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[摘 要]介绍转炉汽化冷却烟道常见问题及解决方法
[关键词]汽化冷却烟道；问题；解决方法
中图分类号：TF748.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0012-01
1 前言
由转炉炉口逸出的烟气温度约为1450℃，转炉汽化冷却装置出口温度要求约为800～1000℃。设置转炉汽化冷却装置的目的是收集转炉冶炼过程中的高温烟气并将其冷却下来，以便满足下一步除尘及煤气回收的要求，保证转炉炼钢的安全生产；同时可生产蒸汽回收大量热能供工厂的生产和生活使用，可有效的降低转炉炼钢的生产成本。汽化冷却实际上是把烟道作为余热蒸汽锅炉，它吸收烟气热量使其降温；同时锅炉产生蒸汽，蒸汽进入蓄热器后分配给用户使用。
汽化冷却烟道可分为全汽化冷却和部分汽化冷却两种。而汽化本身从循环方式上又可分为强制循环、自然循环及强制循环加自然循环的复合循环三种类型。
自然循环的工作原理是靠上升管与下降管中介质的比重差与汽包的有效高度使管内受热介质流动，所以只有当转炉吹氧时，管中介质从烟气中吸收了热量才能产生介质的循环流动。
强制循环的动力来源于循环泵，由泵产生的压力强迫介质沿整个烟道管中流动。在泵推动下，无论转炉吹氧与否，烟温高低，介质总保持流动状态，受热的烟道管在任何情况下都能得到充分冷却。
山东某厂转炉炼钢项目烟道式余热锅炉系统采用的是自然循环加强制循环的组合类型。系统分为：软水除氧系统、给水系统、低压热水强制循环系统、自然循环汽化冷却系统、蒸汽系统、锅炉排污、取样、加药系统等组成。其中汽化冷却烟道由活动烟罩、炉口固定段烟道、中间I段烟道（非金属补偿器）、中间II段烟道、末段烟道五部分组成。
汽化冷却系统图见图1。
2 存在问题及解决对策
2.1 活动烟罩及炉口固定段漏水
结合以往设计及现场经验，活动烟罩和炉口固定段烟道作为辐射受热面，吸热量很大，加之炼钢工艺操作的周期性，吹氧时，热负荷急剧变大，烟道内壁壁温突增；停吹氧，热负荷又变小，烟道内壁壁温下降。如此受到交变应力的影响，在冷却管道上会出现横向裂纹，之后产生破裂，最终漏水。又因转炉冶炼过程中，铁水喷溅到活动烟罩水冷壁管道上，活动烟罩受热管道局部过热也会造成损坏。
由此可见，炼钢工艺恶劣的工作环境大大缩短了汽化冷却烟道的使用寿命，为此采用在全活动烟罩和部分炉口固定段喷涂耐高温合金材料。热喷涂采用电弧、等离子弧、燃气一氧气等形式的热源，将被喷涂的涂层材料熔化或半熔化，并在气流的作用下使之雾化成微细熔滴或高温颗粒，以很高的飞行速度喷射到经过处理的基体表面，形成具有某种功能的涂层。依据所选材料及喷涂方法的差异，所得涂层具有耐磨损、抗氧化、电导与电阻、抗大气和浸渍腐蚀、耐化学腐蚀、隔热耐高温、恢复尺寸、机件间隙控制等功能。本工程使用此耐高温喷涂，增加了烟道内壁管道的耐热性，同时减少了烟道内壁粘渣的现象，减少了由于烟道漏水所造成的设备事故，降低了职工高空作业的不安全因素，大幅度提高了转炉设备的利用率。
2.2 结垢
锅炉受热管道结垢的原因有：①水质硬度高，特别是很高的永久硬度，在锅炉的金属表面结上一层坚硬的水垢。水垢越积越厚，管道内截面减小，引起管道堵塞。当水垢积聚到一定程度，会从金属表面脱落，形成漂浮在水中的水垢，其更容易使小管径管道堵塞，堵塞后缺水，过烧，最终爆管。②软化水没有经过除氧器除氧，直接进入锅炉，炉水受热后氧气从水中逸出，腐蚀金属。③因为各地水中的含盐量多少的不用，导致进入锅炉的给水含有很高的盐，其电导率增大，电化学腐蚀增大，管道就会腐蚀烂穿。
其结垢不仅影响汽化冷却烟道的寿命，而且结垢严重时转炉汽化冷却系统将被迫停工检修，清理水垢增加了转炉的检修时间和检修费用，当转炉不允许停炉时，工人需冒高温焊接，不仅增加了工人的劳动强度，还增加了不安全因素。
结合以上情况，在设计中对原水进行软化；设置除氧器；当含盐量高时，对原水除盐。最大程度在源头上对给水进行净化处理，使炉水水质得到改善，避免汽化冷却烟道因水质不达标导致的锅炉管道结垢，堵塞管道，使管道缺水，干烧爆管的情况发生。
2.3 末段烟道积灰、漏水
末段烟道在生产中经常发生爆管漏水事件，根据维护常识可知，其漏点均为垂直于受热管的横向裂纹，其是受熱管道冷却效果不佳后出现热疲劳所致。因此可判断漏点长期处于冷却不足的状态下。
从介质流向上分析，汽化冷却烟道其他分段烟道循环水方向与烟气流经方向相同，均为低进高出；而某段烟道的结构特点，循环水的流向与烟气的流向正好相反，即低进高出。因此当循环水进入末段烟道后被高温烟气加热形成汽水混合物，之后随烟温上升，循环水不断产生大量蒸汽。当循环水到达末段烟道平直顶端时，重力作用形成汽水分层，水在水冷管道底部，蒸汽在管道上部。这样导致平直段管道缺水出现冷却不足，导致频繁漏水现象。
从汽水比重上看，对于末段是自然循环方式的烟道来说，增大末段烟道上联箱与除尘系统接口的高度差，以及增大锅筒与除尘系统接口的高度差，这两点都是加大汽水比重，增大自然循环压头的有效方法。当工艺提供的条件不满足要求时，可改末段烟道自然循环为强制循环，以增加循环泵的方式确保冷却管道内循环水量充足。
在深入剖析了末段烟道漏水原因的基础上提出了解决方案：①通过改造烟道结构设计，尽量减少圆弧过渡方式，缩短平直段，避免烟道汽水分层；②条件允许时增大末段烟道上联箱与除尘系统接口高差的方式最终解决末段烟道漏水的问题。
3 结论
本文分析了转炉汽化冷却烟道在实际生产中出现的常见问题，提出了在今后设计中可以借鉴的方法，对降低汽化冷却烟道故障时间，保障炼钢生产顺利运行，创造了更高的经济效益。
[关键词]汽化冷却烟道；问题；解决方法
中图分类号：TF748.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0012-01
1 前言
由转炉炉口逸出的烟气温度约为1450℃，转炉汽化冷却装置出口温度要求约为800～1000℃。设置转炉汽化冷却装置的目的是收集转炉冶炼过程中的高温烟气并将其冷却下来，以便满足下一步除尘及煤气回收的要求，保证转炉炼钢的安全生产；同时可生产蒸汽回收大量热能供工厂的生产和生活使用，可有效的降低转炉炼钢的生产成本。汽化冷却实际上是把烟道作为余热蒸汽锅炉，它吸收烟气热量使其降温；同时锅炉产生蒸汽，蒸汽进入蓄热器后分配给用户使用。
汽化冷却烟道可分为全汽化冷却和部分汽化冷却两种。而汽化本身从循环方式上又可分为强制循环、自然循环及强制循环加自然循环的复合循环三种类型。
自然循环的工作原理是靠上升管与下降管中介质的比重差与汽包的有效高度使管内受热介质流动，所以只有当转炉吹氧时，管中介质从烟气中吸收了热量才能产生介质的循环流动。
强制循环的动力来源于循环泵，由泵产生的压力强迫介质沿整个烟道管中流动。在泵推动下，无论转炉吹氧与否，烟温高低，介质总保持流动状态，受热的烟道管在任何情况下都能得到充分冷却。
山东某厂转炉炼钢项目烟道式余热锅炉系统采用的是自然循环加强制循环的组合类型。系统分为：软水除氧系统、给水系统、低压热水强制循环系统、自然循环汽化冷却系统、蒸汽系统、锅炉排污、取样、加药系统等组成。其中汽化冷却烟道由活动烟罩、炉口固定段烟道、中间I段烟道（非金属补偿器）、中间II段烟道、末段烟道五部分组成。
汽化冷却系统图见图1。
2 存在问题及解决对策
2.1 活动烟罩及炉口固定段漏水
结合以往设计及现场经验，活动烟罩和炉口固定段烟道作为辐射受热面，吸热量很大，加之炼钢工艺操作的周期性，吹氧时，热负荷急剧变大，烟道内壁壁温突增；停吹氧，热负荷又变小，烟道内壁壁温下降。如此受到交变应力的影响，在冷却管道上会出现横向裂纹，之后产生破裂，最终漏水。又因转炉冶炼过程中，铁水喷溅到活动烟罩水冷壁管道上，活动烟罩受热管道局部过热也会造成损坏。
由此可见，炼钢工艺恶劣的工作环境大大缩短了汽化冷却烟道的使用寿命，为此采用在全活动烟罩和部分炉口固定段喷涂耐高温合金材料。热喷涂采用电弧、等离子弧、燃气一氧气等形式的热源，将被喷涂的涂层材料熔化或半熔化，并在气流的作用下使之雾化成微细熔滴或高温颗粒，以很高的飞行速度喷射到经过处理的基体表面，形成具有某种功能的涂层。依据所选材料及喷涂方法的差异，所得涂层具有耐磨损、抗氧化、电导与电阻、抗大气和浸渍腐蚀、耐化学腐蚀、隔热耐高温、恢复尺寸、机件间隙控制等功能。本工程使用此耐高温喷涂，增加了烟道内壁管道的耐热性，同时减少了烟道内壁粘渣的现象，减少了由于烟道漏水所造成的设备事故，降低了职工高空作业的不安全因素，大幅度提高了转炉设备的利用率。
2.2 结垢
锅炉受热管道结垢的原因有：①水质硬度高，特别是很高的永久硬度，在锅炉的金属表面结上一层坚硬的水垢。水垢越积越厚，管道内截面减小，引起管道堵塞。当水垢积聚到一定程度，会从金属表面脱落，形成漂浮在水中的水垢，其更容易使小管径管道堵塞，堵塞后缺水，过烧，最终爆管。②软化水没有经过除氧器除氧，直接进入锅炉，炉水受热后氧气从水中逸出，腐蚀金属。③因为各地水中的含盐量多少的不用，导致进入锅炉的给水含有很高的盐，其电导率增大，电化学腐蚀增大，管道就会腐蚀烂穿。
其结垢不仅影响汽化冷却烟道的寿命，而且结垢严重时转炉汽化冷却系统将被迫停工检修，清理水垢增加了转炉的检修时间和检修费用，当转炉不允许停炉时，工人需冒高温焊接，不仅增加了工人的劳动强度，还增加了不安全因素。
结合以上情况，在设计中对原水进行软化；设置除氧器；当含盐量高时，对原水除盐。最大程度在源头上对给水进行净化处理，使炉水水质得到改善，避免汽化冷却烟道因水质不达标导致的锅炉管道结垢，堵塞管道，使管道缺水，干烧爆管的情况发生。
2.3 末段烟道积灰、漏水
末段烟道在生产中经常发生爆管漏水事件，根据维护常识可知，其漏点均为垂直于受热管的横向裂纹，其是受熱管道冷却效果不佳后出现热疲劳所致。因此可判断漏点长期处于冷却不足的状态下。
从介质流向上分析，汽化冷却烟道其他分段烟道循环水方向与烟气流经方向相同，均为低进高出；而某段烟道的结构特点，循环水的流向与烟气的流向正好相反，即低进高出。因此当循环水进入末段烟道后被高温烟气加热形成汽水混合物，之后随烟温上升，循环水不断产生大量蒸汽。当循环水到达末段烟道平直顶端时，重力作用形成汽水分层，水在水冷管道底部，蒸汽在管道上部。这样导致平直段管道缺水出现冷却不足，导致频繁漏水现象。
从汽水比重上看，对于末段是自然循环方式的烟道来说，增大末段烟道上联箱与除尘系统接口的高度差，以及增大锅筒与除尘系统接口的高度差，这两点都是加大汽水比重，增大自然循环压头的有效方法。当工艺提供的条件不满足要求时，可改末段烟道自然循环为强制循环，以增加循环泵的方式确保冷却管道内循环水量充足。
在深入剖析了末段烟道漏水原因的基础上提出了解决方案：①通过改造烟道结构设计，尽量减少圆弧过渡方式，缩短平直段，避免烟道汽水分层；②条件允许时增大末段烟道上联箱与除尘系统接口高差的方式最终解决末段烟道漏水的问题。
3 结论
本文分析了转炉汽化冷却烟道在实际生产中出现的常见问题，提出了在今后设计中可以借鉴的方法，对降低汽化冷却烟道故障时间，保障炼钢生产顺利运行，创造了更高的经济效益。