水质在线检测技术在转炉汽化冷却系统上的应用

【摘要】唐钢第一钢轧厂通过采用转炉汽化水质处理综合方案，包括水质在线监测及投加水处理化学药剂两部分内容，为锅炉提供最有效的保护。

【关键词】汽化、水质处理、锅炉、保护

1、前言

汽化冷却系统是采用除盐水汽化的方式冷却冶金部件并吸收热量，从而产生蒸汽的装置，在原理上可视为一种特定锅炉。

唐钢第一钢轧厂150吨转炉汽化烟道每年都要更换活动烟罩、炉口段、移动段和末段，新烟道在大修更换后的第2个月就开始出现泄漏，直至下一年的设备大修。汽化烟道设备使用寿命低，成本消耗较大，同时造成蒸汽回收不稳定。烟道漏水直接影响转炉冶炼安全，由于烟道漏水后在线维修工作环境恶劣、在线修补又很难达到连续使用要求，反复修补严重影响生产节奏。根据对国内外转炉运行经验的分析，水冷部件正常的寿命应在2年以上。

A.泄漏 B.爆管

C.堵塞 D.结垢

2、汽化冷却系统水处理的意义

现代大型钢铁企业的运行经验表明，水系统是连续、安全、高效钢铁生产的重要保障。水系统的良好运行，对于减少检修频度及费用，延长设备寿命，稳定高效生产，降低综合生产成本、避免意外事故等方面，具有重要意义。

2.1 结垢的形成机理与危害

水中的钙、镁离子与碳酸根、磷酸根等结合生成难溶的小晶体，这些小晶体不断碰撞并按一定的方向增长变成大晶体。水中的钙、镁盐晶体及其不溶性微粒同时受到两个力的作用，即与管壁上的水垢结合生成体积更大的垢的结晶力和水流的剪切力，当结晶力较大时便易使垢增长，当结晶力较小时（如加入阻垢剂后）或剪切力较大（如水流速较大的部位）时，垢无法增厚，水中的微粒只能以水渣的形式被水冲走。一旦结垢，将会导致锅炉管壁温度大幅度上升，如图1所示。

A.清洁的内部传热面，T1为冷却水温度，T2为受热面温度；

B.结垢的表面，若想管壁温度达到T2，则冷却水温度需由T1降至T0

C.若冷却水温度仍为T1，则表面结垢的管壁热源侧温度由T2升高到T4，T3影响金属结构。

图2 汽化管道清洁表面与结构表面温度对比

2.2 腐蚀的形成机理与危害

给水和低压系统因溶氧存在而发生氧腐蚀。炉水中的游离氢氧化钠过高或PH值过低，又含有较多中性盐等情况下，会导致锅炉金属腐蚀，壁厚减薄。腐蚀产物又会导致沉积，产生沉积物下腐蚀。

为此，第一钢轧厂在2012年通过对转炉汽化冷却系统进行设备改造的同时，又提出了一套汽化水质综合处理方案。

3、汽化水质处理综合方案

转炉冶炼具有一定的周期性，约40分钟冶炼一炉钢，其中吹氧时间为14分钟，吹氧时烟气量、烟气温度均达到最高，其最高温度可达1700℃，热负荷明显增大，停止吹炼时烟气总量为零，热负荷减小，管壁温度随之骤降，使受热管产生周期性的热交变应力，极易造成热疲劳破坏。另外由于结垢、腐蚀、杂物等因素造成汽化冷却水管堵塞，进一步降低冷却效果，导致水管局部干烧，出现爆管。工艺条件恶劣变化会影响汽化系统的各种部件的使用寿命。而且，这种影响往往是突发性的。为此，第一钢轧厂采取了汽化水质处理综合方案，该水处理方案包括水质在线监测及控制自动化设备和投加水处理化学药剂两部分内容。可以为锅炉提供最有效的保护。

3.1 水质在线监测及自动化控制设备

通过腐蚀应力监测系统可以探测锅炉给水系统的腐蚀应力并作出实时响应，实现工作条件下的直接测量。此外，锅炉水自动控制系统还采用荧光示踪技术来防止锅炉内结垢。

锅炉给水系统腐蚀控制：腐蚀应力监测系统在锅炉实际工作温度和压力条件下测量净氧化还原电位，根据电位的变化作出响应，实时调节除氧剂或金属钝化剂的投加量，优化腐蚀控制，以保护锅炉系统。因此，锅炉技术能够在实际的锅炉给水工作温度和压力条件下测量并立即作出响应，以保证锅炉系统的卓越性能。

锅炉结垢和沉积控制：采用荧光仪结合最先进的炉内水处理剂控制锅炉内结垢和沉积。该控制系统探测锅炉系统的变化，确定正确的化学品加药量，实时调节投加速率。

锅炉水自动控制系统也可以帮助优化锅炉排污控制。水质检测系统与汽包连排阀门连锁，通过电导率控制排污；系统浓缩倍数控制在5-8倍左右。同时根据水质检测结果调整各段烟道排污频率。总之，锅炉控制系统可以提高热效率，降低能耗，提高水的循环利用率，防止设备腐蚀和结垢。

3.2 水处理化学药剂

4、汽化水质控制标准

5、结束语

通过一整套汽化冷却系统水质管理体系的建立实施，包括水质指标控制、自动监测分析、化学品添加操作和排污优化控制，提供了动态数据和趋势分析，实现了管理可视化，对设备运行的进一步精细化管理亦形成支持。