PS轉爐鍋爐故障診斷分析

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［摘要］某冶煉廠的5臺ps轉爐鍋爐經過多年運行，受熱管頻繁出現泄露，嚴重影響轉爐的正常運行。通過分析PS轉爐鍋爐的工藝條件、水質管理及設備管理，找到受熱管泄露的原因，提出了恢復及優化鍋爐關鍵部件的使用、完善水質控制、加強操作管理等具體解決方案措施，為PS轉爐鍋爐的維護、應急處理和專業管理提供參考。

［關鍵詞］PS轉爐鍋爐;受熱管泄露;水質管理;設備管理;工藝控制

前言

某冶煉廠共有5臺PS轉爐鍋爐。該設備是一種余熱鍋爐，主要用于對PS轉爐產生的大量高溫煙氣進行余熱回收。這種PS轉爐鍋爐在已使用多年，2019年運行過程中受熱管泄露(后文簡稱“破管”)頻率較高。據前人研究，鍋爐管道在運行過程中，受內部介質和周圍環境的影響，不可避免地出現各種影響管道性能和壽命的問題［1］。經大數據匯集分析發現，水冷壁內壁的腐蝕產物主要是氧化鐵［2］，該腐蝕產物的產生主要與鍋爐水質有關，因此破管故障與工藝、水質及設備管理密切相關。破管故障會對全年設備正常運行造成較大影響。為保證生產的平穩運行，對故障發生的主要原因進行了多方面的綜合分析，對鍋爐的管理和維護提出了一些具體措施，針對性地解決了相關故障，保障了鍋爐的安全運行。

1PS轉爐鍋爐簡介

1.1基本設計參數和結構

PS轉爐鍋爐的基本設計參數見表1，基本結構如圖1所示。

1.2轉爐鍋爐問題

自2019年以來，轉爐鍋爐累計破管48次(截止2019年12月12日)，其中4#鍋爐與5#鍋爐尤為嚴重。目前4#鍋爐第一對流管束的36組已經封堵了50%，5#鍋爐第一對流管束的36組已經全部封堵，且對流室左右兩側的水冷壁也進行了大面積換管。與之形成鮮明對比的是，2016—2018年平均破管次數僅為24次/年。依據管道材料的出廠合格證及化學成分分析報告，破裂的管道現場使用的材料與原設計相符，符合《鍋爐和壓力容器用鋼板》(GB713—2014)標準。

1.3轉爐鍋爐故障原因分析

破管故障的出現有多種原因，主要集中在工藝、水質、設備管理三個方面，具體分析如下。

1.3.1工藝方面1)PS轉爐最大的特點是間歇性操作，導致經常停爐開爐，故吹煉時與非吹煉時的煙氣溫度相差較大(正常吹煉時，輻射室進口煙氣溫度約500℃，非吹煉時即爐口轉出時，進口煙氣溫度約200℃)，導致鍋爐運行時熱負荷波動較大、頻率高，鍋爐容易產生較大震動，且熱源不穩定，結構件應力變化大，對鍋爐管道不利。2)轉爐吹煉是一個周期往復過程，用風量發生周期性變化，其中造渣期的用風量很大，含大量銅焦塊、粉塵的煙氣易在這個時期發生噴濺。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大量焦塊與含銅雜質。4)鍋爐處理的是高含塵煙氣，具有部分收塵功能，而鍋爐的振打設備由于轉爐現場環境惡劣且酸性煙氣腐蝕性較大，維護保養難度高，部分振打設備長期處于故障狀態，清焦效果難以保障，易造成水冷壁、管束結焦較多，影響煙氣降溫，輻射室、對流室局部也會形成厚厚的焦塊層;而煙氣流通管道的收窄會導致高含塵煙氣局部流速加快，管道內壁受到的沖刷加大，受熱管的使用壽命縮短。5)爐膛出口壓力控制在正壓狀態或未達到－120KPa時，抽力不夠，造成煙氣大量堆積從而產生結焦。

1.3.2水質管理方面1)鍋爐水質管理不到位，取樣化驗未嚴格按規范執行，導致水質不受控制，各種指標不能保證在要求范圍內，PO3－4含量為5～15mg/L，pH值為9～11，鍋爐水質不斷波動。當水質較差時，易引起部分受熱管積垢，導致管道受熱不均勻，降低鍋爐熱效率，縮短鍋爐的使用壽命。2)鍋爐加藥系統因故障失效、排污操作不盡規范等原因導致爐水含鹽量高且鹽分未及時排出，影響汽化效果，造成結垢。3)鍋爐除氧器長期未投入使用，除氧頭內部的噴淋頭、濾料腐蝕嚴重，補水熱力系統的除氧能力不足，導致鍋爐水中的溶解氧含量偏高，造成受熱管內壁發生氧腐蝕［3］。

1.3.3設備管理方面1)清焦設備故障率較高。鍋爐采用的清焦設備為剛性振打錘。由于部分工作門旁溫度高造成金屬蠕變，且酸性煙氣腐蝕性較大，現場剛性錘、振打桿缺失，變形嚴重，沒有起到清灰作用。2)鍋爐格篩強度不夠，且間隙太小。大焦塊掉落時，無法落至刮板機，造成堆積，導致格篩變形，久而久之，格篩處出現習慣性堵塞，嚴重影響清灰效果。

2轉爐鍋爐故障解決思路及措施

2.1恢復關鍵部件的功能

解決轉爐鍋爐故障的主要措施是恢復及優化鍋爐關鍵部件的使用，主要涉及4個設備:振打裝置、格篩、除氧器、加藥裝置。1)改造機械振打裝置。雖然轉爐高溫煙氣含有大量粉塵，很容易在余熱鍋爐受熱面上積灰、結焦，但只要振打裝置正常運行就可以解決這個問題。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，安裝可燃氣體爆燃清灰設備(俗稱乙炔炮)，與機械振打裝置搭配使用，清灰效果會更好。2)修復、改造5臺轉爐格篩。將格篩間隙尺寸由原來的300mm×300mm改為400mm×400mm，將原120#槽鋼改為160#槽鋼，加大筋板強度，保證小焦塊順利掉落，提高清灰效果。3)恢復除氧器的使用。根據原設計標準，除氧器恢復使用后，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致的受熱管泄露問題。4)恢復加藥裝置的使用。采用自動加藥裝置，及時高效，有利于水質的平穩受控。

2.2完善水質管理

加強PS轉爐鍋爐水質管理工作，走出誤區［4］，堅持進行排污和除氧工作。1)嚴格執行鍋爐定期排污和連續排污工作，減少鍋筒內的鹽分、泡沫及浮在表面的污垢，避免出現汽水共騰現象［5］，穩定鍋筒內水位，避免發生水沖擊。2)重視除氧工作，降低爐水中的溶解氧含量，使溶解氧不易到達金屬表面，從而減少金屬構件的氧腐蝕現象。

2.3強化操作管理

1)嚴格執行相關的參數控制要求。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，每個排污點排污時間不能超過30s全開時間;當pH值＜9時，關小連續排污門，減小連續排污量;當pH值＞11時，開大連續排污門，增加連續排污量。2)在PS轉爐工藝控制方面，盡量減少間歇操作頻次，在轉爐轉出時應采取必要的鍋爐熱保養措施。PS轉爐的生產應有計劃性，減少非正常停爐時間，避免鍋爐換熱管內部溫度波動過大。

3結束語

綜上所述，從PS轉爐鍋爐的工藝條件、水質管理及設備管理方面分析了2019年運行過程中鍋爐頻發的破管問題的產生原因，提出了保證PS轉爐鍋爐穩定安全運行的措施，包括恢復、優化鍋爐關鍵部件———振打裝置、格篩、除氧器、加藥裝置的使用，堅持進行排污和除氧工作，加強鍋爐和轉爐的操作管理，并逐步實施，實現了余熱鍋爐的良好運行。

［參考文獻］

［1］陳文飛，陳虎，王杜，等．生物質鍋爐爐管開裂失效分析［J］．壓力容器，2020，37(3):41－49．

［2］李曼．以大數據分析為載體的鍋爐水冷壁失效分析［J］．工業加熱，2019，48(4):65－66，69．

［3］國玲玲．除氧技術在鍋爐給水中的工業應用［J］．化工管理，2019(26):128－129．

［4］趙立章．淺談鍋爐給水水質管理方面存在的六大誤區［J］．工業鍋爐，2001(4):56，35．

［5］李鈴．談談低壓蒸汽鍋爐汽水共騰現象的成因和預防措施［J］．大陸橋視野，2015(24):105－106．

作者：胡喆祺 劉磊 柳俊杰 單位：大冶有色金屬有限責任公司冶煉廠