某鋼廠水處理蒸發(fā)式空冷器技術(shù)改造

文_陳雅露 尹玲煥 武漢華德環(huán)保工程技術(shù)有限公司

1 改造項(xiàng)目的背景

某鋼廠1號(hào)水站于2007年11月投產(chǎn)運(yùn)行，主要負(fù)責(zé)主體廠1號(hào)煉鋼連鑄機(jī)和冶煉爐部分冷卻用水及水處理任務(wù)，分開(kāi)路循環(huán)水系統(tǒng)、閉路循環(huán)水系統(tǒng)、開(kāi)路濁循環(huán)水系統(tǒng)3個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)。閉路循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)狀共有19臺(tái)蒸發(fā)式空冷器，分別為轉(zhuǎn)爐氧槍?zhuān)ˋ1）、轉(zhuǎn)爐副槍?zhuān)ˋ2）、連鑄結(jié)晶器（A3）、連鑄設(shè)備（A4）、LF爐設(shè)備（A5）的設(shè)備提供冷卻水，由于有4臺(tái)空冷器目前系統(tǒng)回水溫度較低，熱負(fù)荷也相對(duì)較低，暫時(shí)還可以滿(mǎn)足系統(tǒng)溫度需求，因此本次改造對(duì)象為其中的15臺(tái)蒸發(fā)式空冷器。

表1 1號(hào)水站原有蒸發(fā)式空冷器技術(shù)參數(shù)

某鋼廠2號(hào)水站是1996年配套二號(hào)煉鋼平改轉(zhuǎn)時(shí)所建，其主要任務(wù)是向2號(hào)煉鋼轉(zhuǎn)爐及連鑄機(jī)系統(tǒng)供水及其回水的處理，裝機(jī)容量7300kW，196余臺(tái)設(shè)備。2007年由于轉(zhuǎn)爐擴(kuò)容，新建大方坯水處理系統(tǒng)，其任務(wù)是向2號(hào)煉鋼新增大方坯3#連鑄機(jī)、2#LF爐和RH真空爐供水及其回水處理，裝機(jī)容量3139kW，80余臺(tái)設(shè)備。本站共分凈循環(huán)水系統(tǒng)、軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)（閉路系統(tǒng)）、煙氣洗滌水處理系統(tǒng)、VD濁循環(huán)水處理系統(tǒng)、RH濁循環(huán)水處理系統(tǒng)、過(guò)濾器反洗水處理系統(tǒng)以及污泥脫水系統(tǒng)。軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)有13臺(tái)蒸發(fā)式空冷器，分別服務(wù)于3#連鑄結(jié)晶器、3#連鑄設(shè)備、RH和LF爐，由于RH系統(tǒng)和LF爐目前系統(tǒng)回水溫度較低，熱負(fù)荷也相對(duì)較低，暫時(shí)還可以滿(mǎn)足系統(tǒng)溫度需求，因此本次改造對(duì)象為系統(tǒng)中的9臺(tái)蒸發(fā)式空冷器。

表2 2號(hào)水站原有蒸發(fā)式空冷器技術(shù)參數(shù)

2 改造的必要性

某鋼廠原有蒸發(fā)式空冷器設(shè)備自2007年投產(chǎn)至今已滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行13年，設(shè)備長(zhǎng)期處于高污染、大濕度環(huán)境下運(yùn)行，加快了設(shè)備的折舊和不可逆的損毀，并且由于主體廠產(chǎn)量提升，連鑄機(jī)連鑄坯噸鋼產(chǎn)量增加約13%，導(dǎo)致蒸發(fā)式空冷器降溫效果不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。夏季高溫高產(chǎn)狀態(tài)，回水溫度為54～55℃，通過(guò)空冷器降溫，加上置換水，軟水外供水溫度在42℃左右，已無(wú)法滿(mǎn)足主體廠≤40℃的供水標(biāo)準(zhǔn)。水站被迫大量置換一、二次新水來(lái)維持生產(chǎn)，導(dǎo)致新水量和用電量大幅增加。

原有蒸發(fā)式空冷器箱體外部腐蝕，不僅造成局部漏水，影響作業(yè)區(qū)的環(huán)境，同時(shí)給其他零部件也帶來(lái)了不同程度的安全隱患。原有盤(pán)管材質(zhì)為整體熱浸鍍鋅或者碳鋼，耐腐蝕性能較差，局部已經(jīng)銹蝕嚴(yán)重甚至出現(xiàn)穿孔，造成軟水泄漏。污垢和破碎的填料污染二次水水質(zhì)，引起噴淋系統(tǒng)堵塞，噴淋不均勻，導(dǎo)致空冷器降溫效果下降，不能滿(mǎn)足工藝要求；噴頭的堵塞也導(dǎo)致二次冷卻水在水箱處大量外溢，污染現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。為確保主體廠正常生產(chǎn)，近兩年水處理分廠加大蒸發(fā)式空冷器設(shè)備維修和備件更換力度，耗費(fèi)高額維修費(fèi)用。在國(guó)家大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保、綠色生產(chǎn)的大背景下，鑒于水站中各軟水密閉系統(tǒng)蒸發(fā)式空冷器設(shè)備均已超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限，人力和檢修成本日益增長(zhǎng)，對(duì)原有蒸發(fā)式空冷器進(jìn)行升級(jí)改造迫在眉睫。

3 改造方案

為了恢復(fù)設(shè)備的降溫能力同時(shí)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)條件及配管位置安裝的要求，我們依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，外形尺寸、電機(jī)功率及設(shè)備的溫降滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)通過(guò)對(duì)重要零部件的材質(zhì)提升來(lái)穩(wěn)定設(shè)備降溫能力，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。對(duì)蒸發(fā)式空冷器重要零部件的材質(zhì)進(jìn)行比選，以選出適合現(xiàn)場(chǎng)需求的使用壽命更長(zhǎng)的設(shè)備。

3.1 蒸發(fā)式空冷器

蒸發(fā)式空冷器是將板式換熱器置于冷卻塔中，結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)備占地面積小。系統(tǒng)工作時(shí)，熱工藝流體在蛇形盤(pán)管內(nèi)由下向上流動(dòng)，與外部的噴淋水完成熱交換過(guò)程。低溫噴淋水從盤(pán)管上方流過(guò)盤(pán)管表面，管內(nèi)外冷熱流體逆流形式熱交換，升高溫度的噴淋水經(jīng)由順流的冷干空氣初步降溫后再流經(jīng)二次熱交換層，由側(cè)面進(jìn)入的冷干空氣進(jìn)一步冷卻后流到集水盤(pán)，重新循環(huán)利用。管外噴淋循環(huán)水的冷卻過(guò)程采用了復(fù)合流技術(shù)，軸流風(fēng)機(jī)帶動(dòng)空氣均勻通過(guò)盤(pán)管和PVC熱交換層，使得少部分噴淋水蒸發(fā)，以潛熱和部分顯熱形式帶走工藝流體放出的熱量。閉式循環(huán)很好的保證了軟水循環(huán)水的水質(zhì)，從而保證了主體廠設(shè)備的高效運(yùn)行。

3.1.1 耐腐蝕的不銹鋼箱體

蒸發(fā)式空冷器常用的箱體材質(zhì)有玻璃鋼板、鍍鋅板、鍍鋁鋅板、不銹鋼板等。考慮到玻璃鋼的剛性不足，容易老化變形，長(zhǎng)期耐高溫性差；鍍鋅板的鍍鋅層易脫落造成鋼板整體腐蝕及施工時(shí)容易劃傷；鍍鋁鋅鋼板一旦出現(xiàn)局部腐蝕，銹蝕現(xiàn)象會(huì)很快擴(kuò)散到整個(gè)板面。不銹鋼板表面光潔，有較高的塑性、韌性和機(jī)械強(qiáng)度，耐酸、堿性氣體、溶液和其他介質(zhì)的腐蝕，更適合于廠內(nèi)的環(huán)境。

3.1.2 高效換熱的盤(pán)管

在密閉循環(huán)中被冷卻水在換熱盤(pán)管內(nèi)流動(dòng)，把熱量傳給管外流體，實(shí)現(xiàn)降溫。盤(pán)管對(duì)于蒸發(fā)式空冷器能否實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能的把水溫降到設(shè)計(jì)要求，起著舉足輕重的地位。常用的盤(pán)管管材有銅管、鍍鋅鋼管、碳鋼管和不銹鋼管等。從使用壽命方面考慮，銅管和不銹鋼管能夠承受的使用環(huán)境更為廣泛。不銹鋼管的表面氧化層更加致密，水垢無(wú)法存留在表層，即使長(zhǎng)期使用，也不會(huì)產(chǎn)生明顯的水垢，相比之下，銅管雖然傳熱效率更高，但是銅管表面產(chǎn)生水垢的速度較快，容易影響水質(zhì)和盤(pán)管的散熱能力。廠內(nèi)運(yùn)行環(huán)境粉塵高，對(duì)水質(zhì)水垢要求嚴(yán)格，故采用不銹鋼材質(zhì)的盤(pán)管。盤(pán)管的布置形式有錯(cuò)排和順排之分，采用不同布置形式時(shí)設(shè)備效率存在差別，錯(cuò)排布置的傳熱系數(shù)較大，在相同條件下所需的盤(pán)管換熱面積比順排布置小，故選擇錯(cuò)排布置的不銹鋼盤(pán)管。

3.1.3 改性PVC薄膜填料

蒸發(fā)式空冷器中填料的作用是加大噴淋水與空氣之間的接觸面積，水在填料表面能夠充分濕潤(rùn)形成均勻的水膜，達(dá)到強(qiáng)化熱質(zhì)交換的效果。因此理想的填料應(yīng)該具有良好親水性能，氣流阻力小、價(jià)格便宜等特性。填料可分為：點(diǎn)滴式、薄膜式和點(diǎn)滴薄膜式；根據(jù)使用材料可分為：木材、石棉水泥、水泥網(wǎng)格、塑料、PVC、金屬及陶瓷等等；根據(jù)形狀可分為：S波、斜交錯(cuò)、臺(tái)階式梯形斜波、雙向波以及斜折波等。常用的空冷器填料為淋水填料、S波（ST型）填料散熱性強(qiáng)、通風(fēng)阻力小，剛性大、表面積大，對(duì)水的再分配能力強(qiáng)，水膜形成均勻、停留時(shí)間長(zhǎng)，孔徑大，適合各種水質(zhì)。

改性PVC薄膜填料，使用全新樹(shù)脂粉經(jīng)制基片后壓制而成。填料片基片厚度>0.40±0.03mm，阻燃氧指數(shù)≥40；親水憎油性能優(yōu)越、耐溫差變化，在65℃條件下時(shí)不發(fā)生幾何變形，在-40℃條件下不破碎、不脆裂。本次改造使用阻燃型改性PVC薄膜型淋水填料。

3.1.4 均勻的配水系統(tǒng)

配水的均勻性直接影響著噴淋水膜的分布，從而影響冷卻塔的效率。噴淋布水器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、耐用，對(duì)水壓適應(yīng)能力強(qiáng)，一般由干管和支管組成，其上安裝有若干噴嘴，噴嘴呈正方形排列。噴淋布水器的干管通常為鋼制圓管或水箱，材質(zhì)有普通碳鋼和不銹鋼等，支管有PVC管、不銹鋼管等。本次改造采用噴淋布水器，配套使用大流量防堵塞的提籃式噴嘴，保證布水均勻、可靠。

3.1.5 風(fēng)機(jī)直連傳動(dòng)

風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于將冷卻塔散熱排入大氣環(huán)境中。直連傳動(dòng)的設(shè)備中間環(huán)節(jié)減少，出故障的幾率降低，減少了購(gòu)買(mǎi)成本和維修成本，節(jié)約資源。直接傳動(dòng)，降低了中間傳動(dòng)能量的損耗，效率較高；操作簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)；設(shè)備維修方便，便于管理。故本次改造采用直連傳動(dòng)。

3.2 改造內(nèi)容

拆除原有24臺(tái)空冷器，依據(jù)現(xiàn)有尺寸重新設(shè)計(jì)，在原址重新安裝24臺(tái)經(jīng)過(guò)升級(jí)改造后的空冷器，以恢復(fù)現(xiàn)有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)值。

某鋼廠1號(hào)水站拆除蒸發(fā)式空冷器共15臺(tái)：氧槍系統(tǒng)4臺(tái)；副槍系統(tǒng)1臺(tái)；結(jié)晶器系統(tǒng)4臺(tái)；連鑄設(shè)備系統(tǒng)5臺(tái)；LF系統(tǒng)1臺(tái)。2號(hào)水站拆除蒸發(fā)式空冷器共9臺(tái)：結(jié)晶器系統(tǒng)4臺(tái)；連鑄設(shè)備系統(tǒng)5臺(tái)。某鋼廠1號(hào)水站新增YCF-120蒸發(fā)式空冷器2臺(tái)，YCF-500蒸發(fā)式空冷器9臺(tái)，YCF-165蒸發(fā)式空冷器4臺(tái)；2號(hào)水站新增YCF-200蒸發(fā)式空冷器9臺(tái)；合計(jì)24臺(tái)。

表3 1號(hào)水站改造后蒸發(fā)式空冷器技術(shù)參數(shù)

表4 2號(hào)水站改造后蒸發(fā)式空冷器技術(shù)參數(shù)

4 改造后經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益

分別對(duì)兩個(gè)水站的24臺(tái)蒸發(fā)式空冷器進(jìn)行升級(jí)改造后，恢復(fù)軟水密閉系統(tǒng)設(shè)備降溫能力，保證主體廠正常生產(chǎn)情況下供水溫度，同時(shí)滿(mǎn)足主體廠在高產(chǎn)、高溫工況下（4～10月）的供水溫度達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)（≤40℃），保障主體廠產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)順行和安全生產(chǎn)。每年節(jié)省電費(fèi)54.7萬(wàn)元，節(jié)約新水費(fèi)280.8萬(wàn)元，合計(jì)約335.5萬(wàn)元；節(jié)約檢修和備件消耗費(fèi)用每年約73.82萬(wàn)元。減少軟水補(bǔ)水量43.8萬(wàn)m3，減少凈化水補(bǔ)水量36萬(wàn)m3。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次升級(jí)改造，恢復(fù)了蒸發(fā)式空冷器的降溫能力，滿(mǎn)足主體廠產(chǎn)能提升的同時(shí)節(jié)省大量電費(fèi)，新水費(fèi)，檢修及備件消耗費(fèi)用；消除軟水和二次噴淋水的泄漏現(xiàn)象，減少了軟水及凈化水補(bǔ)水量，從而減小后續(xù)工序的環(huán)保壓力；改善了現(xiàn)場(chǎng)排水水質(zhì)及狀況，有利于實(shí)現(xiàn)雨污分流。不僅滿(mǎn)足了主體廠正常生產(chǎn)所需供水溫度，同時(shí)產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益。