冶煉廠汽化冷卻煙道出現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生產有著直接影響?；诖?，文章對冶煉廠汽化冷卻煙道出現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者提供有利的參考依據。

1 汽化冷卻煙道優勢簡析

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約作用；比起工業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；比起工業水開式冷，汽化冷卻節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?，F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，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內在的動力來源，當然，氣冷煙道中也涵蓋了強制水循環部分，爐121的移動段是強制水循環部分主要集中區域。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揮其作用，延長氣冷煙道的使用年限。在水循環的過程中，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堵塞，導致一些管道受熱過大，進而出現爆裂。

4.3 其他原因

（1）對于系統中的安裝施工垃圾，煮爐過程未將其排出，對于個別排管節流件的節流孔，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 預防漏水現象措施闡述

5.1 完善排污機制

依據氣冷煙道的使用現狀，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，一旦發現水垢厚度＞所規定厚度時，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漏水現象的關鍵方式。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 確保氣冷系統內部壓力平穩

為確保氣冷系統內部壓力平穩，必須依據設備的具體使用情況，對PID 參數進行合理、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閥，使氣冷煙道可以在平穩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象，對其正常運行造成影響。

5.5 優化氣泡設備

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。蒸汽在汽包內被分離，蒸汽被輸送到管網，水被循環利用。一種是在回路的下降管上安裝一臺泵進行強制循環；另一種是在高處安裝汽包進行自然循環。冶金企業加熱爐爐底管通常情況下采用氣冷，實踐證明，氣冷的節能節水效果非常顯著，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

此系統是采用氣冷煙道代替原水冷煙道，從而實現余熱回收利用，節水省電之目的?，F階段，轉爐冶金煙氣除塵系統經常使用OG 法，轉爐冶金煙氣除塵系統主要由汽包供水、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具有多重作用，例如清除轉爐煙汽中粉塵、吸收蒸汽節約能源等。

7 結語

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