PS轉(zhuǎn)爐鍋爐故障診斷分析
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［摘要］某冶煉廠的5臺(tái)ps轉(zhuǎn)爐鍋爐經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，受熱管頻繁出現(xiàn)泄露，嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)爐的正常運(yùn)行。通過(guò)分析PS轉(zhuǎn)爐鍋爐的工藝條件、水質(zhì)管理及設(shè)備管理，找到受熱管泄露的原因，提出了恢復(fù)及優(yōu)化鍋爐關(guān)鍵部件的使用、完善水質(zhì)控制、加強(qiáng)操作管理等具體解決方案措施，為PS轉(zhuǎn)爐鍋爐的維護(hù)、應(yīng)急處理和專(zhuān)業(yè)管理提供參考。
［關(guān)鍵詞］PS轉(zhuǎn)爐鍋爐;受熱管泄露;水質(zhì)管理;設(shè)備管理;工藝控制
前言
某冶煉廠共有5臺(tái)PS轉(zhuǎn)爐鍋爐。該設(shè)備是一種余熱鍋爐，主要用于對(duì)PS轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的大量高溫?zé)煔膺M(jìn)行余熱回收。這種PS轉(zhuǎn)爐鍋爐在已使用多年，2019年運(yùn)行過(guò)程中受熱管泄露(后文簡(jiǎn)稱(chēng)“破管”)頻率較高。據(jù)前人研究，鍋爐管道在運(yùn)行過(guò)程中，受內(nèi)部介質(zhì)和周?chē)h(huán)境的影響，不可避免地出現(xiàn)各種影響管道性能和壽命的問(wèn)題［1］。經(jīng)大數(shù)據(jù)匯集分析發(fā)現(xiàn)，水冷壁內(nèi)壁的腐蝕產(chǎn)物主要是氧化鐵［2］，該腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生主要與鍋爐水質(zhì)有關(guān)，因此破管故障與工藝、水質(zhì)及設(shè)備管理密切相關(guān)。破管故障會(huì)對(duì)全年設(shè)備正常運(yùn)行造成較大影響。為保證生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)故障發(fā)生的主要原因進(jìn)行了多方面的綜合分析，對(duì)鍋爐的管理和維護(hù)提出了一些具體措施，針對(duì)性地解決了相關(guān)故障，保障了鍋爐的安全運(yùn)行。
1PS轉(zhuǎn)爐鍋爐簡(jiǎn)介
1.1基本設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)
PS轉(zhuǎn)爐鍋爐的基本設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.2轉(zhuǎn)爐鍋爐問(wèn)題
自2019年以來(lái)，轉(zhuǎn)爐鍋爐累計(jì)破管48次(截止2019年12月12日)，其中4#鍋爐與5#鍋爐尤為嚴(yán)重。目前4#鍋爐第一對(duì)流管束的36組已經(jīng)封堵了50%，5#鍋爐第一對(duì)流管束的36組已經(jīng)全部封堵，且對(duì)流室左右兩側(cè)的水冷壁也進(jìn)行了大面積換管。與之形成鮮明對(duì)比的是，2016—2018年平均破管次數(shù)僅為24次/年。依據(jù)管道材料的出廠合格證及化學(xué)成分分析報(bào)告，破裂的管道現(xiàn)場(chǎng)使用的材料與原設(shè)計(jì)相符，符合《鍋爐和壓力容器用鋼板》(GB713—2014)標(biāo)準(zhǔn)。
1.3轉(zhuǎn)爐鍋爐故障原因分析
破管故障的出現(xiàn)有多種原因，主要集中在工藝、水質(zhì)、設(shè)備管理三個(gè)方面，具體分析如下。
1.3.1工藝方面1)PS轉(zhuǎn)爐最大的特點(diǎn)是間歇性操作，導(dǎo)致經(jīng)常停爐開(kāi)爐，故吹煉時(shí)與非吹煉時(shí)的煙氣溫度相差較大(正常吹煉時(shí)，輻射室進(jìn)口煙氣溫度約500℃，非吹煉時(shí)即爐口轉(zhuǎn)出時(shí)，進(jìn)口煙氣溫度約200℃)，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行時(shí)熱負(fù)荷波動(dòng)較大、頻率高，鍋爐容易產(chǎn)生較大震動(dòng)，且熱源不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)件應(yīng)力變化大，對(duì)鍋爐管道不利。2)轉(zhuǎn)爐吹煉是一個(gè)周期往復(fù)過(guò)程，用風(fēng)量發(fā)生周期性變化，其中造渣期的用風(fēng)量很大，含大量銅焦塊、粉塵的煙氣易在這個(gè)時(shí)期發(fā)生噴濺。3)冷料冷銅的加料量偏大，造成鍋爐輻射室及鍋爐下灰斗出現(xiàn)大量焦塊與含銅雜質(zhì)。4)鍋爐處理的是高含塵煙氣，具有部分收塵功能，而鍋爐的振打設(shè)備由于轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣且酸性煙氣腐蝕性較大，維護(hù)保養(yǎng)難度高，部分振打設(shè)備長(zhǎng)期處于故障狀態(tài)，清焦效果難以保障，易造成水冷壁、管束結(jié)焦較多，影響煙氣降溫，輻射室、對(duì)流室局部也會(huì)形成厚厚的焦塊層;而煙氣流通管道的收窄會(huì)導(dǎo)致高含塵煙氣局部流速加快，管道內(nèi)壁受到的沖刷加大，受熱管的使用壽命縮短。5)爐膛出口壓力控制在正壓狀態(tài)或未達(dá)到－120KPa時(shí)，抽力不夠，造成煙氣大量堆積從而產(chǎn)生結(jié)焦。
1.3.2水質(zhì)管理方面1)鍋爐水質(zhì)管理不到位，取樣化驗(yàn)未嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行，導(dǎo)致水質(zhì)不受控制，各種指標(biāo)不能保證在要求范圍內(nèi)，PO3－4含量為5～15mg/L，pH值為9～11，鍋爐水質(zhì)不斷波動(dòng)。當(dāng)水質(zhì)較差時(shí)，易引起部分受熱管積垢，導(dǎo)致管道受熱不均勻，降低鍋爐熱效率，縮短鍋爐的使用壽命。2)鍋爐加藥系統(tǒng)因故障失效、排污操作不盡規(guī)范等原因?qū)е聽(tīng)t水含鹽量高且鹽分未及時(shí)排出，影響汽化效果，造成結(jié)垢。3)鍋爐除氧器長(zhǎng)期未投入使用，除氧頭內(nèi)部的噴淋頭、濾料腐蝕嚴(yán)重，補(bǔ)水熱力系統(tǒng)的除氧能力不足，導(dǎo)致鍋爐水中的溶解氧含量偏高，造成受熱管內(nèi)壁發(fā)生氧腐蝕［3］。
1.3.3設(shè)備管理方面1)清焦設(shè)備故障率較高。鍋爐采用的清焦設(shè)備為剛性振打錘。由于部分工作門(mén)旁溫度高造成金屬蠕變，且酸性煙氣腐蝕性較大，現(xiàn)場(chǎng)剛性錘、振打桿缺失，變形嚴(yán)重，沒(méi)有起到清灰作用。2)鍋爐格篩強(qiáng)度不夠，且間隙太小。大焦塊掉落時(shí)，無(wú)法落至刮板機(jī)，造成堆積，導(dǎo)致格篩變形，久而久之，格篩處出現(xiàn)習(xí)慣性堵塞，嚴(yán)重影響清灰效果。
2轉(zhuǎn)爐鍋爐故障解決思路及措施
2.1恢復(fù)關(guān)鍵部件的功能
解決轉(zhuǎn)爐鍋爐故障的主要措施是恢復(fù)及優(yōu)化鍋爐關(guān)鍵部件的使用，主要涉及4個(gè)設(shè)備:振打裝置、格篩、除氧器、加藥裝置。1)改造機(jī)械振打裝置。雖然轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔夂写罅糠蹓m，很容易在余熱鍋爐受熱面上積灰、結(jié)焦，但只要振打裝置正常運(yùn)行就可以解決這個(gè)問(wèn)題。因此，逐步采用彈性振打裝置代替剛性振打裝置。彈性振打裝置的振打頻率為3次/min，擊振力為30～450kN，振打力度加大。此外，安裝可燃?xì)怏w爆燃清灰設(shè)備(俗稱(chēng)乙炔炮)，與機(jī)械振打裝置搭配使用，清灰效果會(huì)更好。2)修復(fù)、改造5臺(tái)轉(zhuǎn)爐格篩。將格篩間隙尺寸由原來(lái)的300mm×300mm改為400mm×400mm，將原120#槽鋼改為160#槽鋼，加大筋板強(qiáng)度，保證小焦塊順利掉落，提高清灰效果。3)恢復(fù)除氧器的使用。根據(jù)原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，除氧器恢復(fù)使用后，給水中的溶解氧由5～11mg/L降低至20～50μg/L，可大幅減少溶解氧腐蝕導(dǎo)致的受熱管泄露問(wèn)題。4)恢復(fù)加藥裝置的使用。采用自動(dòng)加藥裝置，及時(shí)高效，有利于水質(zhì)的平穩(wěn)受控。
2.2完善水質(zhì)管理
加強(qiáng)PS轉(zhuǎn)爐鍋爐水質(zhì)管理工作，走出誤區(qū)［4］，堅(jiān)持進(jìn)行排污和除氧工作。1)嚴(yán)格執(zhí)行鍋爐定期排污和連續(xù)排污工作，減少鍋筒內(nèi)的鹽分、泡沫及浮在表面的污垢，避免出現(xiàn)汽水共騰現(xiàn)象［5］，穩(wěn)定鍋筒內(nèi)水位，避免發(fā)生水沖擊。2)重視除氧工作，降低爐水中的溶解氧含量，使溶解氧不易到達(dá)金屬表面，從而減少金屬構(gòu)件的氧腐蝕現(xiàn)象。
2.3強(qiáng)化操作管理
1)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的參數(shù)控制要求。除氧器溫度需控制在104～105℃;汽包壓力控制在1.3～1.5MPa;汽包水位控制在－200～+250mm;定期排污，每天白班一次，每個(gè)排污點(diǎn)排污時(shí)間不能超過(guò)30s全開(kāi)時(shí)間;當(dāng)pH值＜9時(shí)，關(guān)小連續(xù)排污門(mén)，減小連續(xù)排污量;當(dāng)pH值＞11時(shí)，開(kāi)大連續(xù)排污門(mén)，增加連續(xù)排污量。2)在PS轉(zhuǎn)爐工藝控制方面，盡量減少間歇操作頻次，在轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)出時(shí)應(yīng)采取必要的鍋爐熱保養(yǎng)措施。PS轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)應(yīng)有計(jì)劃性，減少非正常停爐時(shí)間，避免鍋爐換熱管內(nèi)部溫度波動(dòng)過(guò)大。
3結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，從PS轉(zhuǎn)爐鍋爐的工藝條件、水質(zhì)管理及設(shè)備管理方面分析了2019年運(yùn)行過(guò)程中鍋爐頻發(fā)的破管問(wèn)題的產(chǎn)生原因，提出了保證PS轉(zhuǎn)爐鍋爐穩(wěn)定安全運(yùn)行的措施，包括恢復(fù)、優(yōu)化鍋爐關(guān)鍵部件———振打裝置、格篩、除氧器、加藥裝置的使用，堅(jiān)持進(jìn)行排污和除氧工作，加強(qiáng)鍋爐和轉(zhuǎn)爐的操作管理，并逐步實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了余熱鍋爐的良好運(yùn)行。
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作者：胡喆祺 劉磊 柳俊杰 單位：大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠