铜熔炼转炉余热锅炉腐蚀与防护

铜熔炼转炉余热锅炉腐蚀与防护

　　用于有色金属冶炼的铜转炉，工作时产生大量高温烟气，热效率较低，为提高能源利用水平，推广用能的技术进步，铜陵金昌冶炼厂于1993年在3号铜转炉上配置了一台余热回收设备一余热锅炉。使用余热锅炉，不仅增产、节能，而且有利于二氧化硫的富化和降低制酸能耗，具有一定的经济效益。但由于生产工艺和备件难以达到其设计运行水平和使用材质及操作不当，使余热锅炉以极快的速度腐蚀损坏，影响了正常的生产，因此，分析余热锅炉腐蚀机理，寻找相应的防止措施是非常必要的。

　　2余热锅炉运行环境及现状分析金昌冶炼厂转炉余热锅炉由北京有色设计院设计，张家港船用锅炉厂鹆造，为强制循环方式，分为两个区，前部为辐射区，布置全鳍膜式水冷壁炉墙，后部为对流区，悬挂三组换热管束，即凝渣管束、第一、第二对流管束。所有管束尺寸均为038X4，材质为20g，用于回收30t/h转炉烟气余热。高温烟气由转炉排出，经冷却烟罩进入余热锅炉的辐射冷却室和对流受热面区，烟气经冷却后，排出锅炉，进入收尘系统收尘净化，再送往硫酸车间制酸。

　　余热锅炉的运行参数及烟气成份余热锅炉设计运行参数进口烟气量：23000（标况）m3/h进口烟气温度：750C出口烟气温度：蒸汽温度：给水温度：额定蒸发量：烟气阻力：气成份余热锅炉运行现状与腐蚀情况该余热锅炉自1993年投入生产运行以来，由于冶炼工艺条件限制，转炉生产的周期性和间断漏泄漏壁'泄冷束束水管管式渣流膜凝对1.3万元24.6万元1.7万元25万元性，烟气量和烟气温度变化极大，使锅炉蒸发量和蒸汽压力产生很大波动，无法保持其设计工作压力2. 94MPa.为减少压力波动，只能采取将余热锅炉蒸汽和厂区蒸汽管网并网办法，但管网压力仅为0. 75MPa，造成余热锅炉受热面管壁温度长期低于烟气中硫酸的露点温度，导致炉管腐蚀。经过对炉管检测，腐蚀速度竟超过2.8mm/a.由于管子腐蚀严重，1993年到1999年停炉频繁，检修改造费时费力，现状极为不佳。表1和表2表明了该炉运行维修情况。

　　表I 1993年8月至1999年11月余热锅炉停炉原因及次数积灰严重，热效率低附属设备问题合计表2 1993年8月至1999年11月腐蚀维修情况时间改造与检修原因1994.12对流区膜式水冷壁漏水严重未发生费用凝渣管束严重漏水，第一、第二对流管束漏水一、第二对流管束漏水严重。刮板19959除灰机链条积灰多、腐蚀、严重变形，外壳已腐烂凝渣管束、第一、第二对流管束漏水严重1996.9刮板除灰机灰斗腐烂1997.6水严重；刮板除灰机及灰斗腐烂，45万元对流区炉墙、炉顶漏风严重凝渣管束、第一、第二对流管束漏水严重凝渣管束、第一、第二对流管束漏1999.1水严重；炉顶漏风严重；刮板除灰30万元机头部装置腐蚀4万元存在的问题分析总结几年的工作，余热锅炉在生产过程中仍有下列问题有待解决，现对此作一分析。

　　从余热锅炉受热面管束低温腐蚀严重，漏水频繁。由于铜转炉生产特点，余热锅炉无法保―34持在设计要求的工作压力2. 94MPa，只维持低压运行，因此受热面管束管壁温度长期低于烟气露点温度，炉管导致腐蚀，腐蚀速度达2mm/a3mm/a，炉管穿孔现象严重。到目前为止，炉管漏水达几十次，每次漏点至少3个5个。每次漏水点刚处理好，转炉才开23炉次，又有其它地方漏水，直至余热锅炉被迫停车。

　　炉管检修极不方便，检修时间长。余热锅炉炉体净高为6.2m，每次漏水，炉内水雾一片，由于水的喷溅，检漏十分困难。即使找到漏点，也无法修补（设计管距s=100），只能在集箱顶部，切断这组管子的供水，既影响水循环，又严重影响检漏补漏作业人员的身体健康。

　　无振打装置，管束积灰严重。余热锅炉原设计采用锤击振打除灰方式，由于振打杆中心和受热面管束在施工中强力对正，运行一段时间后，振打杆和管束中心线发生偏移，使被打板沿管子中心径向移动，造成第一根管子与被打板之间焊缝或管子本身撕裂，一旦发生，就要停炉。但停止使用振打装置后，管束积灰较严重，只得采取运行一段时间（约一个月）就停炉一次，人工清灰。

　　余热锅炉管束制造工艺复杂余热锅炉受热面管束均为蛇形管，管径为038，壁厚为4rm5mm，弯头为R50，一方面弯头脊部减薄量难以控制，腐蚀穿孔时间短；另一方面，管束焊缝多，一组管束只要有一个渗漏点，必须封堵这组管子，既直接影响受热面积，又加剧了损坏。

　　余热锅炉附属设备及电收尘腐蚀严重余热锅炉受热面管束一旦漏水，由于转炉的大小炉子不配套，难以并炉，一时停不下来，炉体内产生大量的稀硫酸雾，对刮板除灰机本体和灰斗均产生了急骤的腐蚀，另一方面，带有大量的酸雾的烟气进入电收尘，使电收尘的电场器械及本体的腐蚀加剧，严重威胁着电收尘的使用寿命。

　　3余热锅炉腐蚀机理转炉的烟气成分及工艺条件决定了余热锅炉腐蚀的机理及程度，由于进入余热锅炉烟气温度变化大，且含有大量的烟尘、2、so2、H2及少量so3等，因此，余热锅炉主要有低温腐蚀、积灰磨损腐蚀、篼温腐蚀三类。金昌冶炼厂余热锅炉主要以低温腐蚀为主。

　　3.1低温腐蚀低温腐蚀是指锅炉受热面温度低于其露点温度时，硫酸蒸汽在管壁上凝结而产生的电化学腐蚀，低温腐蚀受酸雾浓度、金属壁温、凝结酸量及材质性质等因素影响。根据实际分析，铜转炉烟气中S02的转化率一般为1%―5%，在误差允许的范围内，露点温度tid可用下式来进行计算由上式计算知转炉烟气的露点温度tid=196.4C，远高于烟气中纯水蒸汽露点温度。一方面露点温度升高，意味着H2S04蒸汽遇到温度较高的壁面就可能结露，发生冷凝硫酸液的腐蚀，另一方面特别是余热锅炉漏风量大、温降大（余热锅炉热负荷最高时温度为760C，而最低时仅为250C）大量吸入炉内的空气使烟气中氧和水蒸汽的量迅速增加，使得硫酸的露点温度升高，加快了低温腐蚀，特别是在转炉停风锅炉热负荷下降时，管壁温度下降，冷凝酸增多，低温粘结灰量也增多。由于腐蚀与结瘤并存烟气流速成降低，管束表面换热系数小，壁温接近管内介质饱和温度，易发生低温腐蚀；在烟气流速高的地方，传质太强烈，也易发生比较严重的低温腐蚀。

　　积灰磨损腐蚀高含尘量的烟气流经余热锅炉受热面时，由于处理不当会造成受热面管束磨蚀、积灰，特别是高温区段，烟尘在受热面上粘结降低了受热面的传热效果，引起管面腐蚀。

　　高温腐蚀高温腐蚀是指烟气温度高于550C、锅炉受热面壁温高于相应烟气露点温度tid而发生的腐蚀。高温腐蚀有氧化、渗碳、硫化等8种模式，在管束表面形成的氧化膜，具有保护作用，硫化是最普遍的高温腐蚀，形成的硫化物危害很大。

　　烟气中含有氧和硫，一方面高温情况下管束表面开始氧化，形成氧化膜，在振打装置及炉温骤变的作用下，氧化膜脱落，新的氧化腐蚀又开始进行。另一方面，烟尘中的单体硫经积灰、氧化膜传到金属基体，高温硫化氧化使管壁表面出现凹孔、瘤块等腐蚀迹象。

　　余热锅炉的腐蚀防护根据腐蚀的机理，主要从低温腐蚀、积灰腐蚀和高温腐蚀三个方面来防止腐蚀。

　　4.1防止低温腐蚀根据金昌冶炼厂的情况，防止低温腐蚀，主要就是保证锅炉受热面管束壁温高于烟气露点温度3（TC5CTC（大约在220°C25CTC）这就要求余热锅炉的工作压力大于2.OMpa，贵冶、铜陵金隆公司转炉余热锅炉工作压力定为4.7Mpa，而金昌冶炼厂余热锅炉设计工作压力为2. 94MPa，由于工艺及锅炉配置问题，目前工作压力只有0.5MPa，因此应保证余热锅炉设计值。使用气密性炉壁和炉顶，可以降低锅炉漏风量。否则，漏入空气会增加烟气的湿度，提高露点温度。

　　为此，金昌冶炼厂在1997年、1999年分别上了二台GL―275型汽化冷却器，以减少锅炉负荷波动。结构上比余热锅炉要简单，管束不是蛇形而是直管。但由于三台炉子分别有各自的汽包，然后通过三台汽包再并入厂蒸汽管网，三台余热锅炉等于独立工作，一台炉子负荷低时，另一台炉子没有及时补充，如果三台锅炉一个大汽包组成一组炉水循环系统的联合运行的办法，将运行中炉水引至停炉的水管中去，借此维持炉水温度高于露点温度。三台锅炉其中一台长期备用，其他两台交替着周期性运行。贵冶和铜陵金隆等厂家的余热锅炉均按此设置。编排好转炉操作程序，合理地控制转炉操作周期，交错运行，尽可能减少烟气量和温度的波动对防止低温腐蚀是十分必要的。

　　从生产实践看，改善材质耐腐蚀性或增加管壁厚度也可以防止或减轻低温腐蚀。把原设计的受热面管束材质改为ND钢后，耐低温腐蚀性能明显加强。从每次大修拆下来的管束来看，凝渣管束、第一对流管束、第二对流管束腐蚀情况呈递减趋势，原设计壁厚全部为4mm，先改为6mm，后来根据实际运行，管壁厚度凝渣、第一对流、第二对流依次适宜地增厚为7mm、6mm、5mm 4.2防止积灰磨损腐蚀从大型有色企业来看，贵溪冶炼厂等转炉余素导致产量增加7088t外，因高效化改造使产量提高35466t，平均每月增产5066t，年增产可达60792t.10.5吨转炉连铸系统生产的连铸坯固定费用为75.79元/t，连铸坯每吨利润为168.7元/t，而生产。的生铁每吨利润55.01元/t，因此增产铸坯每年可创效益（按吨钢消耗吨铁计算）因提高中包寿命，节约耐火材料费用1机高效化改造后，因拉速提高，中包寿命由原来的7.8包提高到11.40包，吨钢耐材费用降低：：（1.以年产钢20万t计，则年效益为4. 9.3年总效益4万元=1235.42万元9.4投资回收费月平均效益15.45万元，项目总投资14万元，因此项目回收期为：10结论矩形坯连铸机高效化改造是成功的，改造后的各项指标均达到设计要求，因此，宣钢于1999年9月在北京冶金设备研究院的协助下对同机型的另一台连铸机（2机）也进行了改造，效果很好。

　　抛物线多锥度管式结晶器技术和半板簧振动技术以及二冷一段实现无辊浇铸技术在矩形坯（小板坯）连铸机上开创了先例。

　　为了进一步发挥la机、2机的生产能力，炼钢厂已安排在2000年度，每流年产量按大于14万t以上组织生产。

　　铸机高效化改造可带来巨大的经济效益，是钢厂今后发展的主要途径之一。

　　总之，宣钢炼钢厂认为，l、2tt连铸机的改造成功，已为1999年宣钢实现100万t钢打下了良好基础，同时也为其他铸机的改造提供了宝贵的经验。

　　（接35页）热锅炉每台（也称为一组受热面），设置4组，从锅炉侧面、辐射冷却室灰斗后侧和炉顶前端振打管子还是很有效的。振打或碰撞清灰与压缩空气吹灰相比，具有节约动力，避免烟气中因空气的增加而提高了露点温度，可以保持烟气二氧化硫浓度，对制酸有利，所以应恢复原设计的振打装置。由于金昌冶炼厂受热面管束为蛇形管，蛇形管的弯头部位最易积灰，也是最易腐蚀的部位，弯头部位考虑加一层防护层，可以延长受热面管束的整体寿命。

　　4.3防止高温腐蚀高温腐蚀的防止主要通过控制烟气中氧气的成分，另外也可以考虑增加易腐蚀部位的壁厚。

　　结语针对金昌冶炼厂转炉余热锅炉的运行现状，分析并讨论了余热锅炉的产生腐蚀原因和几种腐蚀机理，提出了几种防护措施。为了改善金昌冶炼厂铜熔炼转炉余热锅炉的运行现状，三台锅炉合作运行，保持较高的工作压力，减少波动热负荷是最根本的出路，而转炉交错运行的有条不紊也是一个很重要的保障。