冶炼厂汽化冷却烟道出现故障的原因及解决措施

2021-11-30杨柳

世界有色金属 2021年1期

杨柳

（中钢石家庄工程设计研究院有限公司，河北石家庄 050000）

在冶炼转炉净化系统中，汽化冷却烟道是其非常关键的设备，也是转炉冶炼中极易产生故障的设备，汽化冷却烟道是否正常对转炉连续生产有着直接影响。基于此，文章对冶炼厂汽化冷却烟道出现故障的原因及解决措施进行详细分析，以期能够为相关同行业者提供有利的参考依据。

1 汽化冷却烟道优势简析

使用汽化冷却，不仅能够产生蒸汽对大量的热能进行回收，为冶炼厂的生产和生活服务，还能达到冷却烟气的目的。这也是落实“三废处理与综合利用”政策措施的一部分。使用汽化冷却对冶金成本具有很大的节约作用；比起工业水开式冷设备的寿命，汽化冷却设备的使用寿命要长很多，维护工作量少，对车间的冶金生产能力具有提升的作用；比起工业水开式冷，汽化冷却节约的水量和电量较多，较少的综合投资，成本回报快。汽化冷却烟道是现阶段我国大部分冶炼厂主要采用的方式。

2 汽化冷却烟道的构成分析

冷却烟气及产生蒸汽的构件，同时烟气输送的通道均为汽化冷却烟道。所以，汽化冷却烟道主要由以下几个部分构成。

2.1 炉口段烟道

对炉口段烟道进行单独设置的目的是，为检修更换提供便利条件。由于在炉口段烟道结构中，设备集中开孔，水冷壁受热面表面热流密度达到最大，尚有磨损及碰撞，相对较薄弱。为开孔方便，使用密排管式或管子隔板式结构，因为与隔板式结构冷却效果相比，密排管式结构冷却效果较好，所以现阶段使用率较高的是密排管式结构。

2.2 活动烟罩

一般情况下，活动烟罩为管子隔板式结构，但也有厽管式。由于活动烟罩需垂直升降，通常自成循环回路，使用金属软管或活动接头管来连接管路。它与炉口间往往使用水封连接，以便实现密封效果。

2.3 中间段烟道

与上述两部分相比，中间段烟道受热较低。使用密排管式或者管子隔板式结构，现如今，隔板式结构应用较广泛，因为与密排管式结构相比，它使用的成本较少，效果也十分突出。

2.4 氧枪口冷却装置

氧枪口冷却装置有水冷、有气、有气冷。现如今最多的为水冷。使用者的使用效果显著。此水套结构形式有双层管排管式结构、蛇形密排组成水冷壁等。

2.5 末段烟道

末段烟道也是纯粹的自然循环，末段烟道设置，对辐射型汽化器重点是为了连接除尘设备，将耐热衬里弯头省去。

2.6 加料口冷却装置

与氧枪口冷却结构形式相似，加料口冷却装置的热负荷较小，存在一个物料磨损问题。因为更换次数较多，所以建议使用水冷（除了特殊情况），这样能够延长冷却装置的使用年限，减少资金。

3 汽化冷却烟道的工作原理剖析

与高炉的工作原理类似，气冷烟道的工作原理也能够将气冷烟道看成是余热锅炉，但气冷烟道与冶炼炉之间也存在着巨大的差异：首先，从工作时间层面分析，气冷烟道具有间歇性特征，而锅炉则是连续不断的。通常情况下，冶炼炉的工作时间频率以2340 秒为一个周期，期间还涵盖大约840 秒的吹炼时间，而热交换仅仅存在于此过程中，不存在于其他冶炼过程中。其次，从使用年限层面分析，气冷烟道的使用年限要比锅炉的使用年限短的多，其主要的原因在于，气冷烟道在吹炼过程中，不同阶段受到的热负荷变化相对较大，导致气冷烟道在温差较大的干扰下，内部结构非常容易遭到损坏，导致气冷烟道使用年限逐渐缩短，与此同时，在维护资金投入上，烟道的内部结构维护资金投入力度要大于锅炉。

对气冷烟道中的水流而言，下降管与上升管对其具有很大的阻碍作用，这是因为气冷烟道内部存着在巨大的压力所导致的。此外，气冷烟道下降管与上升管中水的密度差是水循环内在的动力来源，当然，气冷烟道中也涵盖了强制水循环部分，炉121的移动段是强制水循环部分主要集中区域。假设气冷烟道内部存在高压，则会逐渐减弱水流上升时的阻力，同时也会减小蒸汽的体积，大部分的冷却水就会发挥其作用，延长气冷烟道的使用年限。在水循环的过程中，气泡可以分离水汽，同时还能为气冷烟道提供水源，水汽分离过程受多方因素共同作用，蒸汽的负荷，水汽分离的最终效果主要的影响因素在于气冷烟道内部的压力、可供水汽分离的空间的大小。

4 漏水原因探究

4.1 环状裂纹

因为＞1300 摄氏度高温烟气烘烤锅炉管内壁，沿管内壁会习惯性形成气泡，靠水的流速将气泡带走，假设水循环堵塞或上升管阻力大，则水流无法将气泡顺利带走，气泡变大上浮，同时会附着管壁产生干烧，气泡上升后，填充上的水对气泡又是一个激冷，所以引起热负荷冲击，炉管热疲劳损坏，引起环状裂缝。

4.2 爆管漏水

假设烟道内负压较大，导致大量空气被吸入烟道，这些空气中的煤气及O2混合后，在高温下产生巨大燃烧，严重时局部可能出现爆炸，会突然增大烟道内局部热负荷，甚至＞管道所能承受的最大热负荷，此外上部管道冷却水循环堵塞，导致一些管道受热过大，进而出现爆裂。

4.3 其他原因

（1）对于系统中的安装施工垃圾，煮炉过程未将其排出，对于个别排管节流件的节流孔，未被排出的施工垃圾可能对其造成堵塞，导致个别排管缺水过烧（由于个别排管缺水，管壁温度上升，机械强度减弱，管子承压引起的应力＞材料屈服极限，导致管子变形，鼓包，直到破裂。裂口为纵向破裂）。

（2）冶炼过程中，喷溅较大，金属废渣喷溅到移动段烟道受热面上，构成大范围结渣，结渣区传热效果差，容易导致局部过热损坏；在清渣期间或结渣自然脱落期间，容易损伤受热面机械。

5 预防漏水现象措施阐述

5.1 完善排污机制

依据气冷烟道的使用现状，可以看出，烟道使用强度相对较大，所以，须坚持每天冲洗烟道，并对烟道实施排污处理，以此来确保气冷烟道内部清洁，这是预防气冷烟道产生堵塞的有效途径之一，同时还要定期清洗气冷烟道中的呼吸器，确保至少一星期换一次水。

5.2 提升水体管理水准

首先，要严格检验气冷烟道中水循环期间的水体质量，提升水体质量的评判指标，对取样化验的管理机制进行定期制定，实时监控水体质量，除此之外，还要对气冷烟道内壁水垢情况进行定期检查，一旦发现水垢厚度＞所规定厚度时，要在第一时间进行煮炉，对内壁污垢进行清除。

5.3 优化炉口微差压的操作方式

高效控制气冷烟道的负压是防止烟道出现漏水现象的关键方式。当转炉处于吹炼阶段时，转炉人口处的压力应＞-18 千帕，与此同时，风机的转速不得＞1300 转/分。当转炉处于非吹炼阶段时，转炉入口压力要＞-5 千帕，如此一来，就可以对炉口压力进行有效控制，以防产生爆炸。

5.4 确保气冷系统内部压力平稳

为确保气冷系统内部压力平稳，必须依据设备的具体使用情况，对PID 参数进行合理、科学地设定，水箱加热用蒸汽，气泡出口蒸汽及蓄热器出口蒸汽的调节阀，使气冷烟道可以在平稳压力条件下实施工作，禁止烟道内部由于压力变化过大而产生使用疲劳的现象，对其正常运行造成影响。

5.5 优化气泡设备

改进下降管接口与汽水分离挡板处隔栅。汽水混合物（由上升管上来的）对汽水分离板的冲击力相对较大，通常会导致其脱落，脱落后的汽水分离板插入下降管接El 处格栅内，容易导致下降管关口堵塞。把汽水分离板改为撞击挡板及撞击孔板结合形式，撞击孔板是由带孔的金属板焊接而成的，对汽水分离面积具有增大作用，同时因为大量孔的分布，对上升管对分离板的冲击力起到缓冲作用，缓冲率可达30%左右，撞击挡板对汽水能够进行进一步分离。汽包下降管接口处隔栅原为平板结构，在分离板脱落时极易导致堵塞，现改为防护罩形式，进而对这一问题进行彻底解决。

6 具体运用描述

6.1 冶金加热炉中的具体运用

水从下降管流出，分别进入活动梁和固定梁，形成冷却回路。通过上升管，回到汽包循环。蒸汽在汽包内被分离，蒸汽被输送到管网，水被循环利用。一种是在回路的下降管上安装一台泵进行强制循环；另一种是在高处安装汽包进行自然循环。冶金企业加热炉炉底管通常情况下采用气冷，实践证明，气冷的节能节水效果非常显著，可减少金属坯“黑斑”，对金属坯温度均匀性具有巨大的提升效应。

6.2 转炉中的具体运用

此系统是采用气冷烟道代替原水冷烟道，从而实现余热回收利用，节水省电之目的。现阶段，转炉冶金烟气除尘系统经常使用OG 法，转炉冶金烟气除尘系统主要由汽包供水、燃气回收、汽包余热锅炉三部分构成。在转炉冶金中，汽包供水和汽包及余热锅炉是必不可少的两个部分，冶炼厂烟气除尘系统具有多重作用，例如清除转炉烟汽中粉尘、吸收蒸汽节约能源等。