馬鋼2 號2 500 m3 高爐軟水分流系統(tǒng)設(shè)計

孫華平，董建民，杭桂生

（1.中冶華天工程技術(shù)有限公司，江蘇210019；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽243000）

0 引言

馬鋼2 號2 500 m3高爐第二代爐役于2017 年10 月10 日建成投產(chǎn)，開爐過程順利，6 天即實現(xiàn)達(dá)產(chǎn)。2018 年2 月，受原燃料質(zhì)量（特別是焦炭質(zhì)量惡化）影響，高爐爐況急劇下滑，爐腹、爐腰部位爐壁結(jié)厚，爐缸活躍程度下降，嚴(yán)重影響高爐的操作順行及產(chǎn)量，產(chǎn)能由6 300 t/d 下滑至5 500 t/d。

為提高爐缸活性，除進(jìn)行增加鼓風(fēng)動能、調(diào)整上部布料制度、改善焦炭質(zhì)量、調(diào)整渣系、強(qiáng)化爐前出鐵等操作外[1]，同時還提出了減少本體冷卻壁供水量從而減小爐缸冷卻強(qiáng)度的方案。通過馬鋼專家與中冶華天設(shè)計人員的充分討論，認(rèn)為此方案可行，決定對軟水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，增加一路水量調(diào)節(jié)旁路。

1 高爐冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計

本次大修將原工業(yè)水系統(tǒng)改為軟水密閉循環(huán)加工業(yè)水開路循環(huán)的聯(lián)合水系統(tǒng)，爐殼及其內(nèi)部設(shè)備和材料全部更新，冷卻壁具體配置方案如表1 所示。冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特點有：爐體采用磚壁合一的薄壁內(nèi)襯結(jié)構(gòu)；重點部位的爐腹、爐腰和爐身下部采用銅冷卻壁；爐身中部采用雙層水管加強(qiáng)冷卻；常規(guī)冷卻壁采用4 根DN76mm×6mm 水管上下直通型；鐵口區(qū)域采用異型冷卻壁，以滿足配管和維護(hù)要求。

2 高爐本體水系統(tǒng)設(shè)計

2.1 高爐本體冷卻水系統(tǒng)

該高爐上代爐役全部采用工業(yè)凈環(huán)水冷卻系統(tǒng)，本次大修設(shè)計采用軟水密閉循環(huán)與工業(yè)水開路循環(huán)的聯(lián)合水系統(tǒng)方案。對爐底水冷管、高爐本體冷卻壁、直吹管、熱風(fēng)爐閥門和風(fēng)口中套采用軟水閉路循環(huán)冷卻系統(tǒng)；風(fēng)口小套和十字測溫槍仍然采用高壓凈循環(huán)水系統(tǒng)。這是基于如下考慮：一是保證高爐本體軟水冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性，考慮到風(fēng)口小套和十字測溫槍易于損壞造成漏水，會導(dǎo)致軟水系統(tǒng)頻繁補(bǔ)水，對軟水系統(tǒng)的檢漏帶來干擾；二是可以簡化冷卻系統(tǒng)，作為大型高爐，通常情況下高壓冷卻水系統(tǒng)是必不可少的，如爐頂氣密箱、爐頂攝像、爐頂液壓站以及后期爐缸加強(qiáng)冷卻等，均需提供高壓工業(yè)凈環(huán)水，在滿足生產(chǎn)要求的情況下，將所有的高壓水納入到一個凈循環(huán)系統(tǒng)，可以使得冷卻系統(tǒng)簡單化[2]。同時考慮部分常壓凈循環(huán)水，主要為事故備用水，為后期冷卻壁損壞和風(fēng)口中套損壞漏水切換凈環(huán)水時使用，避免漏水對軟水系統(tǒng)的影響和浪費。

表1 冷卻壁結(jié)構(gòu)特征

2.2 高爐本體軟水冷卻系統(tǒng)

馬鋼2 號2 500 m3高爐本體軟水系統(tǒng)由一次循環(huán)和二次循環(huán)組成：高爐本體冷卻壁、爐底水冷管為一次循環(huán)，供水能力為5 200 m3/h；從一次循環(huán)回水總管上分流一部分軟水到二次加壓泵房，經(jīng)加壓后供熱風(fēng)爐閥門和風(fēng)口中套形成二次循環(huán)，設(shè)計水量1 400 m3/h；冷卻熱風(fēng)爐閥門和風(fēng)口中套的回水匯合后回到爐頂大平臺上軟水回水總管，與一次剩余循環(huán)水合流，再經(jīng)脫氣罐、膨脹罐進(jìn)主循環(huán)泵房冷卻后循環(huán)使用。冷卻壁冷卻軟水通過供水環(huán)管直接接入第一段冷卻壁的進(jìn)水管，一直串接到第17段冷卻壁，然后分別接入四個分區(qū)的16 根回水集管，再匯合到回水總環(huán)管。該高爐軟水系統(tǒng)的設(shè)計流程見圖1。

冷卻單元之間合理的串級組合，不僅可以減少一次供水總量，從而降低能耗，而且還可以節(jié)省投資。各單元的組合原則：一是阻損匹配，二是流量匹配。所謂的阻損匹配就是將最大阻損冷卻單元作為獨立供水單元，小阻損的冷卻單元在條件許可的情況下，盡可能的串接，但同時串接后的阻損與最大阻損單元基本相當(dāng)，讓這種串接作為另一個獨立供水單元；所謂的流量匹配就是串接在后面的獨立或并聯(lián)單元用水量應(yīng)低于前面單元的用水量[3]。

馬鋼2 號2 500 m3高爐軟水系統(tǒng)的6 個冷卻單元的設(shè)計參數(shù)見表2。爐底水管與冷卻壁背部蛇形管和直吹管串聯(lián)，串聯(lián)后整個水路的阻損與冷卻壁直通水管從下至上串接的阻損相當(dāng)，所以這兩路水采用并聯(lián)供水。風(fēng)口中套與熱風(fēng)爐系統(tǒng)閥門阻損相當(dāng)，但是其水路阻損高于前述兩條水路，所以風(fēng)口中套與熱風(fēng)爐系統(tǒng)閥門冷卻采用經(jīng)過二次加壓后的中壓軟水，且風(fēng)口中套和熱風(fēng)爐系統(tǒng)閥門供水采用并聯(lián)方式。

表2 各用水單元設(shè)計參數(shù)

3 軟水系統(tǒng)水量調(diào)節(jié)設(shè)計

一代爐役一般分為初期、中期和后期，高爐每個時期的冷卻強(qiáng)度是有區(qū)別的，而設(shè)計的冷卻強(qiáng)度是按照一代爐役最大水量進(jìn)行的，所以高爐按照所處時期和生產(chǎn)實際情況進(jìn)行水量調(diào)整是非常必要的。馬鋼2 號2 500 m3高爐通過幾個月的生產(chǎn)實踐，也逐步意識到高爐本體冷卻水量過大，而通過調(diào)節(jié)泵房閥門開度，即使閥門開度調(diào)整到1/4，水量只調(diào)小了～200 m3/h，不能滿足生產(chǎn)調(diào)節(jié)要求。為了滿足生產(chǎn)需要，增加高爐爐況調(diào)節(jié)手段，馬鋼專家與中冶華天設(shè)計人員經(jīng)過充分討論決定對軟水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，即增加一路水量調(diào)節(jié)旁路。

具體方案是：在爐底DN900 mm 供回水主管上帶壓開DN350 mm 大小的孔并引出旁通總管；將旁通總管上引至風(fēng)口平臺屋面一分為三，形成三路DN150 mm 調(diào)節(jié)支管；每個支管上裝流量計來計量調(diào)節(jié)水量大??；為了平衡新增單元與原設(shè)計冷卻單元之間的壓力，在調(diào)節(jié)支管上裝有減壓閥門。設(shè)計上考慮每根支管控制0～200 m3/h 水量調(diào)節(jié)量，整個旁路共計達(dá)到600 m3/h 水量調(diào)節(jié)，在實際生產(chǎn)中可根據(jù)爐況實時、方便、快捷、準(zhǔn)確的調(diào)整高爐冷卻水量，成為高爐生產(chǎn)調(diào)節(jié)的可靠手段。該高爐軟水系統(tǒng)增加的調(diào)水旁通設(shè)計流程見圖2。

圖1 2 號2 500 m3 高爐軟水系統(tǒng)流程圖

圖2 2 號2 500 m3 高爐軟水分流系統(tǒng)調(diào)水旁通流程圖

4 水量調(diào)節(jié)效果

2 號2 500 m3高爐軟水分流系統(tǒng)通過安裝調(diào)試厚后投入使用，其冷卻壁冷卻水量及水溫變化如圖3 所示。從圖3 中可看出軟水系統(tǒng)運行平穩(wěn)，水量及進(jìn)水溫度均保持穩(wěn)定狀態(tài)，為高爐控制合適的冷卻強(qiáng)度創(chuàng)造了條件，尤其是高爐爐況調(diào)整期間，為控制合理操作爐型提供了可靠的調(diào)控措施，實現(xiàn)了預(yù)定的目標(biāo)。生產(chǎn)實踐證明，通過合理的冷卻強(qiáng)度調(diào)整，該高爐爐況明顯得到恢復(fù)和改善，產(chǎn)量穩(wěn)定至6 000 t/d 水平，同時燃料比由510～518 kg/t，逐步下降至505 kg/t 左右，取得了較好的調(diào)整效果。該高爐軟水分流系統(tǒng)投用后高爐指標(biāo)變化情況如圖4 所示。

圖3 2 號2 500 m3 高爐軟水分流系統(tǒng)投用后水量變化圖

圖4 2 號2 500 m3 高爐軟水分流系統(tǒng)投用高爐指標(biāo)變化情況

5 結(jié)語

馬鋼2 號2 500 m3高爐第二代爐役通過增加冷卻壁水量調(diào)節(jié)旁路，實現(xiàn)了對爐況的輔助調(diào)整。從現(xiàn)場操作實踐看，針對軟水系統(tǒng)設(shè)計和高爐生產(chǎn)各時期用水量的特點，在設(shè)計上考慮冷卻壁水量調(diào)節(jié)是很有必要的。水量調(diào)節(jié)設(shè)施可使冷卻壁的冷卻水量與實際生產(chǎn)中的爐況相適應(yīng)，這樣既能保證冷卻壁的使用安全，又能根據(jù)高爐整個爐役生產(chǎn)過程中的不同時期對水量的需求和爐況的波動情況來進(jìn)行實時的水量調(diào)節(jié)，是一種很好的生產(chǎn)調(diào)整手段，對實現(xiàn)高爐的穩(wěn)定順行和高產(chǎn)降耗有一定的幫助。