楊 柳

（中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

在冶煉轉(zhuǎn)爐凈化系統(tǒng)中，汽化冷卻煙道是其非常關(guān)鍵的設(shè)備，也是轉(zhuǎn)爐冶煉中極易產(chǎn)生故障的設(shè)備，汽化冷卻煙道是否正常對(duì)轉(zhuǎn)爐連續(xù)生產(chǎn)有著直接影響。基于此，文章對(duì)冶煉廠汽化冷卻煙道出現(xiàn)故障的原因及解決措施進(jìn)行詳細(xì)分析，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)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(shì)簡(jiǎn)析

使用汽化冷卻，不僅能夠產(chǎn)生蒸汽對(duì)大量的熱能進(jìn)行回收，為冶煉廠的生產(chǎn)和生活服務(wù)，還能達(dá)到冷卻煙氣的目的。這也是落實(shí)“三廢處理與綜合利用”政策措施的一部分。使用汽化冷卻對(duì)冶金成本具有很大的節(jié)約作用；比起工業(yè)水開(kāi)式冷設(shè)備的壽命，汽化冷卻設(shè)備的使用壽命要長(zhǎng)很多，維護(hù)工作量少，對(duì)車(chē)間的冶金生產(chǎn)能力具有提升的作用；比起工業(yè)水開(kāi)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(bào)快。汽化冷卻煙道是現(xiàn)階段我國(guó)大部分冶煉廠主要采用的方式。

2 汽化冷卻煙道的構(gòu)成分析

冷卻煙氣及產(chǎn)生蒸汽的構(gòu)件，同時(shí)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(gè)部分構(gòu)成。

2.1 爐口段煙道

對(duì)爐口段煙道進(jìn)行單獨(dú)設(shè)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(jié)構(gòu)中，設(shè)備集中開(kāi)孔，水冷壁受熱面表面熱流密度達(dá)到最大，尚有磨損及碰撞，相對(duì)較薄弱。為開(kāi)孔方便，使用密排管式或管子隔板式結(jié)構(gòu)，因?yàn)榕c隔板式結(jié)構(gòu)冷卻效果相比，密排管式結(jié)構(gòu)冷卻效果較好，所以現(xiàn)階段使用率較高的是密排管式結(jié)構(gòu)。

2.2 活動(dòng)煙罩

一般情況下，活動(dòng)煙罩為管子隔板式結(jié)構(gòu)，但也有厽管式。由于活動(dòng)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(dòng)接頭管來(lái)連接管路。它與爐口間往往使用水封連接，以便實(shí)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(jié)構(gòu)，現(xiàn)如今，隔板式結(jié)構(gòu)應(yīng)用較廣泛，因?yàn)榕c密排管式結(jié)構(gòu)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(xiàn)如今最多的為水冷。使用者的使用效果顯著。此水套結(jié)構(gòu)形式有雙層管排管式結(jié)構(gòu)、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(shè)置，對(duì)輻射型汽化器重點(diǎn)是為了連接除塵設(shè)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(jié)構(gòu)形式相似，加料口冷卻裝置的熱負(fù)荷較小，存在一個(gè)物料磨損問(wèn)題。因?yàn)楦鼡Q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(zhǎng)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(lèi)似，氣冷煙道的工作原理也能夠?qū)饫錈煹揽闯墒怯酂徨仩t，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(shí)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(shí)間頻率以2340 秒為一個(gè)周期，期間還涵蓋大約840 秒的吹煉時(shí)間，而熱交換僅僅存在于此過(guò)程中，不存在于其他冶煉過(guò)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(guò)程中，不同階段受到的熱負(fù)荷變化相對(duì)較大，導(dǎo)致氣冷煙道在溫差較大的干擾下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常容易遭到損壞，導(dǎo)致氣冷煙道使用年限逐漸縮短，與此同時(shí)，在維護(hù)資金投入上，煙道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)維護(hù)資金投入力度要大于鍋爐。

對(duì)氣冷煙道中的水流而言，下降管與上升管對(duì)其具有很大的阻礙作用，這是因?yàn)闅饫錈煹纼?nèi)部存著在巨大的壓力所導(dǎo)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(nèi)在的動(dòng)力來(lái)源，當(dāng)然，氣冷煙道中也涵蓋了強(qiáng)制水循環(huán)部分，爐121的移動(dòng)段是強(qiáng)制水循環(huán)部分主要集中區(qū)域。假設(shè)氣冷煙道內(nèi)部存在高壓，則會(huì)逐漸減弱水流上升時(shí)的阻力，同時(shí)也會(huì)減小蒸汽的體積，大部分的冷卻水就會(huì)發(fā)揮其作用，延長(zhǎng)氣冷煙道的使用年限。在水循環(huán)的過(guò)程中，氣泡可以分離水汽，同時(shí)還能為氣冷煙道提供水源，水汽分離過(guò)程受多方因素共同作用，蒸汽的負(fù)荷，水汽分離的最終效果主要的影響因素在于氣冷煙道內(nèi)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?yàn)椋?300 攝氏度高溫?zé)煔夂婵惧仩t管內(nèi)壁，沿管內(nèi)壁會(huì)習(xí)慣性形成氣泡，靠水的流速將氣泡帶走，假設(shè)水循環(huán)堵塞或上升管阻力大，則水流無(wú)法將氣泡順利帶走，氣泡變大上浮，同時(shí)會(huì)附著管壁產(chǎn)生干燒，氣泡上升后，填充上的水對(duì)氣泡又是一個(gè)激冷，所以引起熱負(fù)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(shè)煙道內(nèi)負(fù)壓較大，導(dǎo)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(chǎn)生巨大燃燒，嚴(yán)重時(shí)局部可能出現(xiàn)爆炸，會(huì)突然增大煙道內(nèi)局部熱負(fù)荷，甚至＞管道所能承受的最大熱負(fù)荷，此外上部管道冷卻水循環(huán)堵塞，導(dǎo)致一些管道受熱過(guò)大，進(jìn)而出現(xiàn)爆裂。

4.3 其他原因

（1）對(duì)于系統(tǒng)中的安裝施工垃圾，煮爐過(guò)程未將其排出，對(duì)于個(gè)別排管節(jié)流件的節(jié)流孔，未被排出的施工垃圾可能對(duì)其造成堵塞，導(dǎo)致個(gè)別排管缺水過(guò)燒（由于個(gè)別排管缺水，管壁溫度上升，機(jī)械強(qiáng)度減弱，管子承壓引起的應(yīng)力＞材料屈服極限，導(dǎo)致管子變形，鼓包，直到破裂。裂口為縱向破裂）。

（2）冶煉過(guò)程中，噴濺較大，金屬?gòu)U渣噴濺到移動(dòng)段煙道受熱面上，構(gòu)成大范圍結(jié)渣，結(jié)渣區(qū)傳熱效果差，容易導(dǎo)致局部過(guò)熱損壞；在清渣期間或結(jié)渣自然脫落期間，容易損傷受熱面機(jī)械。

5 預(yù)防漏水現(xiàn)象措施闡述

5.1 完善排污機(jī)制

依據(jù)氣冷煙道的使用現(xiàn)狀，可以看出，煙道使用強(qiáng)度相對(duì)較大，所以，須堅(jiān)持每天沖洗煙道，并對(duì)煙道實(shí)施排污處理，以此來(lái)確保氣冷煙道內(nèi)部清潔，這是預(yù)防氣冷煙道產(chǎn)生堵塞的有效途徑之一，同時(shí)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(zhǔn)

首先，要嚴(yán)格檢驗(yàn)氣冷煙道中水循環(huán)期間的水體質(zhì)量，提升水體質(zhì)量的評(píng)判指標(biāo)，對(duì)取樣化驗(yàn)的管理機(jī)制進(jìn)行定期制定，實(shí)時(shí)監(jiān)控水體質(zhì)量，除此之外，還要對(duì)氣冷煙道內(nèi)壁水垢情況進(jìn)行定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)水垢厚度＞所規(guī)定厚度時(shí)，要在第一時(shí)間進(jìn)行煮爐，對(duì)內(nèi)壁污垢進(jìn)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(fù)壓是防止煙道出現(xiàn)漏水現(xiàn)象的關(guān)鍵方式。當(dāng)轉(zhuǎn)爐處于吹煉階段時(shí)，轉(zhuǎn)爐人口處的壓力應(yīng)＞-18 千帕，與此同時(shí)，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不得＞1300 轉(zhuǎn)/分。當(dāng)轉(zhuǎn)爐處于非吹煉階段時(shí)，轉(zhuǎn)爐入口壓力要＞-5 千帕，如此一來(lái)，就可以對(duì)爐口壓力進(jìn)行有效控制，以防產(chǎn)生爆炸。

5.4 確保氣冷系統(tǒng)內(nèi)部壓力平穩(wěn)

為確保氣冷系統(tǒng)內(nèi)部壓力平穩(wěn)，必須依據(jù)設(shè)備的具體使用情況，對(duì)PID 參數(shù)進(jìn)行合理、科學(xué)地設(shè)定，水箱加熱用蒸汽，氣泡出口蒸汽及蓄熱器出口蒸汽的調(diào)節(jié)閥，使氣冷煙道可以在平穩(wěn)壓力條件下實(shí)施工作，禁止煙道內(nèi)部由于壓力變化過(guò)大而產(chǎn)生使用疲勞的現(xiàn)象，對(duì)其正常運(yùn)行造成影響。

5.5 優(yōu)化氣泡設(shè)備

改進(jìn)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(lái)的）對(duì)汽水分離板的沖擊力相對(duì)較大，通常會(huì)導(dǎo)致其脫落，脫落后的汽水分離板插入下降管接El 處格柵內(nèi)，容易導(dǎo)致下降管關(guān)口堵塞。把汽水分離板改為撞擊擋板及撞擊孔板結(jié)合形式，撞擊孔板是由帶孔的金屬板焊接而成的，對(duì)汽水分離面積具有增大作用，同時(shí)因?yàn)榇罅靠椎姆植?，?duì)上升管對(duì)分離板的沖擊力起到緩沖作用，緩沖率可達(dá)30%左右，撞擊擋板對(duì)汽水能夠進(jìn)行進(jìn)一步分離。汽包下降管接口處隔柵原為平板結(jié)構(gòu)，在分離板脫落時(shí)極易導(dǎo)致堵塞，現(xiàn)改為防護(hù)罩形式，進(jìn)而對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行徹底解決。

6 具體運(yùn)用描述

6.1 冶金加熱爐中的具體運(yùn)用

水從下降管流出，分別進(jìn)入活動(dòng)梁和固定梁，形成冷卻回路。通過(guò)上升管，回到汽包循環(huán)。蒸汽在汽包內(nèi)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(tái)泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)；另一種是在高處安裝汽包進(jìn)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(shí)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(duì)金屬坯溫度均勻性具有巨大的提升效應(yīng)。

6.2 轉(zhuǎn)爐中的具體運(yùn)用

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

7 結(jié)語(yǔ)

氣冷煙道漏水是一種非常普遍的現(xiàn)象，唯有依據(jù)設(shè)備的具體使用情況，對(duì)現(xiàn)有的管理和檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，將煙道內(nèi)壓控制好，確保水質(zhì)，就能對(duì)泄漏現(xiàn)象進(jìn)行高效預(yù)防，對(duì)設(shè)備的總體工作效率進(jìn)行有效提升。