張雪松 鄭琳 郭世晨 崔文娟
(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司)
摘 要：根據(jù)首鋼京唐公司轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)在實際生產(chǎn)運行過程中存在氮氣消耗量大、積渣擠壓罩裙環(huán)管、進水聯(lián)箱配水不均和工頻引起的電能浪費等問題，有針對性的采用機械密封、增設(shè)低壓報警檢測、增加入水口、加固溜槽聯(lián)箱和工頻改變頻等改造優(yōu)化，不僅每年節(jié)約370余萬元，而且降低了汽化煙道的故障率。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；汽化冷卻；改造
首鋼京唐公司300t轉(zhuǎn)爐冶煉周期約36min, 其中加廢鋼(3min) →兌鐵水(4 min)→吹煉 (15 min) →副槍檢測(4 min) →出鋼(5min) →濺渣護爐(3 min) →倒渣(2min)。轉(zhuǎn)爐冶煉的特點是生產(chǎn)負(fù)荷波動大、不穩(wěn)定。吹氧期間負(fù)荷最大，爐內(nèi)鋼水溫度最高，約為1700℃。
因此，汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)蒸汽的過程波動同樣非常大,時刻發(fā)生著應(yīng)力變化。轉(zhuǎn)爐汽化冷卻設(shè)備的實質(zhì)即余熱鍋爐，轉(zhuǎn)爐煉鋼爐口產(chǎn)生的煙氣溫度約為1500℃ ,汽化煙道出口要求煙氣溫度為800~ 1000℃。設(shè)置汽化冷卻系統(tǒng)的目的是，收集轉(zhuǎn)爐冶煉過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓醚h(huán)水將煙氣冷卻并充分回收其中的熱量，進而滿足下一步除塵和煤氣回收的要求，保證轉(zhuǎn)爐煉鋼的安全生產(chǎn)；同時可產(chǎn)生蒸汽回收大量的熱能，供生產(chǎn)或生活使用，降低轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)成本。轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道實際運行情況不是很理想，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)各種各樣的問題，導(dǎo)致停爐檢修，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，經(jīng)過不斷改造優(yōu)化，在生產(chǎn)運行和節(jié)能方面取得了良好的效果。
1 汽化煙道的組成和工作原理
汽化冷卻煙道由下到上依次為罩裙、固定煙道、移動煙道、斜直冷卻煙道和尾部煙道。其中移動煙道兩側(cè)各有一個加料溜槽，上部有氧槍孔和副槍孔。整個煙道系統(tǒng)設(shè)計三種循環(huán)方式，分別為高壓強制循環(huán)、高壓自然循環(huán)和低壓強制循環(huán)。
罩裙、溜槽、氧槍孔和副槍孔通過低壓循環(huán)泵在低壓強制循環(huán)下工作，除氧器是低壓循環(huán)系統(tǒng)的汽包。除氧水經(jīng)過下降管，利用低壓循環(huán)泵升壓送入裙罩、氧槍口、副槍口以及下料溜槽的水冷部件后，再經(jīng)過上升管送回除氧器。水冷部件吸收的熱量用于給水的除氧，能夠大大減少除氧所需要的輔助蒸汽用量。
高壓強制循環(huán)流程：汽包中的欠飽和水-下降總管→熱水循環(huán)泵升壓→下降支管→分配聯(lián)箱-煙道水冷壁冷卻構(gòu)件，吸收轉(zhuǎn)爐煙道傳給的熱量變?yōu)轱柡偷钠旌衔?rarr;匯集聯(lián)箱→上升管→回到汽包，汽水混合物在汽包中被分離為水及蒸汽,蒸汽送至蓄熱器后引至用戶，汽包中的水與補入的給水混合后成欠飽和水再重復(fù)上述循環(huán)。
高壓自然循環(huán)流程：汽包中的欠飽和水-下降總管-下降支管比配聯(lián)箱T煙道水冷壁冷卻構(gòu)件，吸收轉(zhuǎn)爐煙道傳給的熱量變?yōu)轱柡推旌衔?匯集聯(lián)箱-上升管-回到汽包，汽水混合物在汽包中被分離為水及蒸汽，蒸汽送至蓄熱器后引至用戶，汽包中的水與補入的給水混合成欠飽和水再重復(fù)上述循環(huán)。
2存在的問題
(1) 罩裙密封為傳統(tǒng)的氮氣密封，消耗大 量氮氣。
(2) 罩裙緊鄰爐口，由四條油缸帶動罩裙 提升和下降，罩裙的行程為500mm,降到最低位時距離爐口大約200mm。爐口積渣高度達到200mm時，罩裙下降過程中就會出現(xiàn)積渣擠壓罩裙環(huán)管，使罩裙下環(huán)管變形，發(fā)生漏水。漏水一旦擴大，就必須停產(chǎn)檢修，環(huán)管嚴(yán)重變形，則需要更換一段新管，時間大概8h；環(huán)管只是漏水時，則補焊處理，也要檢修3~4h。
(3) 固定煙道位于罩裙內(nèi)側(cè)，也屬于緊鄰爐口段，原設(shè)計罩裙進水聯(lián)箱有4個進水口，并且管道垂直于聯(lián)箱進水，經(jīng)過分析，此進水方式容易在進水點形成旋渦，造成進水點排管水量不足，是造成爆管的主要原因之一。
(4) 固定煙道兩側(cè)分別設(shè)置下料溜槽，轉(zhuǎn)爐冶煉下料節(jié)奏頻繁，造成溜槽聯(lián)箱平均2個月就被砸漏停產(chǎn)進行檢修。
(5) 氧槍孔套直徑為800mm,氧槍直徑為550mm,由于操作工技術(shù)以及煉鋼輔料品質(zhì)等各方面原因，造成氧槍粘粗，粘粗后會磨損氧槍孔套。當(dāng)氧槍孔套上沿被磨漏，就要進行檢修，并且更換氧槍。
(6) 橫移煙道斜坡角度50°，煙道內(nèi)部爬坡面爆管頻繁，檢修需要在煙道內(nèi)部搭建臨時支架，檢修時間大約20h,對生產(chǎn)造成很大影響。
(刀汽化系統(tǒng)給水泵組設(shè)置2組，采用一用一備工作模式，由于給水泵電機為工頻，當(dāng)汽包不需要補水時，給水泵也以同樣的功率輸出，造成巨大的電能浪費。
3汽化冷卻系統(tǒng)改造優(yōu)化方案及取得的效果
3.1改造優(yōu)化方案
(1) 對罩裙密封進行改造，罩裙和爐口煙罩之間的縫隙改用機械密封裝置來密封，機械密封裝置布置在裙罩的上側(cè)。密封裝置由法蘭上的密封板以及位于兩個法蘭之間的柔性密封件組成，密封效果好，基本不用維護。
(2) 對罩裙運行進行優(yōu)化，在罩裙液壓站給罩裙油缸增加低壓報警檢測，當(dāng)罩裙油缸負(fù)載低于罩裙自重時，立即結(jié)束下降命令，防止罩裙繼續(xù)下降而被爐口積渣擠壓環(huán)管。
(3) 固定煙道聯(lián)箱進水口由4個改為8個, 進水方向由原設(shè)計90。改為45。進水，避免在聯(lián)箱局部形成漩渦造成漩渦處排管與其他排管進水分配不均，大大減少固定煙道爆管次數(shù)。
(4) 為解決溜槽聯(lián)箱被下料沖擊砸漏，在聯(lián)箱內(nèi)部加500mm長內(nèi)套筒，基體壁厚25mm, 套筒內(nèi)表面耐磨層厚度5mm,利用法蘭固定在水箱內(nèi)部，30mm厚的內(nèi)套筒可完全吸收散料的沖擊力。為解決下料溜槽堵料問題，溜槽內(nèi)部堆焊硬質(zhì)合金，外表面噴涂防高溫粘結(jié)、耐磨耐腐蝕性能好、與基體粘結(jié)強度高(大于40MPa) 的單相結(jié)晶涂層。
(5) 氧槍孔由Φ800mm擴大為Φ1000mm, 避免由于氧槍沾渣刮漏氧槍套，同時減少氧槍更換的次數(shù)。
(6) 由于橫移煙道排管內(nèi)為汽水混合物, 在管內(nèi)爬坡流動時，對排管上表面冷卻不到位,因此，干燒容易造成爆管漏水。針對此問題在煙道下部120°范圍內(nèi)的排管內(nèi)部安裝螺旋導(dǎo)流板, 改造效果良好。
(7) 優(yōu)化給水系統(tǒng)，鍋爐給水泵電機由原來的工頻更換為變頻，節(jié)約大量電耗。
3.2取得的效果
經(jīng)過近幾年的不斷摸索，對轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)不合理處進行改造，取得了驚人的成績：
(1) 按每臺轉(zhuǎn)爐裙罩氮氣消耗約2500m3/h, 氮氣價格0. 15元/ m3,每年8000h計算，消耗氮氣可達2500 x 0. 15 x 8000 = 300 萬元/a。
(2) 給水泵電機功率250kW,電費按照0.5元/kWh,原來每臺泵每年耗電250kW x 24h/d x0. 5 元/ kWh x 365d = 1095000 元，改造后，每天按補水8h算，耗電250kW x 8h/d x 0. 5元/ kWh x 365d = 365000 元，節(jié)約電費 1095000 -365000 = 73 萬元/a。
(3)汽化煙道改造后，維護單位對煙道的維護次數(shù)明顯降低，煙道偶爾發(fā)生漏水，氧槍孔改大后從未發(fā)生漏水，換槍次數(shù)減少將近三分之一。
2011年1號轉(zhuǎn)爐平均每月漏水3 ~ 4次, 2018年汽化系統(tǒng)改造后平均每月漏水不到1次, 極大程度降低了汽化煙道的故障率。
4結(jié)語
轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)自投產(chǎn)運行以來，經(jīng)常發(fā)生漏水以及爆管等各種問題，針對發(fā)生的各類問題，對汽化冷卻煙道各部件進行改造，對設(shè)備進行合理的選型，取得的效果良好，保證了各部件的使用壽命，減少故障的發(fā)生，同時節(jié)省了大量停產(chǎn)檢修的時間，為安全生產(chǎn)提供保障，設(shè)備的穩(wěn)定運行為公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。