转炉吹炼过程中高温炉气从炉口逸出的原因分析

转炉吹炼过程中高温炉气从炉口逸出的原因分析

一、烟道结构及布置剩余锅炉香烟由活动烟袋、输送道、主卷烟1段、主香烟2段、主香烟3段、主香烟6段、主香烟6段、辅助用车、供水管道和支架等组成。活动烟罩(见图1)由专用的锅炉无缝钢管横向盘绕成圆锥形,共有24层环管,每根环管组成一个单独的循环回路。裙罩内表面各层环管之间的间隙采用φ8mm的圆钢填充并且焊接成气密式结构,并使内表面平滑,防止结渣。裙罩呈倒圆台形,裙罩上部(环管)直径4200mm,下部(环管)直径5391mm,高1090mm,受热面积18.71m2,重约4.35t。管径51mm×5mm;活动烟罩的升降装置是采用机械卷扬系统,当转炉兑铁液、吹炼、出渣及出钢等操作时,裙罩需频繁提升和下降,升降行程为800mm。活动烟罩与炉口段烟道间的较小间隙,采用水封密封。上述这些烟道均为圆柱形管板式结构,内部的受热管束纵向布置(与烟气流平行),管束与板之间进行气密性焊接,形成膜式水冷壁。其受热面由φ38mm×4.5mm高压锅炉无缝钢管和6mm厚的扁钢焊制而成。烟道直径3200mm,炉口段烟道下口设计成小喇叭口,斜段与水平线的夹角为50°。在烟道长度方向上,每隔2m左右设置一个加强箍,使其有足够的刚度,以便在制造、运输、安装及使用过程中保持一定的结构形状,不会产生变形。主烟道的下部斜烟道与水平面夹角也是50°。此外炉口段烟道上开有氧枪口、副枪口及加料口,并装有相对应的氧枪口冷却罩、副枪口冷却罩及加料口冷却罩。主烟道2段有3个转弯点,转弯点以下的斜段与水平线的夹角为50°。转弯点以上为垂直段;第二个转弯点以下为垂直段,转弯点以上的斜段与水平线的夹角为45°;第三个转弯点以下的斜段与水平线夹角为45°,转弯点以上为水平段。部烟道的结构及直径与主烟道相同,烟气由主烟道水平进入尾部烟道,经两次45°转向后,垂直向下流入烟气净化装置。上述这些部位的冷却罩均采用圆柱形管板式结构,受热面管束纵向布置为密排管式水冷壁,受热面由锅炉无缝钢管组成。为了减少矿石对蒸发管系和联箱的磨损,在加料口冷却罩下部堆焊有2mm防磨层,氧枪口冷却罩顶部设置氧枪口氮封装置,副枪口冷却罩顶部设置副枪口氮封装置。上述烟道中除活动烟罩和炉口段烟道之间采用水封,炉口段烟道与主烟道1段采用不锈钢衬板柔性补偿器,其他各段之间则采用法兰联接,尾部烟道出口与除尘系统蒸发冷却器采用织物补偿器连接。通过以上连接方式的选择,有效地消除了汽化烟道冷热态变化热膨胀的释放,以消除应力破坏。活动烟罩采用链式提升悬挂结构配有防坠落安全链装置。炉口段烟道采用整体固定支座环形与钢平台梁固定相连,并在炉口段烟道斜段设有固定支撑。主烟道1段采用滑动支座。主烟道2段采用铰接支座。主烟道3段和尾部烟道采用弹性吊挂设施固定。该系统几种支吊架结构的组合选择,有效地保证了整体烟道的固定和轴向、径向的自由位移。每套余热锅炉设置1台锅筒,内直径为2800mm,全容积73m3。锅筒内装有两级分离装置,分离后的饱和蒸汽经蓄热器送入管网。每台余热锅炉配置1台除氧器,其直径为DN2800mm,除氧能力为50t/h,除氧水箱容积53m3。两台余热锅炉共配置3台蓄热器,每台容积180m3。该蓄热器为变压式蓄热器,压力为2.5～1.3MPa,即充汽压力为2.5MPa,放汽压力1.3MPa。每套余热锅炉配置两台给水泵,流量120m3/h,扬程25m,电动机功率280kW。给水泵1运1备。配置两台低压循环水泵,流量550m3/h、扬程15m,电动机110kW/380V。低压循环水泵1运1备。配两台高压循环水泵,1运1备。流量920m3/h,扬程10m,电动机220kW/380V。循环管路采用吊架和支架相结合方式,采用弹簧支架和吊架,另外在主要易振动管段设置部分管道阻尼器,有效地消除了管路振动。二、高压自然系统的循环回路余热锅炉的循环系统(见图2):烟道和锅筒构成余热锅炉高压循环系统,烟罩、除氧器构成低压循环系统,全部采用全汽化冷却方式。汽化烟道本体分成6段:活动烟罩、炉口段烟道、主烟道1段、主烟道2段、主烟道3段和尾部烟道。各段采用不同的循环方式:活动烟罩(含氧枪口水套、副枪口水套和加料口水套)低压强制循环;炉口段烟道高压强制循环;主烟道1段、主烟道2段、主烟道3段以及尾部烟道高压自然循环,具体循环回路组成简述如下。其循环冷却水来自除氧水箱的给水。低压循环水泵将除氧水送至裙罩吸热后,形成的汽水混合物又回到除氧水箱,生成的蒸汽用来加热进入除氧器的补给水,未汽化的水又继续进入裙罩中循环。因此,除氧水箱可看作是低压系统的锅筒。低压强制循环系统还包括氧枪套及下料溜槽套等回路。此设计有如下优点:1)利用除氧水箱作为该系统的锅筒,使系统简单,减少设备,降低投资。2)系统运行压力较低,只有0.2～0.3MPa,保证了活动烟罩的安全运行。采用高压强制循环系统。每座转炉设两台高压循环泵,利用循环水泵的压头来保证受热管内介质的正常流动,以便将高温烟气的热量迅速带走。采用高压自然循环系统,在其循环回路中不设循环水泵,依靠其回路内部产生的流动压头来维持循环。为了保证烟道循环的安全可靠,在烟道顶部180°转弯处分成两段,前段称为主烟道,后段称为尾部烟道,为便于制造、安装和检修,主烟道又分成三段(主烟道1段、主烟道2段和主烟道3段),分别组成三个单独的自然循环回路。三、蒸汽母管及锅筒的控制因转炉的工作性质为周期性间断吹炼,因此转炉余热锅炉所产生的蒸汽量也随之周期性变化,为了有效地利用这种波动的蒸汽,在蒸汽系统中装设了蓄热器,其作用是将转炉余热锅炉装置产生的周期性波动的蒸汽,通过蓄热器的调节,连续而稳定地向外供汽,使蒸汽得到最大限度的回收和利用。蓄热器与余热锅炉采取并联系统,蒸汽母管至外网的调节阀采用定流量调节方式。系统的充热压力为2.9MPa,放热压力为1.3MPa。为了保证外网压力不致过高,当外网压力超过1.3MPa时,将关闭调节阀。蒸汽母管采用单母管集中制,锅筒与蓄热器分别与母管相接,蒸汽母管尺寸为DN450mm。锅筒与蒸汽母管间的主蒸汽管道的尺寸为DN350mm。锅筒出口装有止回阀、闸阀和流量孔板等。为了使系统在转炉吹炼的间歇时间经常处于热备用状态,以便当转炉吹炼时,系统能迅速升至工作压力,保证循环安全可靠,在主蒸汽管路上装有接至锅筒空间的加热管。当转炉停吹后,系统的压力降至系统工程的低压蒸汽外网的压力时,外网蒸汽将通过此加热管加热炉水。加热管尺寸为DN150mm,加热管上装1个止回阀。在蒸汽母管通向低压蒸汽外网的出口处,装有一组调节阀,为定流量调节方式,使输送到外网的蒸汽量保持恒定的数值,在正常情况下,可按冶炼周期平均产汽量向外供汽。四、除氧器、锅炉、除氧系统采用软化水作为余热锅炉的补给水。锅炉给水水质要求如下:总硬度≤0.0175mmol/L,pH值7.5～9.5,油≤2mg/L,溶解氧≤0.05mg/L。给水进入锅筒前,要经过除氧器除氧,使给水中的含氧量降至0.05mg/L以下,以防止给水管道及各种设备发生氧腐蚀,本系统选用了淋水盘式热力除氧器,除氧器工作压力为0.2～0.3MPa。由管道送来的软水首先进入软水箱,然后经软水泵送至除氧器,经过除氧后,再由给水泵送至锅筒。给水泵出口侧管道采用单元制,每套余热锅炉配置两台给水泵,1台运行,1台备用。锅筒给水调节方式为三冲量自动调节系统,主要根据锅筒水位信号,并附加蒸汽流量和给水流量修正信号,来控制给水阀的开度,以调节给水流量。采用吹氧期给水的间断给水方式,给水调节阀的启闭与氧枪的升降联锁。五、运行状态及成效通过以上转炉余热锅炉的系统优化设计,河北钢铁集团宣钢公司150t转炉自投产后运行至今运行状态良好无事故。在活动烟罩升降密封、自动补水、蒸汽外供、微差压取样、尾部烟道温度控制、烟道位移及管道振动控制等指标上,均收到了良好的成效。合理的结构设计选择,细节的设计控制,是该系统稳定运行的有力保障,是值得推广的一项技术。(1)活动烟草袋(2)路桥段的烟雾、主香烟段、主香烟2段和主香烟3段(3)