PS转炉锅炉故障诊断分析

［摘要］某冶炼厂的5台PS转炉锅炉经过多年运行，受热管频繁出现泄露，严重影响转炉的正常运行。通过分析PS转炉锅炉的工艺条件、水质管理及设备管理，找到受热管泄露的原因，提出了恢复及优化锅炉关键部件的使用、完善水质控制、加强操作管理等具体解决方案措施，为PS转炉锅炉的维护、应急处理和专业管理提供参考。

［关键词］PS转炉锅炉;受热管泄露;水质管理;设备管理;工艺控制

前言

某冶炼厂共有5台PS转炉锅炉。该设备是一种余热锅炉，主要用于对PS转炉产生的大量高温烟气进行余热回收。这种PS转炉锅炉在已使用多年，2019年运行过程中受热管泄露(后文简称“破管”)频率较高。据前人研究，锅炉管道在运行过程中，受内部介质和周围环境的影响，不可避免地出现各种影响管道性能和寿命的问题［1］。经大数据汇集分析发现，水冷壁内壁的腐蚀产物主要是氧化铁［2］，该腐蚀产物的产生主要与锅炉水质有关，因此破管故障与工艺、水质及设备管理密切相关。破管故障会对全年设备正常运行造成较大影响。为保证生产的平稳运行，对故障发生的主要原因进行了多方面的综合分析，对锅炉的管理和维护提出了一些具体措施，针对性地解决了相关故障，保障了锅炉的安全运行。

1PS转炉锅炉简介

1.1基本设计参数和结构

PS转炉锅炉的基本设计参数见表1，基本结构如图1所示。

1.2转炉锅炉问题

自2019年以来，转炉锅炉累计破管48次(截止2019年12月12日)，其中4#锅炉与5#锅炉尤为严重。目前4#锅炉第一对流管束的36组已经封堵了50%，5#锅炉第一对流管束的36组已经全部封堵，且对流室左右两侧的水冷壁也进行了大面积换管。与之形成鲜明对比的是，2016—2018年平均破管次数仅为24次/年。依据管道材料的出厂合格证及化学成分分析报告，破裂的管道现场使用的材料与原设计相符，符合《锅炉和压力容器用钢板》(GB713—2014)标准。

1.3转炉锅炉故障原因分析

破管故障的出现有多种原因，主要集中在工艺、水质、设备管理三个方面，具体分析如下。

1.3.1工艺方面1)PS转炉最大的特点是间歇性操作，导致经常停炉开炉，故吹炼时与非吹炼时的烟气温度相差较大(正常吹炼时，辐射室进口烟气温度约500℃，非吹炼时即炉口转出时，进口烟气温度约200℃)，导致锅炉运行时热负荷波动较大、频率高，锅炉容易产生较大震动，且热源不稳定，结构件应力变化大，对锅炉管道不利。2)转炉吹炼是一个周期往复过程，用风量发生周期性变化，其中造渣期的用风量很大，含大量铜焦块、粉尘的烟气易在这个时期发生喷溅。3)冷料冷铜的加料量偏大，造成锅炉辐射室及锅炉下灰斗出现大量焦块与含铜杂质。4)锅炉处理的是高含尘烟气，具有部分收尘功能，而锅炉的振打设备由于转炉现场环境恶劣且酸性烟气腐蚀性较大，维护保养难度高，部分振打设备长期处于故障状态，清焦效果难以保障，易造成水冷壁、管束结焦较多，影响烟气降温，辐射室、对流室局部也会形成厚厚的焦块层;而烟气流通管道的收窄会导致高含尘烟气局部流速加快，管道内壁受到的冲刷加大，受热管的使用寿命缩短。5)炉膛出口压力控制在正压状态或未达到－120KPa时，抽力不够，造成烟气大量堆积从而产生结焦。

1.3.2水质管理方面1)锅炉水质管理不到位，取样化验未严格按规范执行，导致水质不受控制，各种指标不能保证在要求范围内，PO3－4含量为5～15mg/L，pH值为9～11，锅炉水质不断波动。当水质较差时，易引起部分受热管积垢，导致管道受热不均匀，降低锅炉热效率，缩短锅炉的使用寿命。2)锅炉加药系统因故障失效、排污操作不尽规范等原因导致炉水含盐量高且盐分未及时排出，影响汽化效果，造成结垢。3)锅炉除氧器长期未投入使用，除氧头内部的喷淋头、滤料腐蚀严重，补水热力系统的除氧能力不足，导致锅炉水中的溶解氧含量偏高，造成受热管内壁发生氧腐蚀［3］。

1.3.3设备管理方面1)清焦设备故障率较高。锅炉采用的清焦设备为刚性振打锤。由于部分工作门旁温度高造成金属蠕变，且酸性烟气腐蚀性较大，现场刚性锤、振打杆缺失，变形严重，没有起到清灰作用。2)锅炉格筛强度不够，且间隙太小。大焦块掉落时，无法落至刮板机，造成堆积，导致格筛变形，久而久之，格筛处出现习惯性堵塞，严重影响清灰效果。

2转炉锅炉故障解决思路及措施

2.1恢复关键部件的功能

解决转炉锅炉故障的主要措施是恢复及优化锅炉关键部件的使用，主要涉及4个设备:振打装置、格筛、除氧器、加药装置。1)改造机械振打装置。虽然转炉高温烟气含有大量粉尘，很容易在余热锅炉受热面上积灰、结焦，但只要振打装置正常运行就可以解决这个问题。因此，逐步采用弹性振打装置代替刚性振打装置。弹性振打装置的振打频率为3次/min，击振力为30～450kN，振打力度加大。此外，安装可燃气体爆燃清灰设备(俗称乙炔炮)，与机械振打装置搭配使用，清灰效果会更好。2)修复、改造5台转炉格筛。将格筛间隙尺寸由原来的300mm×300mm改为400mm×400mm，将原120#槽钢改为160#槽钢，加大筋板强度，保证小焦块顺利掉落，提高清灰效果。3)恢复除氧器的使用。根据原设计标准，除氧器恢复使用后，给水中的溶解氧由5～11mg/L降低至20～50μg/L，可大幅减少溶解氧腐蚀导致的受热管泄露问题。4)恢复加药装置的使用。采用自动加药装置，及时高效，有利于水质的平稳受控。

2.2完善水质管理

加强PS转炉锅炉水质管理工作，走出误区［4］，坚持进行排污和除氧工作。1)严格执行锅炉定期排污和连续排污工作，减少锅筒内的盐分、泡沫及浮在表面的污垢，避免出现汽水共腾现象［5］，稳定锅筒内水位，避免发生水冲击。2)重视除氧工作，降低炉水中的溶解氧含量，使溶解氧不易到达金属表面，从而减少金属构件的氧腐蚀现象。

2.3强化操作管理

1)严格执行相关的参数控制要求。除氧器温度需控制在104～105℃;汽包压力控制在1.3～1.5MPa;汽包水位控制在－200～+250mm;定期排污，每天白班一次，每个排污点排污时间不能超过30s全开时间;当pH值＜9时，关小连续排污门，减小连续排污量;当pH值＞11时，开大连续排污门，增加连续排污量。2)在PS转炉工艺控制方面，尽量减少间歇操作频次，在转炉转出时应采取必要的锅炉热保养措施。PS转炉的生产应有计划性，减少非正常停炉时间，避免锅炉换热管内部温度波动过大。

3结束语

综上所述，从PS转炉锅炉的工艺条件、水质管理及设备管理方面分析了2019年运行过程中锅炉频发的破管问题的产生原因，提出了保证PS转炉锅炉稳定安全运行的措施，包括恢复、优化锅炉关键部件———振打装置、格筛、除氧器、加药装置的使用，坚持进行排污和除氧工作，加强锅炉和转炉的操作管理，并逐步实施，实现了余热锅炉的良好运行。

［参考文献］

［1］陈文飞，陈虎，王杜，等．生物质锅炉炉管开裂失效分析［J］．压力容器，2020，37(3):41－49．

［2］李曼．以大数据分析为载体的锅炉水冷壁失效分析［J］．工业加热，2019，48(4):65－66，69．

［3］国玲玲．除氧技术在锅炉给水中的工业应用［J］．化工管理，2019(26):128－129．

［4］赵立章．浅谈锅炉给水水质管理方面存在的六大误区［J］．工业锅炉，2001(4):56，35．

［5］李铃．谈谈低压蒸汽锅炉汽水共腾现象的成因和预防措施［J］．大陆桥视野，2015(24):105－106．

作者：胡喆祺 刘磊 柳俊杰 单位：大冶有色金属有限责任公司冶炼厂