高爐軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)水溫調(diào)控分析與探討

李亞光，凈曉星，王旭旦，劉 磊

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

前言

軟水密閉循環(huán)冷卻是煉鐵高爐的一種冷卻方式。首鋼股份4 000 m3高爐爐體采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，循環(huán)水采用閉式冷卻塔降溫，冷卻水為循環(huán)供水方式，通過(guò)冷卻水量的合理分配，實(shí)現(xiàn)軟水可靠降溫［1］。經(jīng)過(guò)不斷摸索總結(jié)，該技術(shù)日趨優(yōu)化完善，但冷卻水在長(zhǎng)期循環(huán)使用過(guò)程中存在降溫能力下降的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整藥劑投加量、改造系統(tǒng)工藝等方法對(duì)問(wèn)題逐項(xiàng)進(jìn)行分析、討論、整改，有效提升了冷卻水降溫能力，提高了供水安全性。

1 高爐軟水密閉循環(huán)工藝流程及降溫方式

1.1 軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)工藝流程

首鋼股份4 000 m3高爐爐體及熱風(fēng)爐采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，為爐體1～17段冷卻壁、爐底、熱風(fēng)閥等部位提供冷卻降溫。軟水密閉循環(huán)水不與大氣接觸，水質(zhì)穩(wěn)定，腐蝕速率低，結(jié)垢少，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，工藝流程如圖1所示。

圖1 軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)工藝流程

1.2 閉式冷卻塔的結(jié)構(gòu)及降溫方式

爐體及熱風(fēng)爐需要嚴(yán)格控制冷卻水溫度，主要通過(guò)軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)的閉式冷卻塔置換降溫來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制。閉式冷卻塔冷卻水采用串聯(lián)和并聯(lián)相結(jié)合的冷卻供水方式，通過(guò)冷卻水與換熱量的充分平衡，實(shí)現(xiàn)了水溫的有效調(diào)控［2］，爐體、熱風(fēng)水溫調(diào)控運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

表1 爐體、熱風(fēng)水溫調(diào)控運(yùn)行參數(shù)

閉式冷卻塔的特點(diǎn)有：冷卻強(qiáng)度高，降溫效果好，補(bǔ)充水量小，運(yùn)行成本低，能滿足高爐的長(zhǎng)壽命需要，具有顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)。塔體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 閉式冷卻塔結(jié)構(gòu)圖

由于閉式冷卻塔冷卻水與工業(yè)吸水井的串聯(lián)使用，水質(zhì)污染大，近幾年來(lái)降溫效果逐步降低，需對(duì)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提高冷卻水的降溫效果，平穩(wěn)調(diào)控系統(tǒng)水溫。

2 存在問(wèn)題及解決方法

高爐軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)共有閉式冷卻塔18 座，負(fù)責(zé)為爐上、爐下和熱風(fēng)三個(gè)密閉循環(huán)水系統(tǒng)冷卻降溫。閉式塔設(shè)計(jì)降溫能力為10 ℃（即55 ℃降至45 ℃），設(shè)備已連續(xù)運(yùn)行10 余年，熱交換效率下降。夏季時(shí)，高爐回水溫度46 ℃，冷卻塔風(fēng)機(jī)全開啟的情況下供水溫度仍無(wú)法降至40 ℃以下。通過(guò)對(duì)密閉循環(huán)系統(tǒng)的降溫能力進(jìn)行分析，閉式冷卻塔在運(yùn)行中實(shí)際降溫能力在3.5 ℃左右，無(wú)法有效達(dá)到降溫目的，需對(duì)冷媒水進(jìn)行置換降溫，大量補(bǔ)充工業(yè)水（日均1 804 m3∕h），8月1日～15日的補(bǔ)水量數(shù)據(jù)見表2。

表2 閉式塔冷媒水補(bǔ)水量 m3

閉式冷卻塔降溫效果差，需對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行梳理，解決閉式塔運(yùn)行中存在的問(wèn)題。

2.1 阻垢劑投加量小及改善方法

閉式冷卻塔的冷媒水池每天需要投加緩蝕阻垢劑，以避免銅管管壁及填料結(jié)垢，水質(zhì)調(diào)控以冷媒水的總磷含量3～5 mg∕L 為目標(biāo)。控制阻垢劑的投加量，但在實(shí)際運(yùn)行中，銅管及填料仍存在結(jié)垢嚴(yán)重的現(xiàn)象。

根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)報(bào)告，在實(shí)際運(yùn)行中提升冷媒水系統(tǒng)阻垢劑投加量，將總磷指標(biāo)由3～5 mg∕L 提升至5～7 mg∕L，運(yùn)行兩個(gè)月后，冷卻塔銅管及填料結(jié)垢傾向降低，系統(tǒng)的結(jié)垢情況有所改善。

2.2 冷媒水硬度高及改善方法

每座閉式冷卻塔由2 臺(tái)噴淋泵循環(huán)冷卻降溫，由于噴淋水循環(huán)時(shí)蒸發(fā)量大，系統(tǒng)內(nèi)冷媒水平均硬度為928 mg∕L，較高的循環(huán)水硬度導(dǎo)致了閉式塔銅管及填料結(jié)垢增速。

對(duì)爐上、爐下及熱風(fēng)系統(tǒng)閉式塔集水槽各增加一路除鹽水補(bǔ)水，用以中和并降低冷媒水的硬度，降低了閉式塔銅管及填料結(jié)垢發(fā)生率，在保證經(jīng)濟(jì)的除鹽水量前提下，將硬度指標(biāo)控制在880 mg∕L以下。

2.3 布水管噴頭堵塞及改善方法

在運(yùn)行過(guò)程中，由于閉式冷卻塔頂部噴淋水布水管噴頭較小，容易堵塞，不易清理。導(dǎo)致?lián)Q熱銅管與噴淋水接觸不均勻，換熱能力下降。

制作可拆卸布水管，噴淋泵吸水口增加篦子，減少雜物進(jìn)入布水管。改造后的布水管中雜質(zhì)會(huì)流至布水管末端，一旦出現(xiàn)堵塞，可拆卸布水管進(jìn)行清理，既保障了噴淋水出水順暢，又提升了降溫能力。

改善前、后噴淋水布水管噴頭布置情況如圖3所示。

圖3 布水管噴頭堵塞改善

2.4 冷卻塔風(fēng)機(jī)皮帶打滑及改善方法

冷卻塔風(fēng)機(jī)采用皮帶輪傳動(dòng)，風(fēng)機(jī)開啟后上升水汽對(duì)皮帶輪及電機(jī)輪腐蝕較大，長(zhǎng)期運(yùn)行檢查發(fā)現(xiàn)皮帶易發(fā)生打滑現(xiàn)象，影響動(dòng)力傳輸，使冷卻風(fēng)量減少。

將閉式塔由皮帶輪傳動(dòng)改造為減速機(jī)傳動(dòng)［3］，使冷卻風(fēng)機(jī)的減速機(jī)傳動(dòng)效率增加，檢修維護(hù)更加方便，在冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持為1 450 r∕min前提下，電機(jī)功率由45 kW降低至18.5 kW，更加節(jié)能。

改善前、后冷卻塔風(fēng)機(jī)皮帶傳動(dòng)設(shè)置如圖4所示。

圖4 冷卻塔風(fēng)機(jī)皮帶打滑改善

2.5 閉式塔掛式填料無(wú)支撐點(diǎn)的改善

閉式塔原有的掛式填料老化破損后無(wú)支撐點(diǎn)，極易出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，且無(wú)法單獨(dú)更換，噴淋冷卻水分布不均勻，冷媒水降溫效果低，嚴(yán)重影響換熱效率。

將掛式填料更換為波紋式填料，填料與空氣接觸面更大，支撐牢固，不會(huì)發(fā)生垮塌現(xiàn)象［4］。改善后噴淋水及空氣對(duì)流更加順暢，有效提升降溫能力。

改善前、后閉式塔內(nèi)填料布置情況如圖5所示。

圖5 掛式填料無(wú)支撐點(diǎn)改善

2.6 冷卻塔檢修門密封不嚴(yán)及改善方法

冷卻塔檢修門在長(zhǎng)期運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)存在關(guān)不嚴(yán)及破損缺失情況，導(dǎo)致冷卻空氣從檢修門進(jìn)入，冷卻塔風(fēng)機(jī)開啟后氣流紊亂，換熱效率下降。

通過(guò)改造冷卻塔檢修門，保證冷卻塔檢修門有效閉合，減少氣流紊亂導(dǎo)致的換熱效率下降，使冷卻塔風(fēng)機(jī)風(fēng)量達(dá)到150 m3∕s，提升了冷媒水的降溫效果。

改善前、后冷卻塔檢修門閉合情況如圖6所示。

圖6 檢修門密封不嚴(yán)改善

3 整改效果

閉式冷卻塔冷卻系統(tǒng)運(yùn)行管理的關(guān)鍵是保證冷媒水的降溫能力，通過(guò)對(duì)閉式塔冷媒水系統(tǒng)多個(gè)問(wèn)題的改善，軟水密閉循環(huán)的降溫效果由改善前的3.5 ℃提升到改善后的8.3 ℃，系統(tǒng)整改后運(yùn)行穩(wěn)定，尤其夏季能保證可靠降溫，效果良好，冷媒水置換量降低，閉式塔銅管及填料結(jié)垢等問(wèn)題得到有效解決。

冷媒水系統(tǒng)改造后節(jié)水效果良好，夏季基本不需要大量置換冷媒水來(lái)達(dá)到軟水降溫要求，初步估計(jì)夏季可降低工業(yè)水消耗日均為400 m3。

18 臺(tái)閉式冷卻塔風(fēng)機(jī)由皮帶輪傳動(dòng)改造為減速機(jī)傳動(dòng)，在保證運(yùn)行轉(zhuǎn)速1 450 r∕min前提下，電機(jī)運(yùn)行電流由50 A降至30 A。

4 結(jié)束語(yǔ)

爐體及熱風(fēng)爐的軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)閉式冷卻塔已運(yùn)行10 余年，隨著運(yùn)行時(shí)間繼續(xù)增長(zhǎng)，降溫能力逐步降低，需要持續(xù)做好改善方案的落實(shí)和閉式塔降溫能力的監(jiān)控，通過(guò)以上系統(tǒng)工藝的改造，提高了冷媒水的降溫能力，滿足了設(shè)計(jì)要求，節(jié)水、節(jié)電及節(jié)省藥劑消耗效益顯著。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況采取的改造措施，為高爐冷卻新技術(shù)及綜合技術(shù)進(jìn)步提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。