煉鋼廠(chǎng)轉(zhuǎn)爐除塵系統(tǒng)存在的問(wèn)題及其整改方案

陳學(xué)文 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠(chǎng)，天津 300301)

煉鋼廠(chǎng)轉(zhuǎn)爐除塵系統(tǒng)存在的問(wèn)題及其整改方案

陳學(xué)文 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠(chǎng)，天津 300301)

轉(zhuǎn)爐除塵設(shè)備冷卻水及凈化水為濁環(huán)水，原設(shè)計(jì)壓力為0.5 MPa。轉(zhuǎn)爐循環(huán)水泵站按照T字形垂直合并到一趟管道并網(wǎng)供水，使給水壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，僅為0.29 MPa，除塵效果差。通過(guò)計(jì)算管道沿程阻力損失，校核泵的揚(yáng)程和選配電機(jī)功率等，并對(duì)除塵系統(tǒng)管路進(jìn)行綜合優(yōu)化，使系統(tǒng)壓力提高，滿(mǎn)足轉(zhuǎn)爐出點(diǎn)環(huán)保要求。

轉(zhuǎn)爐 除塵 系統(tǒng) 管路 循環(huán)水 損失 校核

1 引言

天津鋼鐵集團(tuán)有限公司是天津市工業(yè)布局戰(zhàn)略東移的重點(diǎn)工程，2003年陸續(xù)建成投產(chǎn)，具備年產(chǎn)600萬(wàn)t鋼、鐵、材的生產(chǎn)能力。鋼鐵企業(yè)的循環(huán)水系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)單元是非常重要的，要使循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、合理，設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化與設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)問(wèn)題的考慮非常關(guān)鍵。因此，水泵及其系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行與合理的設(shè)備經(jīng)濟(jì)配置方案對(duì)節(jié)能降耗具有重要的意義。本文從煉鋼廠(chǎng)實(shí)際角度出發(fā)，緊密聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)，通過(guò)對(duì)1#、2#轉(zhuǎn)爐煉鋼循環(huán)水泵站的除塵設(shè)備冷卻及其凈化系統(tǒng)存在的不合理之處進(jìn)行分析，從安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效果和節(jié)能環(huán)保等角度，結(jié)合當(dāng)前相關(guān)的前沿技術(shù)，提出了合理的整改方案。

2 除塵濁環(huán)水設(shè)備冷卻及凈化系統(tǒng)介紹

煉鋼過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，現(xiàn)在煉鋼廠(chǎng)所采用的除塵工藝是“兩文三脫”煙氣凈化工藝，轉(zhuǎn)爐除塵水的用水點(diǎn)在一文、二文及重力脫水器、90°彎頭脫水器和絲網(wǎng)脫水器。除塵系統(tǒng)一文除塵使用的是3個(gè)均布的螺旋噴嘴形成高壓水水膜，利用水膜將通過(guò)的高溫高壓的混有大量煙氣粉塵的轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行初次凈化，再通過(guò)重力脫水器脫除其中的煙塵，然后煙氣經(jīng)過(guò)二文除塵器的水膜再次將煙氣凈化，最后通過(guò)90°彎頭脫水器和絲網(wǎng)脫水器，完成煙氣的凈化過(guò)程，見(jiàn)圖1。

脫除煙氣后產(chǎn)生的回水主要為“一文”、“二文”除塵冷卻水和“一文”、“二文”煙氣凈化水，所產(chǎn)生的水經(jīng)脫水器排出，即成為轉(zhuǎn)爐除塵回水。除塵回水回到除塵回水處理塔，經(jīng)過(guò)粗顆粒分離池和斜板沉淀池處理，處理后的除塵水經(jīng)過(guò)除塵回水處理塔的泵送回到除塵系統(tǒng)的回水池內(nèi)。

3 轉(zhuǎn)爐除塵濁環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

圖1 轉(zhuǎn)爐煙氣除塵凈化圖

轉(zhuǎn)爐除塵設(shè)備冷卻水及凈化水為濁環(huán)水，設(shè)計(jì)上要求的壓力為0.5 MPa，一文溢流水流量為50 m3/h，一文噴嘴水流量為250 m3/h，二文噴嘴水流量為200 m3/h。除塵水的設(shè)計(jì)同樣是由1#和2#轉(zhuǎn)爐循環(huán)水泵站按照T字形垂直合并到一趟管道共同并網(wǎng)供水[1]，見(jiàn)圖2，但是存在給水壓力低、達(dá)不到設(shè)計(jì)壓力的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，壓力僅為0.29 MPa，使得除塵效果差，經(jīng)常達(dá)不到環(huán)保要求。另外，該系統(tǒng)為單趟管道供水，管徑為DN500，這種沒(méi)有備用管道的情況會(huì)給維修帶來(lái)不便，進(jìn)而也會(huì)影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

圖2 轉(zhuǎn)爐除塵循環(huán)水示意圖

4 除塵設(shè)備冷卻及煙氣凈化系統(tǒng)泵的優(yōu)化及校核

4.1 除塵系統(tǒng)泵的優(yōu)化

轉(zhuǎn)爐除塵濁環(huán)水系統(tǒng)的泵組在投入運(yùn)行之初最大的工作壓力為0.35 MPa，一直沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。后來(lái)隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，加上管道內(nèi)的水為濁環(huán)水，管道上會(huì)附著污泥，使得管道的有效管徑變小，管道的沿程阻力損失就會(huì)加大，管道的壓力逐漸地變?yōu)楝F(xiàn)在的0.29 MPa。由于壓力不足，造成除塵效果差，所以生產(chǎn)中不得不提高泵的流量，加大用水點(diǎn)的流量來(lái)增強(qiáng)除塵的效果，雖然除塵效果有所提高，但是并沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。這樣的做法不僅浪費(fèi)浪費(fèi)了大量的電力資源，同樣是對(duì)水資源的浪費(fèi)。所以，為了從根本上解決轉(zhuǎn)爐除塵濁環(huán)水系統(tǒng)供水壓力不足的問(wèn)題，應(yīng)該從源頭——泵上找原因，應(yīng)該重新對(duì)泵進(jìn)行選型[2]。根據(jù)選型原則，對(duì)除塵系統(tǒng)優(yōu)化方案為：選擇型號(hào)為YS200-150-605型單級(jí)雙吸離心泵，揚(yáng)程為105 m，流量為472 m3/h，電機(jī)功率為200 kW，增加除塵系統(tǒng)的壓力，達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，改善除塵效果。

4.2 除塵系統(tǒng)泵的校核

設(shè)備工藝要求每座轉(zhuǎn)爐的除塵水壓力為0.5 MPa，溫度為20℃，流量為550 m3/h，3座轉(zhuǎn)爐的總的除塵水需要流量為550×3＝1 650 m3/h。即用戶(hù)端泵的壓力為H終=0.5 MPa，體積流量為1 650 m3/h。管徑為0.5 m，管道長(zhǎng)度約350 m，用戶(hù)端與泵站基本面高差為36 m，所以H勢(shì)能＝36 m。

4.2.1 計(jì)算管道沿程阻力損失

根據(jù)達(dá)西公式：

式中：λ——沿程摩阻系數(shù);

L——管長(zhǎng)，取L=350 m;

d——管徑，取d=0.5 m;

v——管內(nèi)平均速度;

g——重力加速度;

平均流速為體積流量和管道橫截面積的比值，即：

式中：η——流體的運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)，m2/s;水在20℃的黏滯系數(shù)為1.31×10-6m2/s。

設(shè)備使用管道為鋼管，查工業(yè)管道的當(dāng)量糙粒高度，得當(dāng)量粗糙度Δ=0.046 mm。

根據(jù)當(dāng)量粗糙度和雷諾數(shù)查莫迪圖得：

沿程阻力系數(shù)λ值為0.032，

把 λ、L、d、v均帶入（1)，得：

4.2.2 計(jì)算局部阻力

本系統(tǒng)局部阻力產(chǎn)生的方式有彎頭和閥門(mén)兩種，共16個(gè)90°彎頭，4個(gè)蝶閥閥門(mén)。

局部阻力計(jì)算公式為：

式中，ξ——局部阻力系數(shù);查給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)，彎頭 ξ=0.294，

式中：k——校核系數(shù);Q——水泵流量;ρ——流體密度;g——重力加速度;η——傳動(dòng)機(jī)械的效率;ηc——電機(jī)效率。

由于2個(gè)泵站的泵各是開(kāi)二備一，所以4臺(tái)電機(jī)的功率Ne為642.1 kW，則一臺(tái)電機(jī)的功率Ne是642.1÷4=160.525 kW，所選泵的功率200 kW>160.525 kW，所以，所選泵的電機(jī)適合實(shí)際需求[3]。

通過(guò)對(duì)泵的揚(yáng)程和選配電機(jī)進(jìn)行校核，所選的泵完全符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的需要。

5 除塵系統(tǒng)中管路的綜合優(yōu)化

5.1 除塵系統(tǒng)改造方案及計(jì)算

對(duì)除塵系統(tǒng)管路的綜合優(yōu)化過(guò)程中，系統(tǒng)的管道優(yōu)化采用T型改造為Y型方案。這樣優(yōu)化后，能量損失會(huì)大大降低。見(jiàn)圖3。

圖3 管路圖

由于優(yōu)化改造前后管道的管徑不發(fā)生變化，所以體積流量保持不變[4]。

但是改造前后能量損失減少降低數(shù)倍。改造前的T字型管道相當(dāng)于正三通，改造后的Y型管道相當(dāng)于斜三通。當(dāng)流體流經(jīng)各種閥門(mén)、彎頭和變截面管等局部裝置，流體將發(fā)生變形，產(chǎn)生阻礙流體運(yùn)動(dòng)的力，這種力稱(chēng)為局部阻力，由此引起的能量損失稱(chēng)為局部損失。

根據(jù)伯努利能量方程，局部水頭損失

局部水頭損失系數(shù)是局部水頭損失折合成速度水頭的比例系數(shù)，即：

式中：α一般取 1;hj——局部能量損失，J/N或m（流體柱);ξ——局部阻力系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，無(wú)因次量;v—平均流速，m/s;g—重力加速度，m/s2。

由于優(yōu)化前后流量不變，管徑不發(fā)生變化，即管道的橫截面積不發(fā)生變化，

即優(yōu)化改造前后管道內(nèi)水的平均流速不發(fā)生變化。

2#煉鋼泵站除塵系統(tǒng)的管道與1#煉鋼泵站的管道按照T字形垂直合并到一趟管道，這樣對(duì)系統(tǒng)的壓力及流量減小很大，應(yīng)當(dāng)改為2#泵站的給水管道順著1#泵站給水管道的水流方向呈45°夾角合并，見(jiàn)圖4，夾角越小阻力損失越小，但是在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量計(jì)算中發(fā)現(xiàn)在地下管道通廊內(nèi)現(xiàn)有的地勢(shì)和管道直徑情況下45°夾角最為合理，這樣能減少對(duì)系統(tǒng)的壓力的損失，提高系統(tǒng)的壓力。

圖4 改造后的管道合并方式

5．2 除塵系統(tǒng)改造前后局部損失比較

Q=Q1+Q2=596+1042=1 638 m3/h

式中:Q1、Q2——分別為1#、2#水泵站的流量;

Q——合并后總管的流量;

改造前T字型時(shí)，即正三通，查給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)，查得正三通的局部阻力系數(shù)為1.5，所以局部能量損失為：

改造后為Y字型時(shí)，即斜三通，由于改造前后的流量和直徑?jīng)]有變化，查給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)，查得斜三通的局部阻力系數(shù)為0.5，所以局部能量損失為

可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)以上優(yōu)化改造方案，局部能量損失降低3倍。在經(jīng)過(guò)改造后使得系統(tǒng)的回水更加順暢，改善冷卻效果。

同時(shí)，增加一趟備用管道（轉(zhuǎn)爐煉鋼循環(huán)水泵站系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了6年時(shí)間)，以備應(yīng)急事故下使用，在新管道鋪設(shè)完投入使用后，在生產(chǎn)中就可以對(duì)舊管道進(jìn)行清洗維護(hù)工作，增加了煉鋼生產(chǎn)的保險(xiǎn)系數(shù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)轉(zhuǎn)爐循環(huán)水泵除塵系統(tǒng)優(yōu)化整改方案的實(shí)施，使得除塵水的壓力提高到0.53 MPa，流量達(dá)到560 m3/h，完全滿(mǎn)足除塵系統(tǒng)的要求，達(dá)到了環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。增加備用管道改善了現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，延長(zhǎng)了地下管廊內(nèi)管道設(shè)備的使用壽命，增加了生產(chǎn)的安全系數(shù)，消除了事故的隱患。

[1]李百齊.水泵站在多泵運(yùn)行時(shí)水泵性能的分析 [J].船舶力學(xué)，2008（4)：74-77.

[2]袁耀文.水泵機(jī)組流量?jī)?yōu)化分配的節(jié)能效果淺析[J].冶金動(dòng)力，1996（3)：46-49.

[3]白春香.水泵站耗能工況分析[J].鞍鋼技術(shù)，1999（1)：25-28.

[4]趙順權(quán).西寧特鋼股份有限公司第三水泵站改造[J].青海科技，2009（4)：61-62.

[5]王圃，龍騰銳，文屹.給水泵站的水泵優(yōu)選及節(jié)能改造[J].中國(guó)給水排水，2004（10)：81-83.

Existing Problems and Rectifying Plan of Converter Dedusting System of Steel-making Plant

Chen Xuewen

The cooling water and purified water for converter dedusting equipment was turbid circulating water with 0.5 MPa designed pressure.Converter circulating water pump station had its pipeline running in“T”,which merged into one line to supply water.Consequently,water supply pressure,which was only 0.29 MPa,could not meet design requirement and resulted in bad dedusting effect.The pump lift was calibrated and motor frequency chosen according to the calculation of pipeline resistance and loss.The pipeline of dedusting system was optimized to raise system pressure.Thus the converter discharge met environmental protection requirement.

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（收稿 2011－07－13 責(zé)編 崔建華)

陳學(xué)文，男，高級(jí)工程師，畢業(yè)于天津理工大學(xué)機(jī)械系，現(xiàn)任天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠(chǎng)設(shè)備廠(chǎng)長(zhǎng)。