高炉煤气锅炉炉墙的改造

摘 要

摘要：结合某高炉煤气锅炉运行中炉内压力波动导致炉墙开裂问题，对高炉煤气锅炉炉墙的改造进行了探讨。改造对象为炉膛顶部炉墙、尾部烟道顶部炉墙及防爆门。 关键词： 高
    摘要：结合某高炉煤气锅炉运行中炉内压力波动导致炉墙开裂问题，对高炉煤气锅炉炉墙的改造进行了探讨。改造对象为炉膛顶部炉墙、尾部烟道顶部炉墙及防爆门。
    关键词： 高炉煤气锅炉； 炉墙； 防爆门； 设计
    Abstract：The reconstruction of blast furnace gas—fired boiler furnace wall is discussed based on the furnace wall cracking caused by internal pressure fluctuation during the operation of a blast fhrnace gas—fired boiler．The reconstruction objects are the top wall of the fhrnace，the top wall of the rear flue and the explosion door．
Key words： blast furnace gas-fired boiler； furnace wall； explosion door；design
 
1 概述
高炉煤气具有热值低、压力低、燃烧时火焰不稳定、燃烧器易熄火的特点，导致高炉煤气锅炉在运行时炉内压力波动频繁[1]。因此在设计高炉煤气锅炉时，应注意加强炉墙的强度以防止炉膛内部压力波动破坏炉墙结构。在燃烧器熄火后应对炉膛进行充分吹扫，并定期检查防爆门，以确保当炉内压力过高时防爆门能及时开启。本文结合某钢厂一台高炉煤气锅炉在运行中炉内压力波动导致炉墙开裂问题，对高炉煤气锅炉炉墙的改造进行探讨。
2 运行中出现的问题及改造方法
①高炉煤气锅炉概况
某钢厂一台型号为SHS20—2.5/400-Q的高炉煤气锅炉，采用双锅简横置式布置，高炉煤气锅炉的整体结构见图1。基本参数为：额定蒸发量20 t/h、过热蒸汽压力2.5 MPa、过热蒸汽温度400℃、给水温度104℃、排烟温度l60℃、锅炉设计热效率86%、上锅筒标高10.5m、炉膛宽度(两侧水冷壁中心线距离)3．5 in、炉膛深度(前后水冷壁中心线距离)3.54m、锅炉宽度(左右柱中心线距离)4.69 m。
 

②炉膛顶部炉墙
    在运行过程中，由于高炉煤气的产量不稳定，压力较低，燃烧器出现数次熄火。不久，现场运行人员在炉膛顶部炉墙发现几处裂缝。现场检查后发现，炉膛顶部的包墙管为单根光管结构，耐火层采用异形耐火砖敷设，绝热层采用轻质保温砖，最外层用石棉泥抹面密封，改造前炉膛顶部炉墙的结构见图2。
 

    询问现场司炉人员得知，在燃烧器熄火后，未对炉膛与烟道进行吹扫就直接点火，发生过数次爆燃。分析后认为，高炉煤气着火后火焰中心温度较低，CO、NO2含量多，燃烧速度低，煤气的燃尽时间较长。燃烧器熄火后，炉膛内仍残留较多的可燃气体，这些可燃气体没有被吹扫干净就立即点火，导致可燃气体爆燃，炉内压力突然升高[2]。改造前的炉膛顶部炉墙承受内部压力波动能力较差，加上本身就存在砖缝，在炉内压力的反复波动下砖缝被冲开，扩大后形成裂缝。
    为防止裂缝再次产生，对炉膛顶部炉墙结构进行了改造，改造后炉膛顶部炉墙的结构见图3。先用异型耐火砖敷设，然后再捣打50 mm厚的耐火混凝土，并在耐火混凝土中间加钢筋网格加固，绝热层仍采用轻质保温砖，外层用石棉泥抹面。改造后的结构既增强了顶部炉墙的强度，还使得顶部炉墙的密封性得到改善。

 
③尾部烟道顶部炉墙

维修后锅炉点火运行，炉膛顶部炉墙再未出现问题。但运行数月后，在尾部烟道拱顶外表面发现了裂缝，裂纹位置见图4。经现场检查得知，尾部烟道拱顶出现裂缝的原因与炉膛顶部炉墙相同。尾部烟道拱顶为3个拱形结构，承受上部炉墙的重量并传递给支撑钢梁。尾部烟道除拱顶外其他炉墙为重型炉墙(结构见图5)。显然重型炉墙较为坚固，顶部拱形结构的炉墙较为薄弱。虽然拱形结构在承受自上至下的压力时很可靠，但对于内部瞬时升高的压力却无法承受。在炉内压力的频繁波动下，拱顶中的耐火砖缝被冲开，逐渐形成了连续的裂缝。
将原来用耐火砖砌成的3个拱顶拆除，在支撑钢梁之问用16号槽钢连成方格，方格之间用Ø6钢筋连成200 mm×200 mm的网格。钢架焊好后，整体浇注100 mm厚的耐火混凝土，然后上面加蛭石绝热层，外层捣打20mm厚的石棉泥抹面，改造后尾部烟道顶部炉墙的结构见图6。这样增强了炉墙的强度，可以有效抵抗压力冲击。
④防爆门
尾部烟道拱顶出现裂缝也反映出，当炉内压力突然升高时，防爆门存在未能及时自行开启泄压的问题。


    改造前后的防爆门结构分别见图7、8。改造前防爆门盖与竖直炉墙的夹角为70°。由力学分析可知，防爆门盖与竖直炉墙的夹角越大，需要的开启力量就越大[3]。改造前防爆门盖与竖直炉墙的夹角为70°，防爆门开启需要的力很大。为解决防爆门开启力大的问题，对原有防爆门进行改造，改造后防爆门盖与竖直炉墙的夹角变为30°，这样防爆门需要的开启力就减小很多，炉内压力突然升高时可以迅速开启泄压，有效地防止炉内压力突然升高对尾部烟道顶部炉墙造成破坏。
 
3 结语
经改造后，该高炉煤气锅炉一直安全运行，未出现类似的问题。在设计高炉煤气锅炉的炉墙时，除了注意密封、绝热的要求外，还应注意从结构上提高炉墙的强度，防止炉内压力波动对炉墙造成破坏，保证锅炉连续安全运行。
 
 
参考文献：
[1] 王华锋，郭明洲，白红彬．高炉煤气锅炉的设计[J]．煤气与热力，2008，28(1)：A01-A02．
[2] 赵钦新，惠世恩．燃油、燃气锅炉[M]．西安：西安交通大学出版社，2000:16—63．
[3] 陈富昌，乔昌军．锅炉重力式防爆门浅析[J]．工业锅炉．2008(3)：37-39．
 
本文作者：方永峰， 薛东晓， 马磊磊
作者单位：郑州锅炉股份有限公司