汽化冷卻在球團豎爐中應用分析

田仕友，趙東寶，林志強

（酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

汽化冷卻在球團豎爐中應用分析

田仕友，趙東寶，林志強

（酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

通過探討分析汽化冷卻的工作原理，對汽化冷卻用于球團豎爐的效果進行探討，為球團豎爐相關改造提供理論和數(shù)據。本文從經濟性和使用維護角度進行分析，指出該工藝流程對球團豎爐設備冷卻的優(yōu)缺點。

汽化冷卻；球團豎爐；經濟性；使用維護

導風墻具備把燃燒室中存在的熱風引導到烘干創(chuàng)的下方去，把剛入爐的生球烘干的作用。若是導風墻本身的大水梁存在被燒毀或者是變形的情況，會導致導風墻倒塌的情況出現(xiàn)，給生產造成嚴重的危害。若是烘干床本身的水梁出現(xiàn)變形的情況，那么上面的篦條便可能出現(xiàn)脫落的情況，從而給烘干效果造成較大的影響。并且這兩處也是豎爐的內部非常容易出現(xiàn)問題的地方，所以，對其進行改造，運用氣化的手段來進行冷卻，對于產量的提高和設備壽命的延長意義重大。汽化冷卻工藝的原理是利用水在蒸發(fā)過程中吸收大量的熱能，使相關設備達到降溫的目的。球團豎爐使用至今面臨著導風墻承重大水梁和烘干床水梁的使用壽命短、維護和使用成本高、熱利用較困難等問題。目前多家科研機構對汽化冷卻用于豎爐進行探尋和改造工藝流程，國內多家球團豎爐廠家進行升級改造。

1 汽化冷卻工藝豎爐利用的原理

豎爐大水梁和烘干床水梁采用水冷方式，主要存在水結垢斷流、水梁易彎曲變形、易發(fā)生漏水現(xiàn)象、熱回收困難等問題，汽化冷卻利用水吸熱成蒸汽時達到冷卻裝置設備的目的。汽包中的水沿不受熱的下降管下行，然后引入受熱管加熱，水成為汽水混合物，沿上升管回到汽包中去。水的容重γ（kg/m3）與汽水混合物的容重γ（kg/m3）之差，乘以液柱高度h，即稱做循環(huán)管路的流動壓ΔP，就是自然循環(huán)的動力，靠此動力來克服循環(huán)回路的總阻力損失。公式為，γΔP 為循環(huán)管路流動壓，即自然循環(huán)動力；h 為液柱高度；γ水、

混為水的容重、汽水混合物的容重。

2 汽化冷卻工藝的設計因素

2.1 熱負荷參數(shù)確定

熱負荷是冶金爐汽化冷卻裝置設計的重要原始數(shù)據，計算各循環(huán)回路冷卻構件的熱負荷以確定各回路的產汽量，熱負荷越大，產汽量越高，但自然循環(huán)越難進行。

2.2 循環(huán)方式的選擇

冷卻系統(tǒng)必須不間斷的進行循環(huán)，汽化冷卻系統(tǒng)在選擇循環(huán)方式的時候，其首選應該是自然循環(huán)。這種方式不需要外界的動力，可靠性和經濟性都比較強。管路以及冷卻件的構造比較復雜，并且系統(tǒng)阻力和熱負荷都比較大，僅僅通過需要自然循環(huán)很難做好，所以，需要選擇強制循環(huán)的方式。而進行循環(huán)方式的選擇需要全面的考慮到工藝布置、位置以及構件本身的構造。

2.3 汽包系統(tǒng)設計

汽包布置在爐體附近以盡量縮短上升、下降管長度。減少彎頭和阻損。采用自然循環(huán)時，汽包與冷卻構件之間需保持一定的高差以保證足夠的流動壓頭。汽包內部空間由水容積和汽容積組成，水容積按30-40min內補入汽包的軟水量計算，汽容積通常按每立方米蒸汽空間每小時分離出干燥蒸汽約700m3體積流量考慮。下降管中流動的是誰，而上升管中的物質是汽水混合物。汽水混合物本身的體積要比水的體積大，若是管徑是一樣的，上升管的阻力比較大、流動速度較快，很容易出現(xiàn)運行不穩(wěn)定的情況，所以上升管的內徑應該比下降管大一些。針對在汽化冷卻系統(tǒng)中發(fā)生的循環(huán)管道的振動問題，在管系中合理的設置固定支架、導向支架、彈簧支架和滑動支架。

3 汽化冷卻工藝的優(yōu)點

3.1 工作可靠，可延長設備的使用壽命

采用汽化冷卻技術，1kg液態(tài)水在70Pa左右的壓力下汽化時，可以吸收約 2000KJ的熱量，吸熱能力強，冷卻效果顯著。設備運行情況也非常穩(wěn)定，水梁使用壽命可由 3個月延長至 2年以上。

3.2 經濟，可以有效利用余熱

循環(huán)水冷需要大量的冷卻水，切水循環(huán)運行耗電高，過程中因開放環(huán)境，水損失較大；設備復雜，占地面積大，維護成本高。與循環(huán)水冷卻系統(tǒng)相比，設備裝置減少，提升了生產系統(tǒng)的穩(wěn)定性，操作運行管理進一步簡化。

通過泵和冷卻塔相關設備減少，與水冷系統(tǒng)相比每年每臺8㎡豎爐可以節(jié)約約300萬kwh。汽化蒸汽冷卻放熱可以進行發(fā)電、職工生活洗浴使用，根據某鋼廠統(tǒng)計低壓飽和蒸汽發(fā)電效率可以達到70%，根據此數(shù)據可以發(fā)電200萬kwh。由于汽化冷卻是閉路系統(tǒng)，水損失較少，每年每臺豎爐節(jié)約水15萬m3。

4 汽化冷卻工藝存在問題

4.1 設計參數(shù)復雜且相互關聯(lián)

豎爐汽化冷卻的工藝設計，主要包括循環(huán)方式、循環(huán)回路、冷卻介質的流向、下降管和上升管布置形式和常規(guī)額定技術參數(shù)等。能夠影響到裝置是否安全和可靠，運行起來是不是穩(wěn)定，和汽化冷卻工藝設計是否合理有很大的關系。如果工藝設計不完善，會導致循環(huán)冷卻的異常，可能使冷卻部件燒毀，或管道的強烈震動，影響結構的壽命。

4.2 工作過程受豎爐爐礦影響較大

由于管道復雜、氣液雙相交接，易受各回路冷卻件工作狀態(tài)的影響使循環(huán)回路之間的相互干擾。應避免系統(tǒng)中出現(xiàn)汽水分層的情況，強制循環(huán)系統(tǒng)本身的汽化率比較低、倍率比較高、循環(huán)的流速也比較高，所以汽水分層的情況出現(xiàn)的比較少。自然循環(huán)中若是管道傾斜的角度比較小，那么汽水分層便很容易出現(xiàn)，面對這種情況，需要采取策略解決這種問題，比如在加熱鍋爐的管底進行插入管的設置，在冷卻煙道下半園周120。范圍內的水冷壁管內均安裝了扭成麻花狀的不銹扁鋼，造成汽水混合物流的擾動，從而克服汽水分層。

5 結論

球團豎爐汽化冷卻裝置，是工業(yè)爐汽化冷卻技術應用的新成果。汽化冷卻方式用于烘干床水梁及大水梁，提高了設備的使用壽命和生產效率，進一步保證了豎爐的正常生產，同時節(jié)約了電力能源，降低了成本消耗。無需外部動力，僅靠水的密度差，就可以在一個封閉的冷卻系統(tǒng)內形成良好自然循環(huán)。球團豎爐汽化冷卻工藝設備的使用過程存在循環(huán)回路相互干擾的問題，需要進一步研究克服。

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［3］朱昆，劉德明，易任生等.球團豎爐汽化冷卻裝置［P］.中國專利，ZL200520095449.7，2006—04—05.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.011

田仕友（1986-），男，安徽界首人，碩士，工程師，研究方向：煉鐵。