煉鋼轉爐餘熱鍋爐結構設計中需要注意的問題
技術交流
作者：張世建
摘要：煉鋼轉爐餘熱爐的質量、運行狀況影響到煉鋼的持續進行與否，關係到煉鋼行業的效益。文章從結構設計的角度說明了煉鋼轉爐餘熱鍋爐需要注意的問題，提出在設計中應把握住密封、水循環安全性、熱膨脹、低周疲勞等，以實現餘熱鍋爐的正常運行，實現煉鋼的經濟效益和環保效益，為煉鋼行業發展提供支持。
關鍵詞：煉鋼轉爐餘熱鍋爐；結構設計；水循環；熱膨脹；低周疲勞
中圖分類號：TK473 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0069-02
煉鋼轉爐餘熱爐是煉鋼所用重要設備，其不但可回收煤氣、蒸汽及氧化鐵塵，實現煉鋼過程中的熱量調節，且對環境保護、提升資源利用率具有重要作用。結構設計環節是設備投入生產及生產實效的前提，設計質量直接關係到設備的運轉、效能，因此，必須關注煉鋼轉爐餘熱鍋爐結構設計研究，以提升煉鋼效率、維護能源安全。
1 煉鋼轉爐餘熱爐結構設計的重要性
煉鋼轉爐餘熱爐參與到煉鋼生產中，設備運行情況影響到煉鋼生產的經濟效益、環保效益及社會效益，尤其在環保理念、持續發展觀念增強的今天，必須從各個環節強化設備綜合效益研究。煉鋼轉爐餘熱爐結構設計是此設備生產的初始環節，設計質量直接影響到煉鋼轉爐餘熱爐的工作狀況。首先，煉鋼轉爐運行狀況直接影響其餘熱爐運行狀況；其次，從當前看，煉鋼轉爐餘熱爐的使用壽命較短，上段冷卻煙道約6～7年，下段冷卻煙道約2～3年，工作環境越是惡劣，其壽命越短；最後，受運行環境影響，餘熱爐發生故障的可能性極高，且後期維修困難，這不但影響了正常煉鋼，且容易造成安全問題。因此，要避免以上問題，需在設備進場的結構設計階段下工夫，通過控製餘熱爐的熱膨脹問題、水循環安全性問題等，實現延長餘熱爐使用壽命、提升其工作效率以及降低安全危害的工作目標。
2 煉鋼轉爐餘熱鍋爐結構設計中需要注意的問題
2.1 熱膨脹問題
煉鋼轉爐餘熱爐的溫度承受能力、調節能力直接影響其壽命及工作狀況，且對減少後期維修、節省生產成本、降低安全隱患具有重要作用，因此，熱膨脹問題是煉鋼轉爐餘熱爐結構設計中所關注的重點問題。在熱膨脹設計中應注意的問題有：
2.1.1 軸向熱膨脹設計。以往軸向熱膨脹設計主要集中在煙道連接處所使用的不鏽鋼膨脹節、耐高溫塑性材料可吸收的熱膨脹量、鍋爐支點鉸支及懸吊點以衡力彈簧所調節的鍋爐膨脹位移等。
2.1.2 徑向熱膨脹設計。相對於軸向熱膨脹，徑向熱膨脹設計關注度較少，從事故引發原因上分析，部分事故均由徑向熱膨脹問題引起，如餘熱爐高溫狀態工作時，因內部溫度過高造成內外壓力失衡，使管壁滲漏，造成設備故障或無法正常運行，因此，應在剛性梁柱設計中關注膨脹間隙問題，設計剛性梁柱時預留一定空隙，防止管道內外壓力失衡而造成管道脹裂。
2.2 低周疲勞問題
低周疲勞是餘熱爐運行中的常見問題，其多由餘熱爐運行狀況及其周期性變更引發，此問題的存在影響著設備的工作效率，結構設計時應關注此問題，集中處理引發低周疲勞的關鍵部位，並對可能性影響位置進行設計。
2.2.1 集箱與管接頭連接部位的設計。管接頭部位和集箱部位的連接處是引發低周疲勞破壞的主要地方，設計時應尤為關注此部位設計。在集箱與管接頭部位連接設計時，多以插入式或平坐式設計方式進行設計，而這兩種設計均為考慮到煉鋼轉爐餘熱爐運行過程中有可能發生的低周疲勞問題，從而影響了煉鋼轉爐的正常運行。因此，為增強集箱和管接頭連接部位的抗低周疲勞能力，設計時應全麵考慮低周疲勞問題，連接形式可根據實際采用高壓鍋爐盆座式設計。
2.2.2 水下降管、蒸汽引出管的設計。水下降管和蒸汽管與集箱的連接形式影響到開孔口徑的大小，開口孔徑越大，低周疲勞越嚴重，設備損壞越嚴重，因此，對大口徑飽和的蒸汽引管及水下降管多采用騎座式設計，以縮小開孔口徑，降低設備損壞，延長設備壽命。