汽化冷卻用于球團(tuán)豎爐烘干床水梁的實踐*

陳 軍， 李 挺， 郭 峰

(江蘇永鋼集團(tuán)有限公司， 江蘇 張家港 215628)

汽化冷卻用于球團(tuán)豎爐烘干床水梁的實踐*

陳 軍， 李 挺， 郭 峰

(江蘇永鋼集團(tuán)有限公司， 江蘇 張家港 215628)

通過分析汽化冷卻的原理、工藝流程，及實際應(yīng)用效果的對比，汽化冷卻方式明顯提升了豎爐中水梁的使用效果，對豎爐改造提供了思路。

球團(tuán)豎爐； 汽化冷卻； 烘干床水梁

引 言

國內(nèi)球團(tuán)豎爐于1986年開始建成、投產(chǎn)，填補(bǔ)了國內(nèi)球團(tuán)豎爐的空白。初始的球團(tuán)豎爐(8 m2)因工藝、設(shè)備等原因，產(chǎn)量僅為300 t/d左右。通過總結(jié)幾年的使用情況，球團(tuán)豎爐工作者于1972年發(fā)明了“導(dǎo)風(fēng)墻—烘干床”低壓焙燒新工藝，球團(tuán)礦日產(chǎn)量猛增到600 t/d。隨之而來的問題是：導(dǎo)風(fēng)墻承重的大水梁和烘干床水梁的使用壽命嚴(yán)重制約了球團(tuán)豎爐的正常工作。經(jīng)過研究、摸索，國內(nèi)豎爐廠家大部分采用厚壁無縫鋼管加汽化冷卻或水冷方式對處于高溫下的大水梁進(jìn)行冷卻，烘干床水梁的冷卻多數(shù)仍采用水冷方式。烘干床水梁水冷卻方式不可回避的問題是：因為停電、斷水或水質(zhì)差等原因，水梁管路斷水或結(jié)垢的情況時有發(fā)生，冷卻效果差，水梁產(chǎn)生下?lián)希瑢?dǎo)致發(fā)生漏水現(xiàn)象，為此而造成的停爐損失無法挽回。如何延長烘干床水梁的使用壽命，力爭烘干床水梁與導(dǎo)風(fēng)墻水梁同步更新，又是球團(tuán)豎爐工作者必須認(rèn)真思考與解決的實際問題。故此，江蘇永鋼集團(tuán)有限公司(以下簡稱“永鋼”)與濟(jì)鋼設(shè)計院通力合作，嘗試將汽化冷卻用于烘干床水梁。

1 原理研究

1.1 汽化冷卻原理

(1)根據(jù)汽化冷卻自然循環(huán)力的原理

ΔP=h×(r水-r混)

式中ΔP為自然循環(huán)力(一般要求汽包壓力在0.4 MPa)；h為冷卻器(烘干床水梁、大水梁)至汽包的垂直距離(m)；r水為水的密度(kg/m3)；r混為汽水混合物密度(kg/m3)。

ΔP的大小決定于兩個因素：1)冷卻器至汽包的距離; 2)水與汽、水混合物的密度。1 kg汽從冷卻器帶走的熱量550 kcal；1 kg水從冷卻器帶走的熱量20 kcal。

(2)冷卻器的熱負(fù)荷愈大，汽包壓力愈大，系統(tǒng)的工作愈穩(wěn)定；汽包位置愈高，則自然循環(huán)力愈大，介質(zhì)流速愈高，能克服較大的系統(tǒng)阻力。

1.2 汽化冷卻工藝的優(yōu)點

(1)工作可靠，可延長設(shè)備的使用壽命；

(2)系統(tǒng)省水；

(3)水梁不結(jié)垢；

(4)熱負(fù)荷增加時，循環(huán)水量可自動調(diào)整；

(5)短時停電、停水(2～3 h)不會造成設(shè)備損壞。

1.3 注意事項

(1)實際操作中，切忌集中將大量冷卻水加入汽包，造成汽包內(nèi)溫度急劇下降，破壞循環(huán)；更不能將汽包敞開口工作，處于無壓狀態(tài)，以減少冷卻器汽喘或振動現(xiàn)象。

(2)低溫開爐時，汽包溫度達(dá)不到沸點要求，可開動強(qiáng)制循環(huán)水泵，推動系統(tǒng)循環(huán)；待水溫上升并達(dá)到汽化后，關(guān)閉循環(huán)水泵，轉(zhuǎn)入自然循環(huán)。

(3)盡量減小系統(tǒng)阻力，減少直角彎頭；

(4)穩(wěn)定大、小水梁的工況溫度，盡可能減少爐況大幅度的波動。

2 不同的工藝流程對比

2.1 某烘干床水梁工藝流程

為解決烘干床水梁下?lián)线M(jìn)而引起漏水的頑癥，某廠將汽化冷卻運用到烘干床水梁。其工藝流程如圖1所示。

①下降管；②上升管；③排污；④安全閥；⑤放散閥；⑥去往二次汽包；⑦水位計

2.2 永鋼豎爐現(xiàn)用汽化冷卻工藝流程

工藝流程如圖2所示。

①下降管；②上升管；③排污；④安全閥；⑤放散閥；⑥去往二次汽包；⑦水位計；⑧閥門

2.3 兩種工藝流程的差異

(1)汽包距烘干床落差：圖1中的落差約為5 m，圖2中的落差為13.24 m。

(2)汽包冷卻水進(jìn)入烘干床水梁的形式：

圖1中,汽包冷卻水由下降管直接進(jìn)入烘干床水梁，然后水汽混合物由上升管返回至汽包(自然循環(huán))。使用時間近7天時，烘干床水梁下?lián)希蜅l大部分落入豎爐內(nèi)。大水梁無異常。

圖2中,汽包冷卻水經(jīng)下降管進(jìn)入串聯(lián)在上升管的烘干床水梁后，汽水混合物進(jìn)行二次汽化后再進(jìn)入汽包，同時在下降管并聯(lián)了強(qiáng)制循環(huán)水泵，以備低溫開爐時采取強(qiáng)制循環(huán)措施。使用時間：2010年10月至2013年4月，共兩年零6個月。期間，烘干床底部兩根小水梁略有下?lián)希瑸榉乐贡蜅l塌落，予以更新，其導(dǎo)風(fēng)墻水梁及烘干床水梁皆無異常。

3 應(yīng)用實踐

3.1 方案設(shè)計

根據(jù)汽化冷卻的基本原理，總結(jié)諸多導(dǎo)致烘干床水梁變形下?lián)弦蛩兀醪綌M定方案如下：

(1)根據(jù)豎爐框架結(jié)構(gòu)特點及節(jié)省投資費用，適當(dāng)提高汽包位置，有利于強(qiáng)化自然循環(huán)的動力；

(2)考慮烘干床水梁溫度場變化情況，在汽包下降管處并聯(lián)一組循環(huán)水泵，實施強(qiáng)制循環(huán)。當(dāng)汽包蒸汽壓力大于0.2 MPa時，由強(qiáng)制循環(huán)轉(zhuǎn)為自然循環(huán)；

(3)為減小管網(wǎng)阻力，所有彎頭皆采用弧形彎頭；

(4)強(qiáng)化汽包管網(wǎng)系統(tǒng)保溫，對所有裸露在爐外的管件按規(guī)范保溫，減少管網(wǎng)系統(tǒng)熱量損失。

3.2 操作重點

強(qiáng)化汽化及開爐操作：

(1)穩(wěn)定軟水的制備。軟化水配制的主要標(biāo)準(zhǔn)為pH值，數(shù)值穩(wěn)定在8.4～8.7之間為宜。

(2)嚴(yán)格汽化冷卻的崗位操作。即低溫開爐或短時停爐(一般為停爐時間大于1 h)即可開啟循環(huán)水泵，采取強(qiáng)制循環(huán)，正常后轉(zhuǎn)入自然循環(huán)，正常生產(chǎn)中定時排污。根據(jù)水位定時補(bǔ)充軟化水(一般為自動控制)，人工巡視與自動監(jiān)視水位緊密結(jié)合，嚴(yán)防因水位的大幅波動干擾汽化冷卻的正常運行。

(3)確保爐況順行。爐況順行不僅是豎爐優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是汽化冷卻正常運行的前提條件，只有爐況順行，其熱工狀況、溫度場才會穩(wěn)定，大、小水梁的工況才得以正常，特別是生球入爐量的大幅波動是烘干床水梁汽化冷卻的勁敵。

3.3 使用效果

(1)采用水冷工藝的球團(tuán)豎爐導(dǎo)風(fēng)墻水梁、烘干床水梁使用壽命一般在1年左右，而采用汽化冷卻后壽命可達(dá)2年以上，并實現(xiàn)烘干床水梁和導(dǎo)風(fēng)墻水梁的同步檢修。永鋼球團(tuán)3#,4#豎爐自2009年9月烘干床水梁采用汽化冷卻后，導(dǎo)風(fēng)墻水梁、烘干床水梁已使用五年零1個月(2013、2014年因市場原因各停產(chǎn)半年)，1#，2#豎爐在2010年10月進(jìn)行改造后，烘干床水梁也采用汽化冷卻方式，使用壽命達(dá)2年以上，基本無異常。

(2)豎爐開停爐以及正常運行中無汽喘、振動現(xiàn)象，不僅有效地延長了水梁的使用壽命，而且導(dǎo)風(fēng)墻耐火材料的使用壽命也得到延長。

(3)汽化冷卻所產(chǎn)生的蒸汽可用于發(fā)電，目前每月發(fā)電量可達(dá)50萬kW·h以上，進(jìn)一步降低了能源消耗。

4 結(jié)束語

汽化冷卻方式用于烘干床水梁，提高了設(shè)備的使用壽命和生產(chǎn)效率，進(jìn)一步保證了豎爐的正常生產(chǎn)，同時節(jié)約了電力能源，降低了成本消耗，為同類企業(yè)設(shè)備改造提供了參考依據(jù)。

2015-07-22

TF325.1； TF321.4