黃東升

（中冶華天工程技術(shù)有限公司， 安徽 馬鞍山 243005）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

常熟某鋼廠2號(hào)1 250m3高爐軟水冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐

黃東升

（中冶華天工程技術(shù)有限公司， 安徽 馬鞍山 243005）

軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)是當(dāng)前高爐普遍采用的冷卻形式，常熟某鋼廠2號(hào)高爐軟水冷卻系統(tǒng)采用總環(huán)管供水、4分區(qū)及區(qū)內(nèi)交叉回水、脫汽灌自動(dòng)調(diào)壓調(diào)水位、備用柴油泵自動(dòng)冷卻風(fēng)口中套和熱風(fēng)爐、緊急情況汽化冷卻等設(shè)計(jì)，使該高爐冷卻系統(tǒng)具備安全、經(jīng)濟(jì)、易維護(hù)等特點(diǎn)。

高爐 爐體 軟水 冷卻系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

常熟某鋼廠2號(hào)1 250m3高爐于2014年投產(chǎn)，高爐本體冷卻采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)之初，業(yè)主對(duì)高爐冷卻水系統(tǒng)整體要求包括：安全、經(jīng)濟(jì)、易維護(hù)，各部位冷卻均勻，軟水系統(tǒng)可在線檢漏，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)后可在線修理。為滿足業(yè)主要求，設(shè)計(jì)采用多項(xiàng)工藝技術(shù)方案，使軟水系統(tǒng)的整體使用情況達(dá)到預(yù)期的效果。

1 總體方案

高爐冷卻水一般分為開放式工業(yè)凈環(huán)水系統(tǒng)和軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，本高爐綜合考慮到高爐本體冷卻系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和易維護(hù)性，決定風(fēng)口小套和爐底水冷管采用開放式工業(yè)凈環(huán)水系統(tǒng)冷卻，本體冷卻壁、風(fēng)口中套和熱風(fēng)爐閥門采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)。

如圖1所示，本高爐軟水系統(tǒng)采用雙循環(huán)冷卻系統(tǒng)，即軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)分為軟水一次軟水系統(tǒng)和二次軟水系統(tǒng)，具體體現(xiàn)在：高爐本體冷卻壁采用一次軟水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，用水總量為2 200m3/h，一次軟水出冷卻壁后分為兩部分，一部分直接進(jìn)入高爐爐頂膨脹罐，本部分水量約1 400m3/h，另一部分約800m3/h出水直接作為二次軟水系統(tǒng)的給水水源。風(fēng)口中套、熱風(fēng)爐系統(tǒng)閥門采用二次軟水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，本系統(tǒng)為一次軟水出水的二次加壓，總水量為800m3/h，用于風(fēng)口中套和熱風(fēng)爐閥門的冷卻，然后和一次軟水在回水匯總后爐頂膨脹罐脫汽，再經(jīng)冷卻器降溫和一次加壓泵加壓后重復(fù)循環(huán)利用。

圖1 軟水工藝流程圖

2 爐體軟水系統(tǒng)給水和回水特點(diǎn)

如圖2所示，高爐本體冷卻壁供水分為供水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)和冷卻壁壁體間連接。

圖2 爐體軟水分區(qū)冷卻展開示意圖

冷卻壁的供水采用總環(huán)管供水設(shè)計(jì)，總給水環(huán)管位于高爐爐底基墩平臺(tái)上，環(huán)管管徑為700mm，第1層冷卻壁每路軟水的進(jìn)水點(diǎn)直接接入供水環(huán)管上，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：供水環(huán)管相當(dāng)于1個(gè)供水水包，起到均衡管內(nèi)壓力和均分水量的作用，使進(jìn)入冷卻壁每個(gè)進(jìn)水點(diǎn)的水量基本相同。

冷卻壁的回水系統(tǒng)采用4分區(qū)及區(qū)內(nèi)交叉回水設(shè)計(jì)，即按冷卻壁的環(huán)向分布把冷卻壁分為4個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)含10組冷卻壁，每組冷卻壁含4路冷卻水管。每個(gè)分區(qū)內(nèi)部又分4給回水單元，共計(jì)16個(gè)回水單元。冷卻壁組的每路冷卻水管分別依次循環(huán)接入本分區(qū)的1個(gè)回水單元中，匯總后接入回水總環(huán)管。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：可在每個(gè)回水單元的總管上設(shè)置流量計(jì)，可快速確認(rèn)某個(gè)分區(qū)內(nèi)的某個(gè)分水單元發(fā)生了冷卻壁漏水現(xiàn)象，大幅降低了軟水系統(tǒng)的檢漏的難度。在確認(rèn)爐體軟水系統(tǒng)哪個(gè)冷卻單元發(fā)生漏水現(xiàn)象后，可整體切斷本單元的軟水系統(tǒng)以便進(jìn)一步確認(rèn)漏水點(diǎn)并進(jìn)行處理，由于冷卻壁的每路軟水都依次進(jìn)入不同的冷卻單元中，這種切斷對(duì)高爐本體的冷卻效果不會(huì)產(chǎn)生大的負(fù)面影響。

3 軟水控制系統(tǒng)

3.1 補(bǔ)水控制

軟水系統(tǒng)生產(chǎn)過程中會(huì)不可避免地發(fā)生泄露現(xiàn)象，這時(shí)就需要對(duì)軟水進(jìn)行補(bǔ)水，當(dāng)前軟水系統(tǒng)較流行的補(bǔ)水方式有脫汽罐補(bǔ)水和軟水泵房補(bǔ)水兩種方式，本高爐采用在軟水泵房加壓泵泵前補(bǔ)水方式，這種補(bǔ)水方式較為平穩(wěn)，補(bǔ)水時(shí)軟水系統(tǒng)的壓力波動(dòng)較小。

軟水系統(tǒng)通過爐頂平臺(tái)上的脫汽罐的水位變化情況來自動(dòng)確定軟水系統(tǒng)是否需要補(bǔ)水以及對(duì)脫汽罐內(nèi)的水位進(jìn)行調(diào)整，脫汽罐上設(shè)有連續(xù)水位檢測(cè)儀并設(shè)置了正常水位、高水位、超高水位、低水位、超低水位5個(gè)水位控制點(diǎn)。生產(chǎn)中，當(dāng)液位到達(dá)低水位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并可手動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)水泵向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)水，當(dāng)液位到達(dá)超低水位時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)水泵向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)水，當(dāng)液位達(dá)高水位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并可手動(dòng)開啟Q2閥門來降低水位，當(dāng)液位達(dá)到超高水位時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)開啟Q1閥門和Q2閥門來降低水位，從而使脫汽罐內(nèi)水位保持在合理的范圍內(nèi)。

3.2 系統(tǒng)壓力控制

本高爐軟水系統(tǒng)壓力控制主要是通過控制脫汽罐內(nèi)的壓力來實(shí)現(xiàn)的，其壓力大小的確定原則是當(dāng)冷卻壁發(fā)生漏水事故時(shí)，爐內(nèi)的煤氣不能進(jìn)入軟水。本高爐根據(jù)這一原則確認(rèn)脫汽罐內(nèi)的壓力范圍為：

式中：P罐為爐頂脫汽罐內(nèi)壓力；P頂為爐頂煤氣壓力；H水為脫汽罐液面到冷卻壁最上部出口的標(biāo)高的水壓差。

從式（1）可以看出，導(dǎo)致脫汽罐內(nèi)壓力波動(dòng)的原因有兩個(gè)，一是高爐爐頂煤氣的壓力波動(dòng)，二是由于軟水系統(tǒng)漏水導(dǎo)致罐內(nèi)壓力的變化。如圖1所示，當(dāng)脫汽罐內(nèi)的壓力超過上式設(shè)置的范圍時(shí)，就需要壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，本高爐軟水系統(tǒng)主要通過Q4閥和Q5閥來實(shí)現(xiàn)對(duì)膨脹罐內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式為當(dāng)脫汽罐內(nèi)壓力低于上式的設(shè)定值時(shí)，開啟Q5閥向脫汽罐內(nèi)充入氮?dú)鈦硖岣吖迌?nèi)的壓力；當(dāng)脫汽罐內(nèi)壓力高于上式的設(shè)定值時(shí)，開啟Q4閥進(jìn)行泄壓。另外，脫汽罐上還設(shè)置一個(gè)逆止閥以防止罐內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓環(huán)境。

4 安全保障措施

為保證高爐系統(tǒng)的安全運(yùn)行，軟水系統(tǒng)設(shè)置了兩套應(yīng)急冷卻安全保障措施，即備用柴油泵供水方案和備用柴油泵不能啟動(dòng)情況下的汽化冷卻方案。

如圖1所示，軟水系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)備用柴油泵，水泵的設(shè)計(jì)供水能力為1 300m3/h，用于電動(dòng)水泵停止運(yùn)行時(shí)的安全供水。在事故狀態(tài)下，備用柴油泵緊急啟動(dòng)，同時(shí)，Q3氣動(dòng)閥門關(guān)閉，二次加壓泵的旁通閥開啟，軟水系統(tǒng)隨即轉(zhuǎn)入應(yīng)急供水狀態(tài)，在此狀態(tài)下，柴油泵應(yīng)急供水先冷卻爐體冷卻壁后進(jìn)入一次回水總管，由于Q3閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，系統(tǒng)利用常開限流孔板的阻損將約40%的一次回水別入熱風(fēng)爐和風(fēng)口中套。此方案的優(yōu)點(diǎn)：在正常供水模式下，二次加壓泵可以利用一次循環(huán)水的余壓，可大幅降低二次加壓泵的電機(jī)功率，達(dá)到節(jié)能的效果；在應(yīng)急供水模式時(shí)，可直接用主備用柴油泵的余壓為風(fēng)口中套和熱風(fēng)閥供水，減少安全供水的操作流程，安全供水響應(yīng)快，并減少1臺(tái)備用柴油泵，減少投資。

當(dāng)柴油泵不能正常啟動(dòng)時(shí)，軟水系統(tǒng)轉(zhuǎn)入汽化冷卻模式，在這種模式下，如圖1所示，要求閥門F1、F2關(guān)閉，閥門F3開啟，同時(shí)清空脫汽罐中的水，關(guān)閉補(bǔ)壓閥Q5，打開泄壓閥Q4。這時(shí)高爐操作人員要時(shí)刻關(guān)注脫汽罐內(nèi)的壓力變化，當(dāng)罐內(nèi)壓力過高時(shí)，可開啟Q1閥進(jìn)行泄壓。

5 結(jié)語

目前該高爐一切生產(chǎn)正常，冷卻壁沒有發(fā)現(xiàn)損壞或漏水情況，高爐各部位沒有發(fā)生溫度異?，F(xiàn)象，正常生產(chǎn)時(shí)一次軟水的實(shí)際流量為2 150m3/h，軟水平均溫升約5.45℃。調(diào)試階段備用柴油泵的應(yīng)急供水試驗(yàn)也達(dá)到預(yù)期效果。通過4分區(qū)及區(qū)內(nèi)交叉回水設(shè)計(jì)滿足軟水系統(tǒng)在線檢漏和發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)后在線修理要求。三年多的生產(chǎn)實(shí)踐表明，本高爐軟水系統(tǒng)流程合理，滿足了業(yè)主對(duì)軟水系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、易維護(hù)等要求。

Design of SoftW ater Cooling System for No.2 1 250m3BF in a Steel Plant

Huang Dongsheng
（MCC Huatian Engineering&Technology Corporation,M a'anshan Anhui243005）

The soft water closed circulation system is widely used in BF cooling.The No.2 blast furnace soft water cooling system of a steel plant in Changshu adopts loop water supply,4 district and district cross backwater,automatic adjustment of the pressure and water level of the degassing tank,standby diesel pump in tuyere cooler holder,and emergency evaporative cooling etc.The BF cooling system has the characteristics of safety,economy and easy maintenance.

blast furnace;BF proper;softwater;cooling system;design

TF321.4

A

1672-1152（2017）05-0066-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.25

2017-09-20

黃東升（1977—），男，大學(xué)本科，畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)從事工程設(shè)計(jì)，高級(jí)工程師。

（編輯：苗運(yùn)平）