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(shí)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(shí)際應(yīng)用效果的對(duì)比，汽化冷卻方式明顯提升了豎爐中水梁的使用效果，對(duì)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(duì)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?yàn)橥ｋ?、斷水或水質(zhì)差等原因，水梁管路斷水或結(jié)垢的情況時(shí)有發(fā)生，冷卻效果差，水梁產(chǎn)生下?lián)?，?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(zhēng)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(shí)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(jì)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(gè)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(diǎn)

(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(shí)，循環(huán)水量可自動(dòng)調(diào)整；

(5)短時(shí)停電、停水(2～3 h)不會(huì)造成設(shè)備損壞。

1.3 注意事項(xiàng)

(1)實(shí)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(dòng)現(xiàn)象。

(2)低溫開爐時(shí)，汽包溫度達(dá)不到沸點(diǎn)要求，可開動(dòng)強(qiáng)制循環(huán)水泵，推動(dòng)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(dòng)。

2 不同的工藝流程對(duì)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(yùn)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(jì)

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(jì)；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(shí)間近7天時(shí)，烘干床水梁下?lián)?，蓖條大部分落入豎爐內(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(shí)在下降管并聯(lián)了強(qiáng)制循環(huán)水泵，以備低溫開爐時(shí)采取強(qiáng)制循環(huán)措施。使用時(shí)間：2010年10月至2013年4月，共兩年零6個(gè)月。期間，烘干床底部兩根小水梁略有下?lián)?，為防止蓖條塌落，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(shí)踐

3.1 方案設(shè)計(jì)

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?，初步擬定方案如下：

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

(2)考慮烘干床水梁溫度場(chǎng)變化情況，在汽包下降管處并聯(lián)一組循環(huán)水泵，實(shí)施強(qiáng)制循環(huán)。當(dāng)汽包蒸汽壓力大于0.2 MPa時(shí)，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(duì)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(diǎn)

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(shí)停爐(一般為停爐時(shí)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(shí)排污。根據(jù)水位定時(shí)補(bǔ)充軟化水(一般為自動(dòng)控制)，人工巡視與自動(dòng)監(jiān)視水位緊密結(jié)合，嚴(yán)防因水位的大幅波動(dòng)干擾汽化冷卻的正常運(yùn)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(yùn)行的前提條件，只有爐況順行，其熱工狀況、溫度場(chǎng)才會(huì)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(dòng)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(shí)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(gè)月(2013、2014年因市場(chǎng)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(yùn)行中無汽喘、振動(dòng)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(shí)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