加热炉汽化冷却系统故障诊断及改进

２００１年第１期（总第２０期）山西桂源与节能　　　　　　　　　　ＳＨＡＮＸＩ　ＥＮＥＲＧＹ　ＡＮＤ　ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ２００１年３月出版　　连续式加热炉汽化冷却系统故障诊断及改进黄永强（长治钢铁（集团）有限公司，山西长治０４６０３１）摘要：对长钢第四札钢厂汽化系统故障进行诊断，提出改进建议，采取了一系列改进措施，解决了爆管万方数据问题，提高了加热炉有效作业率。关键词：汽化冷却；加热炉；炉筋管中图分类号：ＴＤ７１２文献标识码：Ｂ　　　　　　长钢第四轧钢厂连续加热炉采用自动循环汽化冷却方式，汽包高度１０．　５ｍ，设计产汽量：Ｄ　＝９ｔ／ｈ，工作压力：Ｐ＝０．　７８ＭＰａ，饱和温度：ｔｂ＝１６９．６　｀Ｃ，汽包圆面积：Ａ＝１．　５４　ｍ２，汽包长度Ｌ＝　７　６００　ｍｍ，管底比为６５％。１概述长期以来，加热炉汽化冷却系统经常发生故障，　　　　主要表现在：汽化冷却系统循环不畅，水锤现象严重。炉筋管烧红后发生塌腰、鼓包、爆管，被迫停炉检修处理。由于停炉需经过降温、检修更换损坏部件、烘炉等多道工序。平均每次停炉需４８　ｈ－５６　ｈ，不仅耗费了大量人力、物力，也影响产量。特别是１９９７年，共发生炉底管变形、爆管被迫停炉３２次，共影响生产时间１　５３２．１６　ｈ，严重威胁四轧厂正常生产。根据大量现场实测数据，　　　　对炉筋管烧红变形产生的原因进行认真的分析研究，确定了纵炉筋管管路设计不合格、循环流动阻力大、汽化点分布不合理等影响汽化冷却系统循环不畅的主要原因。根据以上原因相应地制定出改变纵炉筋管下联箱管径及标高，改变纵炉管根数及走向，减化横水管，改变热工制度等措施，在１９９７年１２月份加热炉大修时，分别按制定的６条措施进行技术改造。　　　　改造后，经过２ａ运行，没有发生因汽化冷却系统循环不畅造成炉筋管烧红变形塌腰现象。加热炉有效作用率提高了８．７　０　ｏ，管底比降底１９．５　０　ｏ。为四轧厂月产达２．３万ｔ奠定了坚实的基础，节省了大量人力、物力，降低热耗，改造获得圆满成功。收稿日期：２０００－１２－１１作者简介：黄永强（１９７４－），男，山西长治人。１９９６年毕业于冶金工业学校热能工程专业，技术员。２故障诊断及分析２．１热负荷对炉筋管烧红变形的影响该炉汽化冷却系统设计产量为９　　　　　ｔ／ｈ，但由于炉底管在整个生产过程中经受着钢料的强烈震动和冲击，绝热层易于破损和脱落。此外，由于该炉采用均热段强化加热，致使钢料烧化时绝热层即遭受严重侵蚀，使其寿命大大降低，脱落７５写时，蒸汽量可达１２　ｔ／ｈ－１５　ｔ／ｈ，由于热负荷的增加，炉温在１　３５０　＂Ｃ时，炉筋管热强度可达０．　５６５　Ｘ　１０６　ｋＪ／ｍ２・ｈｏ汽化冷却中，长期内水循环实际流量Ｇ与流速　　　　ｗ超过临界流量ＧＫ及临界流速ｗ二时，在高速循环流动中使汽和水均匀混合成雾状或微小泡沫型汽泡，可保证系统安全运行，当Ｇ小于ＧＫ及Ｗ小于ＷＫ时，则形成炮弹型或圆柱型大型阻塞汽泡，形成气阻，破坏了汽化冷却系统的自然循环，形成不规则强烈的水锤现象。使炉底管壁温度升高发红，超过碳素钢４８０℃的允许温度，而使炉底管变形、鼓包、爆管。２．２水循环阻力的影响自然循环汽化冷却的总压差公式为：　　　　ｐ水ｇｈ一△尸下件ｐ提ｇｈ＋ＯＰ上　　　　（１）ｐ水一水的密度，　　　　　　　　ｈ一汽包高度，ＯＰ下一下降管总阻力，　　　　Ｐａ一汽水混合物密度，　　　　△尸上一上升管总阻力。　　　　　　　　由式（１）可知阻力损失小，冷却工质流速大，冷却效果好，改造前该循环管路共有弯头１３个，其中直角弯头６个，这势必造成水循环阻力过大。按设计要求，　　　　下降进水联箱截面积为：Ｆ＝　　　　　（１．　５一２）２　；．ｆ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）Ｆ一下联箱截面积，　　　　万方数据２００１年第１期黄永强：连续式加热炉汽化冷却系统故障诊断及改进．４７。Ｙｆ－纵水管截面积之和，化加热，形成局部温度过高，炉温严禁超过１　３５０℃。原下降管联箱为２１９ｍｍＸ６ｍｍ，纵水支管为３．５炉筋管包扎料原用水调和改用ＰＡ＇－８０胶调１０８　ｍｍ　Ｘ４　　ｍｍ，计算可得：和，以提高包扎料的热强度，降低其脱落率。Ｆ＝粤（２１９一１２）２＝３３　６５４　３．６将预热段２根横滑道拆掉，改为高铝磷酸盐支４　　　　　　　　ｍｍ＇撑垛加耐热垫铁支撑以降低热损失。＞＞　一一ｆ＝粤（４１０８一８）２Ｘ３二２３　５６２　ｍｍ＇４改造的结果．１（＜Ｆ　　　　　５一２）Ｚｆｏ根据１９９７年影响时间１　　　　　５３２．１６　ｈ，影响次数３２　　　　因此，下降联箱流通截面小，产生的阻力损失大，次计算：易产生两水管间流量分配的不均和相互干扰。ａ）降低材料费　　　　另外，　　　　根据经验公式下联箱中心标高比纵水管中无缝管：　　　　　　　　０．　９６５　ｔ／次Ｘ３２次Ｘ　６　０８０元八＝心标高低１　ｍ－２　ｍ，以使产生的汽泡向上升管流动，１８．７８万元　　　　　　　　而连轧厂高差只有０．　３２４　ｍ，则造成汽泡倒流。耐火材料：　　　　　　０．　３　６　ｔ／次Ｘ３２次Ｘ　１０　５００元八二３改进措施１２．　　　　　　　　　０９６万元３．１纵炉筋管下联箱直径由２１９　ｍｍ　Ｘ６　ｍｍ改为ｂ）降低施工费　　　　３２５　ｍｍ　Ｘ　１０　ｍｍ，使Ｆ＞（１．　５－２）Ｚ，ｆ，减少了下降　　　　　　　　３　０００元／次Ｘ３２次二９．　６万元阻力，且避免流量的分配不均，将下联箱中心标高与ｃ）因停炉影响产量计算全年创效益　　　　纵炉筋管中心标高位差调整为１．　７９　ｍ，以增加下降计算公式：影响时间Ｘ小时产量Ｘ加热炉开动率　　　　阻力，防止汽水倒流。Ｘ轧机作业率Ｘ吨钢利润３．２纵炉筋管经断面模数和挠度验算后，由３根改１　　　　　５３２．　１６　ｈ　Ｘ　３５　ｔ／ｈ　Ｘ　９０％Ｘ７０％Ｘ　１５０元／ｔ＝为２根，以提高实际流量，使Ｇ＞Ｇ，；，实际流速Ｗ＞５０６．　７６万元ＷＫ。以上共节约５４７．　　　　　２３６万元３．３纵炉筋管均热段Ｓ弯头改为平出，以降低上升参考文献：管阻力。［１］汤学忠．热能转换与利用〔Ｍ］，北京：冶金工业出版社３．４改变热工制度，严格标准化作业，禁止均热段强１９９２．（上接第４５页）从而提高了燃烧温度，强化了燃烧过程。同时破坏了　　　　　　　　４；一固体不完全燃烧损失热量，Ｋｃａｌ／ｋｇ，燃煤中的灰壳，使燃烧室内的不完全燃烧物得到了ｑ５　　　　　　　　一散热损失热量，Ｋｃａｌ／ｋｇ，充分燃烧，使燃料输人热量的有效利用率得到提高。４ｓ　　　　　　　　一灰渣物理热损失热量，Ｋｃａｌ／ｋｇ，汽化式强化燃烧技术由下列的装置组成。　　　　　　　　其中，燃烧固体未完全燃烧损失热量和排烟损　　【　　ｖＣＡ＃｝ｒ５ｆ￣｛２Ｍ％１－ｃ￣失热量是锅炉燃烧的主要损失热量，在损失热量中Ａｆ　　ｔ　ａ　　＊，－Ａ￣｛ａｒｉ２ｒ困冲占有较大的比重，而这项损失热量又取决于锅炉的ｘＦ　　－＂　ｆ　　ＪＥ一￣医丽丽丽童｛燃烧状况及燃烧方式。　　　　该装置结构简单，布局合理，不需破坏及改动锅汽化式强化燃烧技术是利用锅炉燃烧室中高　　　　炉原有的本体结构。操作简便，司炉工不需再培训即温，运用气化式热化学燃烧机理，通过改进燃烧方可操作，不增加劳动强度。该装置在运行中不消耗能式，向燃烧室注人微量的汽化水，使燃烧反应由缓慢源，不会产生“三废”。的表面反应转化为迅速的空间反应，达到高效节能和清除烟尘的综合目的。它主要是通过锅炉中的鼓３结论风机的风力形成汽化水，定量加人风管雾化装置成　　　　汽化式强化燃烧技术作为一种新的燃烧方式，为雾化水分子，雾化后的水分子在燃烧室内与燃煤通过改变锅炉的燃烧状况，达到高效节能和消除烟中的高温碳发生强烈的氧化反应。尘的综合目的。为工业锅炉的节能降耗创出了新的高温Ｈ，　　　　Ｏ＋Ｃ－ＣＯ个＋Ｈ：个，燃烧技术。产生的氢在高温氧的存在下自燃，产生轻微的爆炸，