銅熔煉轉爐余熱鍋爐腐蝕與防護

　　用于有色金屬冶煉的銅轉爐，工作時產生大量高溫煙氣，熱效率較低，為提高能源利用水平，推廣用能的技術進步，銅陵金昌冶煉廠于1993年在3號銅轉爐上配置了一臺余熱回收設備一余熱鍋爐。使用余熱鍋爐，不僅增產、節(jié)能，而且有利于二氧化硫的富化和降低制酸能耗，具有一定的經濟效益。但由于生產工藝和備件難以達到其設計運行水平和使用材質及操作不當，使余熱鍋爐以極快的速度腐蝕損壞，影響了正常的生產，因此，分析余熱鍋爐腐蝕機理，尋找相應的防止措施是非常必要的。

　　2余熱鍋爐運行環(huán)境及現狀分析金昌冶煉廠轉爐余熱鍋爐由北京有色設計院設計，張家港船用鍋爐廠鵒造，為強制循環(huán)方式，分為兩個區(qū)，前部為輻射區(qū)，布置全鰭膜式水冷壁爐墻，后部為對流區(qū)，懸掛三組換熱管束，即凝渣管束、第一、第二對流管束。所有管束尺寸均為038X4，材質為20g，用于回收30t/h轉爐煙氣余熱。高溫煙氣由轉爐排出，經冷卻煙罩進入余熱鍋爐的輻射冷卻室和對流受熱面區(qū)，煙氣經冷卻后，排出鍋爐，進入收塵系統收塵凈化，再送往硫酸車間制酸。

　　余熱鍋爐的運行參數及煙氣成份余熱鍋爐設計運行參數進口煙氣量：23000（標況）m3/h進口煙氣溫度：750C出口煙氣溫度：蒸汽溫度：給水溫度：額定蒸發(fā)量：煙氣阻力：氣成份余熱鍋爐運行現狀與腐蝕情況該余熱鍋爐自1993年投入生產運行以來，由于冶煉工藝條件限制，轉爐生產的周期性和間斷漏泄漏壁'泄冷束束水管管式渣流膜凝對1.3萬元24.6萬元1.7萬元25萬元性，煙氣量和煙氣溫度變化極大，使鍋爐蒸發(fā)量和蒸汽壓力產生很大波動，無法保持其設計工作壓力2. 94MPa.為減少壓力波動，只能采取將余熱鍋爐蒸汽和廠區(qū)蒸汽管網并網辦法，但管網壓力僅為0. 75MPa，造成余熱鍋爐受熱面管壁溫度長期低于煙氣中硫酸的露點溫度，導致爐管腐蝕。經過對爐管檢測，腐蝕速度竟超過2.8mm/a.由于管子腐蝕嚴重，1993年到1999年停爐頻繁，檢修改造費時費力，現狀極為不佳。表1和表2表明了該爐運行維修情況。

　　表I 1993年8月至1999年11月余熱鍋爐停爐原因及次數積灰嚴重，熱效率低附屬設備問題合計表2 1993年8月至1999年11月腐蝕維修情況時間改造與檢修原因1994.12對流區(qū)膜式水冷壁漏水嚴重未發(fā)生費用凝渣管束嚴重漏水，第一、第二對流管束漏水一、第二對流管束漏水嚴重。刮板19959除灰機鏈條積灰多、腐蝕、嚴重變形，外殼已腐爛凝渣管束、第一、第二對流管束漏水嚴重1996.9刮板除灰機灰斗腐爛1997.6水嚴重；刮板除灰機及灰斗腐爛，45萬元對流區(qū)爐墻、爐頂漏風嚴重凝渣管束、第一、第二對流管束漏水嚴重凝渣管束、第一、第二對流管束漏1999.1水嚴重；爐頂漏風嚴重；刮板除灰30萬元機頭部裝置腐蝕4萬元存在的問題分析總結幾年的工作，余熱鍋爐在生產過程中仍有下列問題有待解決，現對此作一分析。

　　從余熱鍋爐受熱面管束低溫腐蝕嚴重，漏水頻繁。由于銅轉爐生產特點，余熱鍋爐無法保―34持在設計要求的工作壓力2. 94MPa，只維持低壓運行，因此受熱面管束管壁溫度長期低于煙氣露點溫度，爐管導致腐蝕，腐蝕速度達2mm/a3mm/a，爐管穿孔現象嚴重。到目前為止，爐管漏水達幾十次，每次漏點至少3個5個。每次漏水點剛處理好，轉爐才開23爐次，又有其它地方漏水，直至余熱鍋爐被迫停車。

　　爐管檢修極不方便，檢修時間長。余熱鍋爐爐體凈高為6.2m，每次漏水，爐內水霧一片，由于水的噴濺，檢漏十分困難。即使找到漏點，也無法修補（設計管距s=100），只能在集箱頂部，切斷這組管子的供水，既影響水循環(huán)，又嚴重影響檢漏補漏作業(yè)人員的身體健康。

　　無振打裝置，管束積灰嚴重。余熱鍋爐原設計采用錘擊振打除灰方式，由于振打桿中心和受熱面管束在施工中強力對正，運行一段時間后，振打桿和管束中心線發(fā)生偏移，使被打板沿管子中心徑向移動，造成第一根管子與被打板之間焊縫或管子本身撕裂，一旦發(fā)生，就要停爐。但停止使用振打裝置后，管束積灰較嚴重，只得采取運行一段時間（約一個月）就停爐一次，人工清灰。

　　余熱鍋爐管束制造工藝復雜余熱鍋爐受熱面管束均為蛇形管，管徑為038，壁厚為4rm5mm，彎頭為R50，一方面彎頭脊部減薄量難以控制，腐蝕穿孔時間短；另一方面，管束焊縫多，一組管束只要有一個滲漏點，必須封堵這組管子，既直接影響受熱面積，又加劇了損壞。

　　余熱鍋爐附屬設備及電收塵腐蝕嚴重余熱鍋爐受熱面管束一旦漏水，由于轉爐的大小爐子不配套，難以并爐，一時停不下來，爐體內產生大量的稀硫酸霧，對刮板除灰機本體和灰斗均產生了急驟的腐蝕，另一方面，帶有大量的酸霧的煙氣進入電收塵，使電收塵的電場器械及本體的腐蝕加劇，嚴重威脅著電收塵的使用壽命。

　　3余熱鍋爐腐蝕機理轉爐的煙氣成分及工藝條件決定了余熱鍋爐腐蝕的機理及程度，由于進入余熱鍋爐煙氣溫度變化大，且含有大量的煙塵、2、so2、H2及少量so3等，因此，余熱鍋爐主要有低溫腐蝕、積灰磨損腐蝕、篼溫腐蝕三類。金昌冶煉廠余熱鍋爐主要以低溫腐蝕為主。

　　3.1低溫腐蝕低溫腐蝕是指鍋爐受熱面溫度低于其露點溫度時，硫酸蒸汽在管壁上凝結而產生的電化學腐蝕，低溫腐蝕受酸霧濃度、金屬壁溫、凝結酸量及材質性質等因素影響。根據實際分析，銅轉爐煙氣中S02的轉化率一般為1%―5%，在誤差允許的范圍內，露點溫度tid可用下式來進行計算由上式計算知轉爐煙氣的露點溫度tid=196.4C，遠高于煙氣中純水蒸汽露點溫度。一方面露點溫度升高，意味著H2S04蒸汽遇到溫度較高的壁面就可能結露，發(fā)生冷凝硫酸液的腐蝕，另一方面特別是余熱鍋爐漏風量大、溫降大（余熱鍋爐熱負荷最高時溫度為760C，而最低時僅為250C）大量吸入爐內的空氣使煙氣中氧和水蒸汽的量迅速增加，使得硫酸的露點溫度升高，加快了低溫腐蝕，特別是在轉爐停風鍋爐熱負荷下降時，管壁溫度下降，冷凝酸增多，低溫粘結灰量也增多。由于腐蝕與結瘤并存煙氣流速成降低，管束表面換熱系數小，壁溫接近管內介質飽和溫度，易發(fā)生低溫腐蝕；在煙氣流速高的地方，傳質太強烈，也易發(fā)生比較嚴重的低溫腐蝕。

　　積灰磨損腐蝕高含塵量的煙氣流經余熱鍋爐受熱面時，由于處理不當會造成受熱面管束磨蝕、積灰，特別是高溫區(qū)段，煙塵在受熱面上粘結降低了受熱面的傳熱效果，引起管面腐蝕。

　　高溫腐蝕高溫腐蝕是指煙氣溫度高于550C、鍋爐受熱面壁溫高于相應煙氣露點溫度tid而發(fā)生的腐蝕。高溫腐蝕有氧化、滲碳、硫化等8種模式，在管束表面形成的氧化膜，具有保護作用，硫化是最普遍的高溫腐蝕，形成的硫化物危害很大。

　　煙氣中含有氧和硫，一方面高溫情況下管束表面開始氧化，形成氧化膜，在振打裝置及爐溫驟變的作用下，氧化膜脫落，新的氧化腐蝕又開始進行。另一方面，煙塵中的單體硫經積灰、氧化膜傳到金屬基體，高溫硫化氧化使管壁表面出現凹孔、瘤塊等腐蝕跡象。

　　余熱鍋爐的腐蝕防護根據腐蝕的機理，主要從低溫腐蝕、積灰腐蝕和高溫腐蝕三個方面來防止腐蝕。

　　4.1防止低溫腐蝕根據金昌冶煉廠的情況，防止低溫腐蝕，主要就是保證鍋爐受熱面管束壁溫高于煙氣露點溫度3（TC5CTC（大約在220°C25CTC）這就要求余熱鍋爐的工作壓力大于2.OMpa，貴冶、銅陵金隆公司轉爐余熱鍋爐工作壓力定為4.7Mpa，而金昌冶煉廠余熱鍋爐設計工作壓力為2. 94MPa，由于工藝及鍋爐配置問題，目前工作壓力只有0.5MPa，因此應保證余熱鍋爐設計值。使用氣密性爐壁和爐頂，可以降低鍋爐漏風量。否則，漏入空氣會增加煙氣的濕度，提高露點溫度。

　　為此，金昌冶煉廠在1997年、1999年分別上了二臺GL―275型汽化冷卻器，以減少鍋爐負荷波動。結構上比余熱鍋爐要簡單，管束不是蛇形而是直管。但由于三臺爐子分別有各自的汽包，然后通過三臺汽包再并入廠蒸汽管網，三臺余熱鍋爐等于獨立工作，一臺爐子負荷低時，另一臺爐子沒有及時補充，如果三臺鍋爐一個大汽包組成一組爐水循環(huán)系統的聯合運行的辦法，將運行中爐水引至停爐的水管中去，借此維持爐水溫度高于露點溫度。三臺鍋爐其中一臺長期備用，其他兩臺交替著周期性運行。貴冶和銅陵金隆等廠家的余熱鍋爐均按此設置。編排好轉爐操作程序，合理地控制轉爐操作周期，交錯運行，盡可能減少煙氣量和溫度的波動對防止低溫腐蝕是十分必要的。

　　從生產實踐看，改善材質耐腐蝕性或增加管壁厚度也可以防止或減輕低溫腐蝕。把原設計的受熱面管束材質改為ND鋼后，耐低溫腐蝕性能明顯加強。從每次大修拆下來的管束來看，凝渣管束、第一對流管束、第二對流管束腐蝕情況呈遞減趨勢，原設計壁厚全部為4mm，先改為6mm，后來根據實際運行，管壁厚度凝渣、第一對流、第二對流依次適宜地增厚為7mm、6mm、5mm 4.2防止積灰磨損腐蝕從大型有色企業(yè)來看，貴溪冶煉廠等轉爐余素導致產量增加7088t外，因高效化改造使產量提高35466t，平均每月增產5066t，年增產可達60792t.10.5噸轉爐連鑄系統生產的連鑄坯固定費用為75.79元/t，連鑄坯每噸利潤為168.7元/t，而生產。的生鐵每噸利潤55.01元/t，因此增產鑄坯每年可創(chuàng)效益（按噸鋼消耗噸鐵計算）因提高中包壽命，節(jié)約耐火材料費用1機高效化改造后，因拉速提高，中包壽命由原來的7.8包提高到11.40包，噸鋼耐材費用降低：：（1.以年產鋼20萬t計，則年效益為4. 9.3年總效益4萬元=1235.42萬元9.4投資回收費月平均效益15.45萬元，項目總投資14萬元，因此項目回收期為：10結論矩形坯連鑄機高效化改造是成功的，改造后的各項指標均達到設計要求，因此，宣鋼于1999年9月在北京冶金設備研究院的協助下對同機型的另一臺連鑄機（2機）也進行了改造，效果很好。

　　拋物線多錐度管式結晶器技術和半板簧振動技術以及二冷一段實現無輥澆鑄技術在矩形坯（小板坯）連鑄機上開創(chuàng)了先例。

　　為了進一步發(fā)揮la機、2機的生產能力，煉鋼廠已安排在2000年度，每流年產量按大于14萬t以上組織生產。

　　鑄機高效化改造可帶來巨大的經濟效益，是鋼廠今后發(fā)展的主要途徑之一。

　　總之，宣鋼煉鋼廠認為，l、2tt連鑄機的改造成功，已為1999年宣鋼實現100萬t鋼打下了良好基礎，同時也為其他鑄機的改造提供了寶貴的經驗。

　�。ń�35頁）熱鍋爐每臺（也稱為一組受熱面），設置4組，從鍋爐側面、輻射冷卻室灰斗后側和爐頂前端振打管子還是很有效的。振打或碰撞清灰與壓縮空氣吹灰相比，具有節(jié)約動力，避免煙氣中因空氣的增加而提高了露點溫度，可以保持煙氣二氧化硫濃度，對制酸有利，所以應恢復原設計的振打裝置。由于金昌冶煉廠受熱面管束為蛇形管，蛇形管的彎頭部位最易積灰，也是最易腐蝕的部位，彎頭部位考慮加一層防護層，可以延長受熱面管束的整體壽命。

　　4.3防止高溫腐蝕高溫腐蝕的防止主要通過控制煙氣中氧氣的成分，另外也可以考慮增加易腐蝕部位的壁厚。

　　結語針對金昌冶煉廠轉爐余熱鍋爐的運行現狀，分析并討論了余熱鍋爐的產生腐蝕原因和幾種腐蝕機理，提出了幾種防護措施。為了改善金昌冶煉廠銅熔煉轉爐余熱鍋爐的運行現狀，三臺鍋爐合作運行，保持較高的工作壓力，減少波動熱負荷是最根本的出路，而轉爐交錯運行的有條不紊也是一個很重要的保障。