趙英春

(煙臺(tái)國(guó)冶冶金水冷設(shè)備有限公司,山東 煙臺(tái) 265500)

轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐,即汽化冷卻型煙道式余熱鍋爐[1-3],是我國(guó)長(zhǎng)流程煉鋼環(huán)節(jié)中進(jìn)行煉鋼余熱回收的主要裝置。其不僅用來(lái)輸送含塵的高溫?zé)煔?同時(shí)位于轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)流程中,承上啟下,其使用情況的好壞,決定了煉鋼轉(zhuǎn)爐能否正常生產(chǎn),在煉鋼廠中占有主導(dǎo)地位。當(dāng)轉(zhuǎn)爐吹氧煉鋼時(shí),含CO的約1 450 ℃的大量高溫?zé)煔?快速通過(guò)汽化冷卻煙道并進(jìn)行冷卻,導(dǎo)致煙道內(nèi)的熱負(fù)荷急劇增加,受熱管壁溫、循環(huán)水溫度隨之升高;當(dāng)吹煉終止時(shí),煙道熱負(fù)荷快速降低,裙罩入口煙溫降至約120 ℃左右,受熱管壁溫、冷卻水溫度隨之下降。一般每爐鋼的煉制時(shí)長(zhǎng)約36 min,在正常生產(chǎn)的情況下,該溫度將持續(xù)周期性的變化。現(xiàn)場(chǎng)工況如此惡劣,必會(huì)影響轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的使用壽命[4]。

裙罩作為鍋爐系統(tǒng)的煙氣入口,布置在轉(zhuǎn)爐爐口正上方,由液壓升降機(jī)構(gòu)吊掛在固定框架上,在生產(chǎn)過(guò)程中,需要隨煉鋼周期頻繁升降約800 mm,以便捕集從轉(zhuǎn)爐爐口溢出的煙塵,同時(shí)防止空氣混入余熱鍋爐系統(tǒng)內(nèi)。因此也被稱為活動(dòng)煙罩。其使用壽命短主要體現(xiàn)在過(guò)早地出現(xiàn)裂紋漏水甚至是爆管,擾亂正常的生產(chǎn)節(jié)奏,也容易引發(fā)次生事故。研究探討影響轉(zhuǎn)爐裙罩使用壽命的各種因素[5-9],延長(zhǎng)裙罩的使用壽命具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 技改前裙罩的情況

某煉鋼廠現(xiàn)有300 t轉(zhuǎn)爐三座,原裙罩為20世紀(jì)80年代日本OG煤氣回收技術(shù)裝備,曾于2011年配合OG回收系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)技術(shù)升級(jí)改造,主要由下集箱、水冷壁、上集箱、水封槽系統(tǒng)、配水集箱、配水管、吊耳裝置等組成。下集箱的中徑是6 020 mm,上集箱的中徑是5 325 mm,高度為1 720 mm,水冷壁由272根直徑48 mm的鋼管豎排在上下集箱之間組成(見(jiàn)圖1),最窄處距離下部煙罩外壁的間距為62 mm。裙罩上部設(shè)有水封槽,采用了水封插板配合水封槽的密封樣式來(lái)保證其與下部煙罩的密封,阻止煤氣外泄。其使用工況十分惡劣還體現(xiàn)在如下方面:

圖1 原裙罩

(1) 安裝位置離爐口近,轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)爐內(nèi)溫度最高達(dá)1 450 ℃,裙罩內(nèi)表面被高溫火焰和含塵煙氣直接沖刷,造成受熱面溫度過(guò)高,沖刷磨損嚴(yán)重;

(2) 受冶煉爐料影響,高溫?zé)煔庵锌赡芎蠸O2等酸性腐蝕性物質(zhì)和水蒸氣等,使裙罩受到酸性氣體的高溫腐蝕和水蒸氣的氧化;

(3)為了保護(hù)爐體,轉(zhuǎn)爐在煉鋼過(guò)程中會(huì)生成大量的泡沫渣,泡沫渣在高壓氧的吹射下會(huì)四處噴濺,易在裙罩內(nèi)表面堆積附著。

這種裙罩不能較好滿足轉(zhuǎn)爐吹煉的高溫、噴濺大的惡劣工況,導(dǎo)致故障易發(fā)、壽命短,為了滿足激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),提高裙罩使用壽命顯得至關(guān)重要。

2 影響裙罩使用壽命的因素

2.1 設(shè)計(jì)方面的影響

2.1.1 受熱管布置方式的影響

在正常生產(chǎn)及足夠冷卻水的條件下,設(shè)計(jì)方面的影響主要與設(shè)備結(jié)構(gòu)相關(guān)。

原裙罩水路安排是分組下降,再分組上升,如圖2所示,即整個(gè)水冷工藝流程是循環(huán)水由配水集箱的進(jìn)水管流入配水集箱,再經(jīng)配水管,流進(jìn)下集箱,再由下集箱進(jìn)一步分組分配給各水冷管,然后流到上集箱,由出水管引出。如此循環(huán)往復(fù),使裙罩得到冷卻。這樣的循環(huán)方式,每組管組里的單支受熱管,易存在受熱強(qiáng)度偏差,有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

圖2 原裙罩水路及布管示意

2.1.2 密封方式的影響

原裙罩為了靈活升降,與下部煙罩之間單邊間距62 mm,通過(guò)水封槽密封,因裙罩所處的環(huán)境惡劣,溫度高、粉末粉塵量大。當(dāng)粉塵飛濺到水槽中后,易被水吸附,隨之粘連結(jié)塊落入水封槽底,當(dāng)沉淀物在槽內(nèi)堆積到一定高度后,即可造成下部煙罩上的水封插板行程不夠,導(dǎo)致裙罩出現(xiàn)提升不到位或卡死,在過(guò)載的情況下,使設(shè)備過(guò)早出現(xiàn)損傷。

傳統(tǒng)的煙罩密封方式,還有砂封形式(見(jiàn)圖3),砂封主要缺點(diǎn)是密封不夠嚴(yán)密、易跑煙冒火,密封砂子易被吹走,但砂封一般不存在密封槽中堆積灰渣的問(wèn)題。

圖3 砂封及砂封泄露示意

為了解決水封及砂封存在的問(wèn)題,興起一種干式密封技術(shù),即所謂的“氣封”技術(shù)[10]。一般通過(guò)加裝密封裝置(見(jiàn)圖4),利用氮?dú)饽换蛘羝粊?lái)進(jìn)行密封。在裙罩上部加裝氮封裝置較常見(jiàn),利用圓周分布的大量噴嘴噴出氣幕,達(dá)到了密封效果。

圖4 氣封設(shè)備示意

干式氣封技術(shù),解決了水封、砂封存在的問(wèn)題,存在的缺點(diǎn)主要是工作中噪聲較大,消耗了一定量的氮?dú)饣蛘羝Y源,而且氣封噴嘴因處于高溫環(huán)境中,上線幾個(gè)月后,易被燒損,局部會(huì)喪失了密封功能。

2.2 制造過(guò)程的影響

設(shè)備制造過(guò)程中主要應(yīng)注意對(duì)設(shè)備內(nèi)部清潔度的監(jiān)控。受熱管機(jī)械坡口后應(yīng)一管一清,不要后期統(tǒng)一清理鐵屑,預(yù)防鐵屑意外進(jìn)入管道內(nèi)部,受熱管在組裝前要對(duì)所有管路進(jìn)行高壓空氣徹底吹掃,確保殘?jiān)祪艉笸Ｖ埂．a(chǎn)品制造過(guò)程中,對(duì)暴露的開(kāi)孔采取封閉措施,防止異物進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部,導(dǎo)致循環(huán)水路堵塞。

為保證裙罩與下部煙罩之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),組焊后裙罩及下部煙罩的圓度均應(yīng)控制在橢圓度0～5mm,同軸度0～2mm。

2.3 安裝方面的影響

裙罩安裝不正,升降時(shí),會(huì)和下部煙罩發(fā)生剮蹭,加大了裙罩內(nèi)壁的磨損。

2.4 運(yùn)行維護(hù)的影響

轉(zhuǎn)爐裙罩的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行是保證轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)計(jì)劃順利完成的重要因素之一,在鋼廠冶煉過(guò)程中,意外漏水,導(dǎo)致出現(xiàn)熱停爐的情況頻發(fā),影響了鋼廠的生產(chǎn)效率。

2.4.1 水質(zhì)影響

當(dāng)裙罩循環(huán)水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)時(shí),設(shè)備內(nèi)部容易結(jié)垢,導(dǎo)致設(shè)備傳熱效率下降。日積月累之下,冷卻不好的部位在熱應(yīng)力等交變載荷作用下漏水。

2.4.2 清渣造成的機(jī)械撞擊

當(dāng)轉(zhuǎn)爐煙道停機(jī)維修時(shí),從安全方面考慮,需對(duì)裙罩內(nèi)壁黏渣進(jìn)行清理。若清理不當(dāng),可能對(duì)裙罩造成損傷。

3 改進(jìn)型裙罩結(jié)構(gòu)

3.1 基本設(shè)計(jì)參數(shù)

改進(jìn)型裙罩為橫向水冷壁管?chē)蓤A臺(tái)型結(jié)構(gòu),由進(jìn)出口集箱連接(見(jiàn)圖5),也設(shè)有吊點(diǎn)機(jī)構(gòu)。具體參數(shù)如下:

圖5 技改后裙罩

結(jié)構(gòu)形式:水平排列水冷壁管,機(jī)械密封;

設(shè)計(jì)壓力:1.2 MPa;

設(shè)計(jì)溫度:200 ℃;

工作壓力:0.9 MPa;

水冷壁管規(guī)格:Φ48 mm×5 mm

水冷壁管材質(zhì): 20G (GB/T5310—2017);

水冷壁直徑:5 405 mm/5 080mm;

裙罩高度:1 620 mm;

裙罩行程:800 mm;

冷卻方式:低壓強(qiáng)制循環(huán)水冷。

3.2 設(shè)計(jì)改造特點(diǎn)

裙罩冷卻水路改造是把冷卻水路設(shè)計(jì)成27支環(huán)管水路,相當(dāng)于27條支路水平并聯(lián)于進(jìn)出水集箱之間,這樣同一時(shí)間的裙罩冷卻強(qiáng)度得到加強(qiáng)。利用節(jié)流技術(shù),保證每條冷卻水循環(huán)管路路徑基本相等,阻力大致相同,使得裙罩整體冷卻均勻,避免因受熱偏差而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。

此次改造后用機(jī)械密封來(lái)代替水封,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,密封可靠(見(jiàn)圖6、圖7),節(jié)約密封用水量約50 t/h,不僅降低了能源的損耗,也降低了檢修作業(yè)難度。

圖6 機(jī)械密封示意圖

圖7 新裙罩安裝圖

因密封方式的更改,原水封槽取消,整個(gè)裙罩的荷載由改造前的25 t降低了約10 t,有利于液壓提升系統(tǒng)的壽命提升。而且整個(gè)吊架系統(tǒng)采用有利于熱膨脹釋放的結(jié)構(gòu),有利于提高裙罩壽命。

4 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)使用情況反饋和跟蹤觀察,對(duì)裙罩的技改,取得了較令人滿意的效果。設(shè)備提升不到位等情況被杜絕,節(jié)約了資源,提高了裙罩設(shè)備服役周期,有力保障了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的順利進(jìn)行,為實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的效益提升創(chuàng)造了有利條件。