氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐閉式循環(huán)水冷及余熱回收系統(tǒng)的實踐

摘 要：文章提出了一種轉(zhuǎn)爐閉式循環(huán)水冷煙道余熱回收系統(tǒng)在工程設(shè)計上的應(yīng)用，介紹了轉(zhuǎn)爐閉式水冷系統(tǒng)及余熱回收系統(tǒng)的流程原理、系統(tǒng)組成以及主要設(shè)備的選型參數(shù)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；閉式循環(huán)水冷系統(tǒng)；余熱回收

1 概述

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生轉(zhuǎn)爐煤氣的回收利用是轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中的重要環(huán)節(jié)。在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，會有大量的高溫爐氣從爐口產(chǎn)生，爐氣中含有大量可燃?xì)怏w（轉(zhuǎn)爐煤氣），溫度可達(dá)1600℃，為了回收轉(zhuǎn)爐煤氣，在轉(zhuǎn)爐爐口上部設(shè)置冷卻煙道，既可利用爐氣余熱，供生產(chǎn)及生活之用，又可將爐氣冷卻至900℃以下，以滿足除塵設(shè)施及回收煤氣的要求，從而降低轉(zhuǎn)爐煉鋼成本。國內(nèi)轉(zhuǎn)爐普遍采用汽化冷卻煙道的形式，利用煙道式余熱鍋爐產(chǎn)生飽和蒸汽，供廠區(qū)生產(chǎn)使用或進(jìn)入飽和蒸汽發(fā)電機組發(fā)電；而歐洲及印度建設(shè)的轉(zhuǎn)爐煉鋼項目通常采用閉式循環(huán)水冷系統(tǒng)，利用循環(huán)水將爐氣的熱量帶走，在風(fēng)冷換熱器中進(jìn)行強制對流換熱降溫后循環(huán)使用。

某國外工程擬新建一座100t轉(zhuǎn)爐，業(yè)主根據(jù)自身情況，提出利用閉式循環(huán)水冷系統(tǒng)來加熱發(fā)電用除鹽水工質(zhì)的要求。根據(jù)該工程的特點，設(shè)計時將閉式循環(huán)水冷系統(tǒng)與熱交換系統(tǒng)結(jié)合，提出了新的閉式循環(huán)水冷余熱回收系統(tǒng)方案。

2 系統(tǒng)組成

2.1 系統(tǒng)設(shè)計的基本數(shù)據(jù)

（1）轉(zhuǎn)爐操作條件

2.2 系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)流程見圖1。

設(shè)計將活動煙罩、爐口固定和移動段和尾部煙道組成強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)。選用2臺冷水箱，1臺熱水箱，3臺冷水循環(huán)泵組成冷水循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)泵壓力0.65MPa，循環(huán)溫度110℃～135℃，循環(huán)水量大約為1050m3/h。經(jīng)換熱冷卻后的水進(jìn)冷水箱經(jīng)冷水循環(huán)泵送入轉(zhuǎn)爐煙道，被煙氣加熱后進(jìn)入熱水箱。

選用2臺熱水循環(huán)泵，1臺空冷換熱器和1臺熱水換熱器組成熱水循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)泵壓力0.3MPa，循環(huán)溫度135℃～110℃，總循環(huán)水量約382m3/h。熱水從熱水箱經(jīng)熱水循環(huán)泵后分為兩路，一路送入熱水換熱器加熱除鹽水，放熱后的冷水回到冷水箱，循環(huán)水量約250m3/h。被加熱除鹽水的流量為100m3/h，加熱前溫度57℃，加熱后溫度115℃。另一路通過空冷換熱器冷卻后回到冷水箱，循環(huán)水量約132m3/h。當(dāng)熱水換熱器故障或除鹽水用戶停用時，空冷換熱器的容量可以滿足將全部熱水冷卻至110℃的要求，保證轉(zhuǎn)爐煙道的安全。

選用1臺氮氣儲罐作為定壓系統(tǒng)。設(shè)計工作壓力0.7MPa。來自外網(wǎng)的氮氣進(jìn)入儲氣罐，氣罐出口管路與冷熱水箱聯(lián)通，維持循環(huán)系統(tǒng)壓力恒定。

選用1臺補水箱，2臺補水泵作為補水系統(tǒng)。補水泵壓力1.0MPa，當(dāng)冷水箱水位低時，來自外網(wǎng)的軟化水經(jīng)補水箱、補水泵補進(jìn)循環(huán)系統(tǒng)中。

2.3 系統(tǒng)主要參數(shù)

3 主要設(shè)備及性能

3.1 煙道

煙道本體由活動煙罩、爐口固定段和移動段煙道、斜煙道、末Ⅰ、Ⅱ段煙道及水循環(huán)管路等組成。

煙道截面為圓形，爐口段煙道、斜煙道、末Ⅰ、Ⅱ段煙道其節(jié)圓直徑約為Φ2636，拐點角度為55°。

（1）爐口固定和移動段煙道

煙道為圓筒形管板式結(jié)構(gòu)，受熱冷卻管束縱向布置，管子與隔板之間進(jìn)行氣密性焊接。煙道直徑約為Φ2636， 拐點角度55°。為了使煙道受熱管流量均勻分配，在每根受熱管進(jìn)口處裝有節(jié)流裝置。在移動段煙道上開有氧槍孔及下料溜槽孔，這些孔上的孔套或槽套的冷卻采用開式循環(huán)水冷卻。

（2）斜煙道

斜煙道亦為圓筒形管板式結(jié)構(gòu)，受熱蒸發(fā)管束縱向布置，管子與隔板之間進(jìn)行氣密性焊接。煙道直徑為Φ2636。

（3）末段煙道

末段煙道亦為圓筒形管板式結(jié)構(gòu)，煙道直徑約為Φ2636。爐氣經(jīng)末段煙道頂部后折向離開煙道，再垂直向下進(jìn)入煙氣凈化裝置。

（4）活動煙罩

活動煙罩為受熱管和扁鋼焊制而成的環(huán)管板式結(jié)構(gòu)?；顒訜熣峙c固定煙道之間采用氮氣密封，以保證活動煙罩升降行程～650mm的要求。

活動煙罩和爐口段煙道，受高溫含塵煙氣的沖刷，為了延長使用壽命，需采用耐熱合金噴鍍。

3.2 熱水箱

熱水箱共1臺，直徑為Φ3600，長度約20m，容積200m3。熱水箱布置在廠房外循環(huán)泵房附近地坪上。轉(zhuǎn)爐吹煉時，被加熱后的循環(huán)水進(jìn)入熱水箱，然后通過熱水循環(huán)泵加壓進(jìn)入空冷換熱器及熱水換熱器中，冷卻后的循環(huán)水回到冷水箱中。

3.3 冷水箱

冷水箱共2臺，直徑為Φ3600，長度約20m，容積200m3。冷水箱布置在廠房外循環(huán)泵房附近地坪上。兩臺冷水箱通過連通管連通。轉(zhuǎn)爐吹煉時，冷水箱中的循環(huán)水經(jīng)冷水循環(huán)泵加壓進(jìn)入煙道，吸收煙氣熱量后進(jìn)入熱水箱中。

3.4 空冷換熱器

空冷換熱器1臺，進(jìn)水溫度135℃，出水溫度110℃，冷卻水量132～382m3/h，換熱量9000000kCal/h。

3.5 熱水換熱器

熱水換熱器1臺，加熱用熱水進(jìn)水溫度135℃，出水溫度110℃，進(jìn)水壓力0.3MPa，水量250m3/h。被加熱工質(zhì)除鹽水進(jìn)水溫度57℃，出水溫度115℃，工作壓力1.0MPa，除鹽水量100m3/h。換熱量6000000kCal/h。

3.6 循環(huán)泵

熱水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置2臺低壓熱水循環(huán)泵，電動機功率為75kW，流量350m3/h，揚程30m，耐溫175℃，耐壓1.6MPa，1用1備。

冷水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置3臺冷水循環(huán)泵，電動機功率為132kW，流量525m3/h，揚程 65m，耐溫175℃，耐壓1.6MPa，2用1備。

3.7 補水系統(tǒng)

補水系統(tǒng)設(shè)置1臺30m3常壓軟水箱，2臺補水泵。補水泵電動機功率為30kW，25m3/h， 120m， 1用1備。來自廠區(qū)的軟水由進(jìn)口電動閥控制進(jìn)入軟水箱，當(dāng)冷水箱水位或循環(huán)水母管壓力低于設(shè)定值時，啟動補水泵，將軟化水補入循環(huán)系統(tǒng)中。

3.8 加藥裝置等輔助設(shè)備

為防止循環(huán)冷卻水管內(nèi)壁產(chǎn)生水垢，水冷系統(tǒng)選用磷酸鹽加藥裝置1套，以便向循環(huán)水中加入磷酸三鈉溶液，使水中經(jīng)常維持一定的磷酸根。加藥裝置為1箱2泵組裝式。

定壓系統(tǒng)設(shè)置1臺5m3氮氣儲罐，利用氮氣維持循環(huán)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。

排污系統(tǒng)設(shè)1臺定期排污擴容器。

4 結(jié)束語

隨著全世界對能源有效利用要求的提高，原本普遍采用水冷煙道進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煙氣冷卻的國家，也逐漸開始探索轉(zhuǎn)爐煙氣熱量的合理使用。針對這類業(yè)主對于水冷煙道以及余熱回收的雙重要求，本文提出了新的閉式循環(huán)水冷及余熱回收系統(tǒng)的設(shè)計：利用閉式循環(huán)水冷煙道余熱鍋爐將轉(zhuǎn)爐煙氣冷卻，通過冷、熱水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行熱量存儲和轉(zhuǎn)移，通過空冷換熱器和熱水換熱系統(tǒng)完成對冷端工質(zhì)的加熱，最終實現(xiàn)水冷系統(tǒng)的余熱利用，對傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐閉式循環(huán)水冷系統(tǒng)的余熱回收改進(jìn)提出了新的思路。

作者簡介：周雪鹿（1984-），男，漢族，2006年畢業(yè)于東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院熱能與動力工程專業(yè)，學(xué)士，工程師，國家注冊公用設(shè)備工程師（動力），現(xiàn)從事熱力系統(tǒng)的設(shè)計工作。