引言生产过程中钢铁冶金烧结工序会产生烧结矿成品显热和烧结烟气显热这2种余热资源，在烧结余热余能回收技术开发应用前，这部分热源大部分以直排方式进行处理，造成能源浪费。烧结工序余热资源大部分为中、低品位热能，温度介于350~550 ℃，但数量非常可观。目前，我国大部分钢铁厂利用余热锅炉对这部分烟气进行回收显热，生产蒸汽，并配套汽轮发电机组及附属设备进行发电。柳钢2条500 m2烧结生产线分别于2020年6月和2021年2月竣工投产，每条烧结生产线分别配置1台环冷余热锅炉和大烟道余热锅炉，2台锅炉额定产汽量为103 t/h。其中，大烟道锅炉能够产生22 t/h合格的1.3 MPa、温度为300 ℃的过热蒸汽，供公司蒸汽管网及烧结烟气脱硝使用。按照每台大烟道锅炉额定产汽22 t/h进行计算，锅炉作业率为330 d/a(7 920 h)，单台大烟道锅炉每年可生产合格蒸汽17.42万t，除去除盐水消耗费用，2条500 m2烧结生产线配套大烟道锅炉可产生经济效益2 683.28万元。2条500 m2烧结生产线配套大烟道锅炉除氧系统利用自产过热蒸汽加热炉水，达到除氧目的。因设计不合理，自锅炉投产以来，加热除氧系统未能正常投运，导致锅炉除氧器除氧效果达不到设计要求，炉水含氧量偏高，影响锅炉安全运行，须对系统进行改造。1大烟道锅炉构成概述柳钢500 m2烧结大烟道锅炉系统如图1所示。柳钢500 m2烧结大烟道锅炉由2套蒸汽过热器模块、2套蒸汽发生器模块和2套省煤器模块、中压汽包、给水除氧器组成。锅炉模块安装在烧结机南、北烟道内，烧结矿过烧后产生高温烟气由主抽风机抽入南、北烟道，锅炉模块布置在烧结机大烟道倒数2~4个风箱的空隙位置，模块与烟气进行热交换，形成内部水汽自循环，来自除盐水母管的补水送入大烟道高压除氧器内除氧后，经大烟道给水泵送入两侧大烟道省煤器中，将给水进一步加热，两侧大烟道给水汇总送至大烟道余热锅炉锅筒，锅筒内的炉水在蒸发器内进行自然循环，锅筒产出合格的饱和蒸汽送至过热器内进行过热，产生温度为300 ℃、压力为1.3 MPa（绝压）、汽量为22 t/h的过热蒸汽。其中，约4 t/h过热蒸汽被送往除氧器，给炉水除氧，外供约18 t/h过热蒸汽至公司蒸汽管网及烧结烟气脱硝使用。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.016.F001图1柳钢500 m²烧结大烟道锅炉系统2锅炉故障原因分析大烟道锅炉正常运行时，锅炉内部水汽自循环流动。因除氧系统未正常投运，炉水中溶解氧会进入锅炉各模块中，锅炉长期在该工况下运行，锅炉各模块、管道受到大面积氧腐蚀，影响锅炉的使用寿命。锅炉氧腐蚀是系统性故障，腐蚀区域遍及锅炉各个部位，故障处理耗时、耗力。氧腐蚀到一定程度后，需要整批更换已达不到使用要求的模块、管道，现场检修作业时间长（处理时间不小于20 d）、维修劳动强度大，对烧结主线生产的影响不可预估。2022年3月，利用烧结生产线停机检修对锅炉模块运行情况进行检查，通过对比锅炉各模块管道厚度测量值与图纸值，发现投产9个月的锅炉模块管道内部已出现轻微氧腐蚀情况。锅炉受氧腐蚀不仅影响使用寿命，如不得到及时处理还会导致锅炉模块管道变薄出现水汽泄漏。锅炉内水汽泄漏不仅造成极大能源浪费，影响锅炉换热效能，泄漏水蒸气还会使烟道内矿粉结块，造成烟道底部散料漏斗悬仓堵料，增加运行人员劳动强度。含有水汽的矿粉进入烧结主电除尘器及主抽风机后黏结在设备表面，影响主电除尘器除尘效果和主抽风机安全运行。通过对锅炉除氧器加热系统检查、对锅炉氧腐蚀原因进行分析，确定问题主要原因有3点：第一，锅炉除氧器加热系统（局部）如图2所示。大烟道锅炉加热除氧系统供汽管路从锅炉过热器集汽集箱接引而来，从现场锅炉管线路的安装布置情况分析，现场安装出现集汽集箱侧管道低（位置在锅炉水泵房上8.5 m的平台）、除氧器侧管道高（位置在锅炉水泵房上14.5 m的平台）情况，供汽过程中出现蒸汽冷凝成水倒流累积在管道低的一侧，管道内部供汽不畅，蒸汽供给量偏小，原设计除氧器温度不小于106 ℃，而实际温度仅96 ℃左右，无法满足炉水除氧要求。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.016.F002图2锅炉除氧器加热系统（局部）第二，锅炉加热除氧系统采用减压阀进行蒸汽压力、流量控制，在管路上设计减压阀的初衷是在阀前压力不断变化情况下，通过阀后压力调节阀门开度，确保出口压力满足生产要求。使用过程中减压阀内部弹簧受管道积水腐蚀，对蒸汽压力变化动作不灵敏，阀门供汽不稳定，导致除氧系统不能稳定运行。第三，冷凝水累积在除氧器加热管道内不及时排出，形成水汽冲击，锅炉运行中管道振动大并伴随间断性异响，长期带病运行导致管道焊缝位置受疲劳应力拉裂[1-2]出现泄漏，形成设备隐患。3改造方案第一，针对锅炉除氧系统供汽管路因安装高差导致冷凝水聚集在低侧问题，改造后锅炉除氧器加热系统如图3所示。结合现场实际情况利用检修停机时间对管道进行重新布置，延缓管道垂直爬升高度和距离，减少蒸汽输送过程中管道内冷凝水量；同时在管道2处设计U形管路，除了具备冷凝水收集功能外，杜绝冷凝水长期倒流浸泡减压阀使阀门调节弹簧腐蚀失效；设计U形管路还具有锅炉启停时管道热胀冷缩起到的补偿作用[3-5]，防止管道被应力拉裂。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.016.F003图3改造后锅炉除氧器加热系统第二，将减压阀更换成电动调节阀，根据除氧系统实际工况实时在线控制阀门开度，确保除氧温度满足运行要求。第三，结合实际工况在管道合理位置增加2路疏水系统，并安装相应疏水阀、自动疏水器，确保加热系统投用时能及时排掉管道内积水，避免管路形成水汽冲击[6]。第四，对原管道振动大位置增加2组弹簧吊架[3-4]，使蒸汽管路出现热膨胀时得以缓冲补偿[7-8]；针对管道焊缝位置受疲劳应力被拉裂问题，查阅相关资料[9-10]后，检修中对管道裂纹进行打磨、预开坡口并用相同材质焊条进行补焊处理，焊接完成后进行相应热处理，消除内部应力。第五，完善锅炉运行操作系统中对除氧器的水温监控功能，除氧器水温≥110 ℃或≤100 ℃时，锅炉操作页面会弹窗报警，提醒运行人员及时调整工艺参数，确保除氧器水温满足锅炉运行要求。通过该举措做到精准调控，节省加热蒸汽使用量，确保锅炉除氧系统稳定运行。4改造后效果2021年3月利用检修实施改造，系统已正常投入运行18个月，期间对锅炉除氧加热系统投用后各项运行参数进行跟踪，同时利用烧结生产线停机检修对锅炉内部模块管道氧腐蚀情况进行检查。通过对锅炉换热管管壁厚度测量、锅炉部件内部锈蚀情况与改造前测量数据和影像对比发现，改造后锅炉因除氧加热系统导致的氧腐蚀隐患消除，消除设备隐患，提高锅炉在线使用寿命。大烟道锅炉除氧加热系统目前的供汽量约3.9 t/h，设计值为(4.0±0.2) t/h；除氧器运行温度为105 ℃，设计值为(106±2) ℃，满足了锅炉除氧器除氧要求。加热除氧系统之前运行中因积水导致的振动、异响已被完全消除，不再出现带病运行现象，改造效果对比如表1所示。系统运行状况大大改善。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.016.T001表1改造效果对比项目改造前（2020年6月~2021年3月）改造后（2021年4月~2022年11月）管道焊缝拉裂故障频次40管道焊缝拉裂故障年均频次5.30故障处理耗时/h960故障处理年均耗时/(h/a)1270本次设备改造投入费用约6万元，改造后锅炉加热系统管道被拉裂次数由5.3次/a下降到0次/a，故障停时减少127 h/a，人工维修成本减少，生产劳动强度降低。按照每台大烟道锅炉额定产汽22 t/h计算，仅消除加热系统管道拉裂故障，锅炉年蒸汽产量增加2 794 t，除去除盐水消耗费用，2台大烟道锅炉经济效益提高42.97万元。锅炉加热除氧效果达不到运行要求，锅炉整个系统受氧腐蚀后变薄漏水，大大缩短锅炉使用寿命，按目前解决办法更换受损锅炉部件，确保锅炉正常运行。每10年对正常磨损部件进行更换，氧腐蚀后更换周期缩短为3~4 a，按更换2个受损最严重省煤器模块进行计算，设备采购方面费用达到170万元（按目前市场采购价格）。锅炉模块、管道整批更换的现场检修作业时间长，花费检修人力、物力，对烧结主线生产造成损失更是不可预估。锅炉加热除氧系统改造是非常必要的。5结语此次对锅炉加热除氧系统改造不仅从源头上解决了炉水含氧量偏高问题，而且优化了锅炉设计和安装中存在不合理因素，消除了锅炉运行中受氧腐蚀的重大隐患，节省了相关备件采购、人力、物力费用，确保了大烟道锅炉及500 m²烧结生产线稳定顺行。