銅熔煉轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐腐蝕與防護(hù)

　銅熔煉轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐腐蝕與防護(hù)俱拴霞吳扣根（金昌冶煉廠銅陵244107）（上海大學(xué)200072）―5.2―2.94型轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐運(yùn)行環(huán)境與腐蝕情況的基礎(chǔ)上，探討了余熱鍋爐受熱面的腐蝕機(jī)理，并提出了余熱鍋爐在實(shí)際運(yùn)行情況的防止腐蝕措施。

　　用于有色金屬冶煉的銅轉(zhuǎn)爐，工作時產(chǎn)生大量高溫?zé)煔�，熱效率較低，為提高能源利用水平，推廣用能的技術(shù)進(jìn)步，銅陵金昌冶煉廠于1993年在3號銅轉(zhuǎn)爐上配置了一臺余熱回收設(shè)備一余熱鍋爐。使用余熱鍋爐，不僅增產(chǎn)、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(jīng)濟(jì)效益。但由于生產(chǎn)工藝和備件難以達(dá)到其設(shè)計(jì)運(yùn)行水平和使用材質(zhì)及操作不當(dāng)，使余熱鍋爐以極快的速度腐蝕損壞，影響了正常的生產(chǎn)，因此，分析余熱鍋爐腐蝕機(jī)理，尋找相應(yīng)的防止措施是非常必要的。

　　2余熱鍋爐運(yùn)行環(huán)境及現(xiàn)狀分析金昌冶煉廠轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐由北京有色設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，張家港船用鍋爐廠鵒造，為強(qiáng)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(zhì)為20g，用于回收30t/h轉(zhuǎn)爐煙氣余熱。高溫?zé)煔庥赊D(zhuǎn)爐排出，經(jīng)冷卻煙罩進(jìn)入余熱鍋爐的輻射冷卻室和對流受熱面區(qū)，煙氣經(jīng)冷卻后，排出鍋爐，進(jìn)入收塵系統(tǒng)收塵凈化，再送往硫酸車間制酸。

　　余熱鍋爐的運(yùn)行參數(shù)及煙氣成份余熱鍋爐設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)口煙氣量：23000（標(biāo)況）m3/h進(jìn)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(yùn)行現(xiàn)狀與腐蝕情況該余熱鍋爐自1993年投入生產(chǎn)運(yùn)行以來，由于冶煉工藝條件限制，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)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(chǎn)生很大波動，無法保持其設(shè)計(jì)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(wǎng)并網(wǎng)辦法，但管網(wǎng)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(diǎn)溫度，導(dǎo)致爐管腐蝕。經(jīng)過對爐管檢測，腐蝕速度竟超過2.8mm/a.由于管子腐蝕嚴(yán)重，1993年到1999年停爐頻繁，檢修改造費(fèi)時費(fèi)力，現(xiàn)狀極為不佳。表1和表2表明了該爐運(yùn)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(shù)積灰嚴(yán)重，熱效率低附屬設(shè)備問題合計(jì)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(yán)重未發(fā)生費(fèi)用凝渣管束嚴(yán)重漏水，第一、第二對流管束漏水一、第二對流管束漏水嚴(yán)重。刮板19959除灰機(jī)鏈條積灰多、腐蝕、嚴(yán)重變形，外殼已腐爛凝渣管束、第一、第二對流管束漏水嚴(yán)重1996.9刮板除灰機(jī)灰斗腐爛1997.6水嚴(yán)重；刮板除灰機(jī)及灰斗腐爛，45萬元對流區(qū)爐墻、爐頂漏風(fēng)嚴(yán)重凝渣管束、第一、第二對流管束漏水嚴(yán)重凝渣管束、第一、第二對流管束漏1999.1水嚴(yán)重；爐頂漏風(fēng)嚴(yán)重；刮板除灰30萬元機(jī)頭部裝置腐蝕4萬元存在的問題分析總結(jié)幾年的工作，余熱鍋爐在生產(chǎn)過程中仍有下列問題有待解決，現(xiàn)對此作一分析。

　　從余熱鍋爐受熱面管束低溫腐蝕嚴(yán)重，漏水頻繁。由于銅轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)特點(diǎn)，余熱鍋爐無法保―34持在設(shè)計(jì)要求的工作壓力2. 94MPa，只維持低壓運(yùn)行，因此受熱面管束管壁溫度長期低于煙氣露點(diǎn)溫度，爐管導(dǎo)致腐蝕，腐蝕速度達(dá)2mm/a3mm/a，爐管穿孔現(xiàn)象嚴(yán)重。到目前為止，爐管漏水達(dá)幾十次，每次漏點(diǎn)至少3個5個。每次漏水點(diǎn)剛處理好，轉(zhuǎn)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(nèi)水霧一片，由于水的噴濺，檢漏十分困難。即使找到漏點(diǎn)，也無法修補(bǔ)（設(shè)計(jì)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(yán)重影響檢漏補(bǔ)漏作業(yè)人員的身體健康。

　　無振打裝置，管束積灰嚴(yán)重。余熱鍋爐原設(shè)計(jì)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(qiáng)力對正，運(yùn)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(yán)重，只得采取運(yùn)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(fù)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(diǎn)，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(shè)備及電收塵腐蝕嚴(yán)重余熱鍋爐受熱面管束一旦漏水，由于轉(zhuǎn)爐的大小爐子不配套，難以并爐，一時停不下來，爐體內(nèi)產(chǎn)生大量的稀硫酸霧，對刮板除灰機(jī)本體和灰斗均產(chǎn)生了急驟的腐蝕，另一方面，帶有大量的酸霧的煙氣進(jìn)入電收塵，使電收塵的電場器械及本體的腐蝕加劇，嚴(yán)重威脅著電收塵的使用壽命。

　　3余熱鍋爐腐蝕機(jī)理轉(zhuǎn)爐的煙氣成分及工藝條件決定了余熱鍋爐腐蝕的機(jī)理及程度，由于進(jìn)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(diǎn)溫度時，硫酸蒸汽在管壁上凝結(jié)而產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕，低溫腐蝕受酸霧濃度、金屬壁溫、凝結(jié)酸量及材質(zhì)性質(zhì)等因素影響。根據(jù)實(shí)際分析，銅轉(zhuǎn)爐煙氣中S02的轉(zhuǎn)化率一般為1%―5%，在誤差允許的范圍內(nèi)，露點(diǎn)溫度tid可用下式來進(jìn)行計(jì)算由上式計(jì)算知轉(zhuǎn)爐煙氣的露點(diǎn)溫度tid=196.4C，遠(yuǎn)高于煙氣中純水蒸汽露點(diǎn)溫度。一方面露點(diǎn)溫度升高，意味著H2S04蒸汽遇到溫度較高的壁面就可能結(jié)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(fēng)量大、溫降大（余熱鍋爐熱負(fù)荷最高時溫度為760C，而最低時僅為250C）大量吸入爐內(nèi)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(diǎn)溫度升高，加快了低溫腐蝕，特別是在轉(zhuǎn)爐停風(fēng)鍋爐熱負(fù)荷下降時，管壁溫度下降，冷凝酸增多，低溫粘結(jié)灰量也增多。由于腐蝕與結(jié)瘤并存煙氣流速成降低，管束表面換熱系數(shù)小，壁溫接近管內(nèi)介質(zhì)飽和溫度，易發(fā)生低溫腐蝕；在煙氣流速高的地方，傳質(zhì)太強(qiáng)烈，也易發(fā)生比較嚴(yán)重的低溫腐蝕。

　　積灰磨損腐蝕高含塵量的煙氣流經(jīng)余熱鍋爐受熱面時，由于處理不當(dāng)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(jié)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(yīng)煙氣露點(diǎn)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(hù)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(jìn)行。另一方面，煙塵中的單體硫經(jīng)積灰、氧化膜傳到金屬基體，高溫硫化氧化使管壁表面出現(xiàn)凹孔、瘤塊等腐蝕跡象。

　　余熱鍋爐的腐蝕防護(hù)根據(jù)腐蝕的機(jī)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(jù)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(diǎn)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(zhuǎn)爐余熱鍋爐工作壓力定為4.7Mpa，而金昌冶煉廠余熱鍋爐設(shè)計(jì)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(yīng)保證余熱鍋爐設(shè)計(jì)值。使用氣密性爐壁和爐頂，可以降低鍋爐漏風(fēng)量。否則，漏入空氣會增加煙氣的濕度，提高露點(diǎn)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(fù)荷波動。結(jié)構(gòu)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(wǎng)，三臺余熱鍋爐等于獨(dú)立工作，一臺爐子負(fù)荷低時，另一臺爐子沒有及時補(bǔ)充，如果三臺鍋爐一個大汽包組成一組爐水循環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行的辦法，將運(yùn)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(diǎn)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(yùn)行。貴冶和銅陵金隆等廠家的余熱鍋爐均按此設(shè)置。編排好轉(zhuǎn)爐操作程序，合理地控制轉(zhuǎn)爐操作周期，交錯運(yùn)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(chǎn)實(shí)踐看，改善材質(zhì)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(shè)計(jì)的受熱面管束材質(zhì)改為ND鋼后，耐低溫腐蝕性能明顯加強(qiáng)。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(shè)計(jì)壁厚全部為4mm，先改為6mm，后來根據(jù)實(shí)際運(yùn)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(zhuǎn)爐余素導(dǎo)致產(chǎn)量增加7088t外，因高效化改造使產(chǎn)量提高35466t，平均每月增產(chǎn)5066t，年增產(chǎn)可達(dá)60792t.10.5噸轉(zhuǎn)爐連鑄系統(tǒng)生產(chǎn)的連鑄坯固定費(fèi)用為75.79元/t，連鑄坯每噸利潤為168.7元/t，而生產(chǎn)。的生鐵每噸利潤55.01元/t，因此增產(chǎn)鑄坯每年可創(chuàng)效益（按噸鋼消耗噸鐵計(jì)算）因提高中包壽命，節(jié)約耐火材料費(fèi)用1機(jī)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(fèi)用降低：：（1.以年產(chǎn)鋼20萬t計(jì)，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(fèi)月平均效益15.45萬元，項(xiàng)目總投資14萬元，因此項(xiàng)目回收期為：10結(jié)論矩形坯連鑄機(jī)高效化改造是成功的，改造后的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因此，宣鋼于1999年9月在北京冶金設(shè)備研究院的協(xié)助下對同機(jī)型的另一臺連鑄機(jī)（2機(jī)）也進(jìn)行了改造，效果很好。

　　拋物線多錐度管式結(jié)晶器技術(shù)和半板簧振動技術(shù)以及二冷一段實(shí)現(xiàn)無輥澆鑄技術(shù)在矩形坯（小板坯）連鑄機(jī)上開創(chuàng)了先例。

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

　　鑄機(jī)高效化改造可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)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(rèn)為，l、2tt連鑄機(jī)的改造成功，已為1999年宣鋼實(shí)現(xiàn)100萬t鋼打下了良好基礎(chǔ)，同時也為其他鑄機(jī)的改造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

　�。ń�35頁）熱鍋爐每臺（也稱為一組受熱面），設(shè)置4組，從鍋爐側(cè)面、輻射冷卻室灰斗后側(cè)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(diǎn)溫度，可以保持煙氣二氧化硫濃度，對制酸有利，所以應(yīng)恢復(fù)原設(shè)計(jì)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(hù)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(jié)語針對金昌冶煉廠轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的運(yùn)行現(xiàn)狀，分析并討論了余熱鍋爐的產(chǎn)生腐蝕原因和幾種腐蝕機(jī)理，提出了幾種防護(hù)措施。為了改善金昌冶煉廠銅熔煉轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的運(yùn)行現(xiàn)狀，三臺鍋爐合作運(yùn)行，保持較高的工作壓力，減少波動熱負(fù)荷是最根本的出路，而轉(zhuǎn)爐交錯運(yùn)行的有條不紊也是一個很重要的保障。