寿命较短一般都是2-3个月就要进行更新。活动烟罩还会经常发生卡罩现象，这是由于采用的是一套滑轮机构实现的烟罩升降，这种设计存在这很大的不合理。同时在冶炼过程中转炉炉口喷溅、结渣现象严重，造成活动烟罩不能顺利升降，以致于活动烟罩长期以来一直升罩运行，严重影响了转炉煤气回收的质量。为了避免以上情况，将活动烟罩受热管采用直立的管子隔板式结构，并且活动烟罩采用强制循环汽化冷却，使结构更合理。另外，活动烟罩的升降废除了原先复杂笨重的滑轮机构，在烟罩的四周分别设置四组升降油缸带动烟罩上下运动。在油钢的油系统中安装了限位装置，保证4个油缸同时运动，从而使烟罩能够平稳升降。
4 存在问题
4.1 有效回收利用蒸汽的问题
　　转炉炼钢必然会产生大量的高温废气，

怎么利用这些高温废气呢？采用余热锅炉对这些烟气进行冷却，这样可以回收大量的蒸汽，从而可以达到节约能源，降低能耗的目的。但是，转炉吹炼是周期性的，所产蒸汽也是周期性的，因此增设了蓄热器来保持汽压的稳定性，但企业一般只把这部分蒸汽并入低压管网，只供不重要的蒸汽用户，而这部分用户大都为间断用汽，用量也不大，因此蒸汽的排放量很大，造成了能源的浪费,尤其是许多中小型钢企,蒸汽用户本来就少,这种浪费更为严重。而真空处理是运用越来越广泛的炉外钢水精练技术,其使用蒸汽的用户是蒸汽喷射泵系统,通过4~6级喷射泵的蒸汽引射来使钢水处理室产生高度真空,抽取钢水中逸出的气体,从而消除钢水中的某些杂质,来达到对钢水精炼的目的。而采用转炉余热蒸汽作为真空处理汽源则是一种新的设计尝试。
4.2　炼钢转炉余热锅炉的密封
　　炼钢转炉余热锅炉的密封也是一个不容忽视的问题。当在烟道下部的炉膛正压部分的密封不好会引起煤气泄漏，而且,在烟道上部的炉膛负压部分的密封不好会使空气漏入炉膛,不仅影响煤气质量,而且严重时可能发生爆炸。因此炼钢转炉余热锅炉的密封问题也有待于在将来的设计中进一步改善。
5　结束语
　　本次设备的改进和研究是在借鉴国内外转炉余热锅炉的设计思想，结合各地情况，因地改进，在设备的结构设计和工艺技术水平上采用了很多新设计理念，和技术，延长了转炉余热锅炉的使用时间，也保证了其稳定，安全，可靠的运行。
参考文献：
[1]陈怀斌.余热利用与余热锅炉[J]应用能源技术.1997
[2]李谷珠.氧气顶吹转炉旋转氧枪炼钢工艺试验[J]. 1997
[3]王雅贞.氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备[M].北京冶金工业出版社.2001