高爐冷卻水系統(tǒng)工藝優(yōu)化改進(jìn)

蔡 飛,呂 程,李曉春,董 杰,項文奎

（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠,遼寧鞍山 114002）

前言

鞍鋼1號高爐2003 年4月建成投產(chǎn)。隨著設(shè)備的運行，蒸發(fā)式空冷器光管管束外表面結(jié)垢問題日益凸現(xiàn)，冷卻效果隨之變差，由于水中雜質(zhì)及爐塵、燒結(jié)灰塵等進(jìn)入噴淋水中，管束上方的噴淋水管及噴嘴堵塞，導(dǎo)致噴淋管前端和中部部分噴嘴及尾端噴嘴無法噴水。此外，蒸發(fā)式空冷器設(shè)計方面的原因，疏通噴嘴及噴淋水管時間及檢修拆卸設(shè)備、恢復(fù)時間較長，給設(shè)備維護及管理帶來極大麻煩。北方天氣轉(zhuǎn)冷后，蒸發(fā)式空冷器風(fēng)機上方的水汽彌漫，能見度低，給維修檢查帶來安全隱患；夏季高溫季節(jié)，管束上方溫度高，作業(yè)環(huán)境也不利于維修。因此，必須對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，以保證系統(tǒng)正常運行。

1 高爐本體冷卻水概述及循環(huán)水工藝簡介

1#高爐本體冷卻水主要冷卻以下部位：風(fēng)口小套，爐體冷卻壁和冷卻板，爐基水冷管，風(fēng)口二套，熱風(fēng)爐各閥，齒輪箱等。這些部位由4 個泵站的循環(huán)水泵連續(xù)運行來保證冷卻水不停循環(huán)，保證冷卻水入口設(shè)計溫度。凈環(huán)泵站，專門提供風(fēng)口小套循環(huán)冷卻水。除鹽水閉路循環(huán)泵站，水系統(tǒng)共分為2個系統(tǒng)：I系統(tǒng)和II系統(tǒng)，I系統(tǒng)專門提供熱風(fēng)爐各閥及爐基水冷管和風(fēng)口二套循環(huán)冷卻水，II 系統(tǒng)專門提供風(fēng)口以上冷卻壁和冷卻板循環(huán)冷卻水。爐缸水泵站專門提供風(fēng)口及以下冷卻壁循環(huán)冷卻水，同時提供II系統(tǒng)及爐缸水泵站的二次冷卻水。提升泵站專門提供齒輪箱二次冷卻水。高爐初建成投產(chǎn)時候，高爐水系統(tǒng)沒有設(shè)置爐缸水泵站，齒輪箱水循環(huán)系統(tǒng)中水冷站循環(huán)冷卻水補水來自提升泵站。高爐水系統(tǒng)改進(jìn)及優(yōu)化主要是II系統(tǒng)和爐缸泵站以及水冷站循環(huán)冷卻水及補水。

除鹽水閉路循環(huán)系統(tǒng)：循環(huán)泵高速旋轉(zhuǎn)，水泵吸入口的水被加壓后經(jīng)過水管道、閥門，分配到高爐冷卻壁和銅冷卻板；在用水的最高點處經(jīng)過脫氣罐脫氣，返回自動反沖洗過濾器過濾，蒸發(fā)式空冷器冷卻，最后到達(dá)水泵吸入口，完成整個循環(huán)過程。為了保證管路及冷卻設(shè)備達(dá)到一代爐齡，還設(shè)置了加藥裝置。

二次冷卻水循環(huán)系統(tǒng)：水泵從地下水池抽水，加壓經(jīng)過板式換熱器或者蒸發(fā)式空冷器，換熱后回水冷卻塔降溫，最后回到地下水池繼續(xù)循環(huán)。

2 II系統(tǒng)冷卻水優(yōu)化改進(jìn)

2.1 原II系統(tǒng)冷卻水

爐缸、風(fēng)口帶采用冷卻壁冷卻方式，其中風(fēng)口帶以下設(shè)5 段光面冷卻壁，壁厚160 mm，材質(zhì)為低鉻鑄鐵；風(fēng)口區(qū)為1 段異形光面冷卻壁，壁厚250 mm，材質(zhì)為低鉻鑄鐵。此6 段冷卻壁由第一層供水環(huán)管供水。爐腹至爐身中下部采用雙室八通道銅冷卻板冷卻，共43 層，冷卻板材質(zhì)為含銅99.5%以上的銅鑄件。其中1～22 層由第二層供水環(huán)管供水，第23～43 層由第三層供水環(huán)管供水。爐身中上部采用5 段鑲磚冷卻壁。1～2 段為帶蛇行管的冷卻壁，壁厚340 mm，材質(zhì)為鐵素體球墨鑄鐵；3～5 段為無帶蛇行管冷卻壁，壁厚270 mm，材質(zhì)為鐵素體球墨鑄鐵，1 層水冷鋼磚，由第四層供水環(huán)管供水，各層供水環(huán)管所供給的冷卻設(shè)備串聯(lián)自下而上供水，這四層供水環(huán)管共同組成除鹽水密閉循環(huán)冷卻Ⅱ系統(tǒng)，水量為4 699 m3/h。根據(jù)鞍鋼的原燃料條件和多年的生產(chǎn)實踐，使高爐一代壽命（不中修）達(dá)到15年以上。

2.2 優(yōu)化改進(jìn)工藝流程

除鹽水閉路循環(huán)泵站：II 系統(tǒng)冷卻水3 層供水圍管，其中1～22 層冷卻板由第一層供水環(huán)管供水，第23～43 層冷卻板由第二層供水環(huán)管供水，爐身中上部采用5段鑲磚冷卻壁由第三層供水環(huán)管供水。

爐缸泵站：風(fēng)口帶及以下共6 段冷卻壁由爐缸泵站供水環(huán)管供水。

優(yōu)化后的高爐除鹽水循環(huán)系統(tǒng)工藝見圖1。

圖1 優(yōu)化后的高爐除鹽水循環(huán)系統(tǒng)工藝簡圖

2.3 改進(jìn)后的冷卻器工藝

原來的II 系統(tǒng)，蒸發(fā)式空冷器原來共11 臺，在高爐大修的時候，拆除其中6臺，利用拆除蒸發(fā)式空冷器后的空間，設(shè)置6 臺板式換熱器。由于板式換熱器是水-水換熱，在新建的爐缸水泵站，增設(shè)II 系統(tǒng)板式換熱器二次冷卻水系統(tǒng)，地下水池、水泵、涼水塔、管路等。II 系統(tǒng)二次冷卻水循環(huán)泵有3 臺水泵，水泵從水池抽水，通過水泵加壓，分別打到II 系統(tǒng)板式換熱器，獲得熱量的水在余壓作用下，經(jīng)過泵站涼水塔降溫后，返回水池，繼續(xù)循環(huán)，上塔水量可以通過閥門調(diào)節(jié)。

板式換熱器技術(shù)參數(shù)：換熱面積851 m2，流程組合1×230/1×231,密封材料EPDM,質(zhì)量9 900 kg。

2.4 板式換熱器的結(jié)構(gòu)

板式換熱器由框架和板片組成。框架由上下導(dǎo)桿、固定壓緊板、活動壓緊板、夾緊螺栓等構(gòu)成。板片由薄板用磨具壓成形狀各異的波紋板，在板片的四個角上開有角孔，作為水的流道。板片的周邊及角孔處用橡膠墊片加以密封。板片易于拆裝、更換。

板式換熱器一次水和二次水通道內(nèi)，由于水的通過，在熱量交換過程中，水中的雜質(zhì)會吸附固結(jié)在板面上，日積月累，換熱能力降低，尤其是二次水側(cè)較為嚴(yán)重，需要定期清洗。在每年春季，將板片拆卸下來，用軟刷輕刷結(jié)垢體及污物，逐臺機械清洗后，用清水清洗干凈，恢復(fù)其換熱能力，保證夏天高溫季節(jié)水溫穩(wěn)定。

3 爐缸泵站的冷卻器

為了更好地穩(wěn)定高爐爐缸循環(huán)水溫度，保證爐缸冷卻壁冷卻強度，在高爐大修的時候，增設(shè)爐缸冷卻水泵站，用來冷卻風(fēng)口及以下冷卻壁。爐缸除鹽水循環(huán)泵共3 臺，型號NTP600-3420-71A-TD，2用1 備。爐缸水泵站蒸發(fā)式空冷器二次冷卻水設(shè)3臺水泵，型號：NTP300-120-80B-TD，根據(jù)用水量運行水泵數(shù)量，從地下水池加壓，送至蒸發(fā)式空冷器噴嘴，噴淋后吸收熱量的水，靠重力回流至地下水池。

4 二次冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定

纖維球過濾器濾料是纖維球，過濾時，水流壓力及自重作用下，濾料彈性高，孔隙沿水流方向逐漸變小，形成上部疏松、下部密實的理想濾層分布。纖維球比表面積大，孔隙率為96%左右。纖維球孔隙可變，攔截污物，吸附截留原水中的固體懸浮顆粒強。反洗水用量降低，抗腐蝕纖維球可以采用化學(xué)清洗再生。

II系統(tǒng)板式換熱器和爐缸蒸發(fā)式空冷器二次水水質(zhì)穩(wěn)定方案。地下水池中的水經(jīng)旁淋泵，型號NTP250-600-24-T，打入纖維球過濾器，纖維球濾料層吸附截留水中懸浮顆粒物，過濾速度不大于30m/h，隨著過濾時間的增加，過濾阻力增大，截留的懸浮物達(dá)到飽和，這時反沖洗再生。濾料反洗過程為進(jìn)水、攪拌、排污和靜置。起動反洗旁淋水泵，反洗水進(jìn)入過濾器使濾層膨脹。兩槳葉低速電動攪拌器攪動反洗水流和纖維球，污物脫落，污水從反洗排污管出口排出過濾器。纖維球自然沉降形成濾床，以備下次使用。

每天對水池內(nèi)的水進(jìn)行不少于2 次，每次不低于10 min 過濾，單臺處理水量210 m3/h，保證進(jìn)水水質(zhì)SS≤30 mg/L，出水水質(zhì)SS≤5 mg/L。

5 齒輪箱冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

5.1 齒輪箱冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

給水廠供給的工業(yè)新水由浮球閥控制水位，自動補水，進(jìn)入水箱，由提升泵站水泵加壓，打到爐頂水冷站，供給板式換熱器，與齒輪箱循環(huán)冷卻水進(jìn)行熱交換，進(jìn)水溫度控制在40 ℃以下，保持齒輪箱循環(huán)系統(tǒng)水溫低于50 ℃。接受熱量后的水，在提升泵作用下沿回水管道進(jìn)入冷卻塔冷卻，散發(fā)熱量后的水靠重力流回水箱。提升泵站新水在進(jìn)入水冷站以后分為2路，一路進(jìn)入板式換熱器換熱，另一路補水進(jìn)入水冷站循環(huán)系統(tǒng)。S-杯相當(dāng)于敞口水箱(水源)，水冷站內(nèi)水泵將S-杯內(nèi)回水腔的水經(jīng)水泵負(fù)壓抽吸，上部旋轉(zhuǎn)部分的冷卻回路，在水泵出水口一路首先經(jīng)過板式換熱器，在板式換熱器內(nèi)完成熱量交換，將齒輪箱傳來的熱量交換給提升泵站水循環(huán)系統(tǒng)，降低齒輪箱冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水溫度，最終將冷卻水送到齒輪箱S-杯內(nèi)，先通過S-杯的進(jìn)水腔，將冷卻水直接送到齒輪箱水冷板的底部管接口，然后水至下而上的回到S-杯的回水腔。下部固定部分的冷卻回路，傳統(tǒng)齒輪箱的下水槽位置安裝一根冷卻水管，進(jìn)、出水管接口在齒輪箱殼體的下部分別連接到水冷站的水泵出口端和回水端?；厮?jīng)過過濾器過濾，然后再進(jìn)入水泵繼續(xù)循環(huán)。見圖2。

圖2 水冷齒輪箱水循環(huán)系統(tǒng)和氮氣系統(tǒng)簡圖

5.2 優(yōu)化改進(jìn)方案

水冷站補水系統(tǒng)從高爐除鹽水閉路循環(huán)系統(tǒng)II系統(tǒng)回水管路上另接一條水管，經(jīng)過一臺補水泵加壓完成補水，水位計設(shè)在S-杯內(nèi)，通過設(shè)置上下限水位與補水氣動閥聯(lián)鎖，低水位開啟閥門補水，高水位關(guān)閉閥門停止補水，保證循環(huán)系統(tǒng)維持在正常水位。S-杯技術(shù)解決了原齒輪箱循環(huán)水流量小的問題，冷卻水流量提高一倍以上。改用除鹽水，用水水質(zhì)得以提高，使用的密封氮氣流量減少。為了保證用水安全，補水管道同時與提升泵站來水管道連接，除鹽水不足時，可以置換為新水補水。由于齒輪箱冷卻水回水不再靠重力流回，水冷站位置可以放在高爐大平臺上，通風(fēng)好，避免泵站內(nèi)煤氣含量高的缺點，有效保證人身安全。

6 改進(jìn)后的效果

6.1 提高制水設(shè)備使用率及應(yīng)急能力

原閉路I、II系統(tǒng)制水系統(tǒng)所制得除鹽水貯存在2 個除鹽水箱內(nèi)，爐缸循環(huán)水泵站內(nèi)不再設(shè)置制水系統(tǒng)的酸堿罐、中間水泵、中間水箱、陰陽床等，利用閉路和爐缸泵站的地勢高差，接一條DN100 管道從閉路除鹽水箱送水到爐缸泵站補水箱內(nèi)。為了保證循環(huán)水大量漏水而補充的除鹽水不足，從制備除鹽水的新水管道上引出一條管道，直接與除鹽水箱相連，以備應(yīng)急所用。

6.2 改進(jìn)后的溫度控制效果

年修結(jié)束后，高爐正常生產(chǎn)，蒸發(fā)式空冷器不運行僅運行0 臺，溫度控制在35～40 ℃。進(jìn)入7 月份后，天氣炎熱，II系統(tǒng)高爐循環(huán)水溫度一直有效控制在38 ℃左右微小波動。充分說明了工藝改進(jìn)對有效降低和穩(wěn)定水溫效果較好。

7 結(jié)束語

管路及設(shè)備的優(yōu)化及改進(jìn)包括以下幾個方面：

（1）為了保障爐缸冷卻強度及用水安全，爐缸單獨設(shè)置除鹽水循環(huán)泵站。

（2）齒輪箱循環(huán)水系統(tǒng)采用高爐爐身除鹽水補水，也就是冷卻水采用除鹽水，避免齒輪箱內(nèi)部結(jié)垢問題。

（3）爐缸蒸發(fā)式空冷器二次水和爐身板式換熱器及蒸發(fā)式空冷器二次水集中在爐缸泵站，通過纖維球過濾器旁濾，穩(wěn)定二次水水質(zhì)。

（4）爐缸泵站和高爐閉路泵站補水仍使用原來的制水系統(tǒng)。