許明軍， 張 旭

(江蘇省冶金設計院有限公司，江蘇 南京 210019)

引 言

轉底爐主要用于鐵礦粉、紅土鎳礦等中鐵、鎳的還原，轉底爐本體對冷卻水溫度有要求，特別是轉底爐出料機對冷卻水溫度要求更為嚴苛，超過55 ℃將會損壞主軸和螺旋葉片，影響出料機的正常運轉和使用壽命。本文將著重探討如何通過技術手段實現(xiàn)工藝溫度控制要求，優(yōu)化工程設計。

1 工藝需求

轉底爐出料機螺旋軸內設計有水冷卻裝置，兩端裝有通水的旋轉接頭，主要用于冷卻主軸和螺旋葉片，確保它們能在高溫爐膛內正常工作。主軸與爐墻之間有軸端密封裝置，能密閉旋轉的主軸與固定爐墻的間隙，防止爐內氣體外泄，軸端密封設有水冷裝置。

目前，由于轉底爐出料機冷卻器的尺寸限制，導致出料機能容納的冷卻水量太小，冷卻水的溫升超過20 ℃；常規(guī)35 ℃的循環(huán)冷卻給水，經過出料機后的出水溫度往往超過55 ℃，轉底爐出料機溫度居高難降，導致設備故障。

為了解決上述工程運行中遇到的問題，工程設計中增設一套轉底爐出料機冷卻水系統(tǒng)；通過新增冷卻設備，將循環(huán)冷卻水的給水溫度控制在25 ℃左右，保證經過出料機后的出水溫度不超過45 ℃，留有10 ℃的工程裕量，確保設備的安全穩(wěn)定運行。

2 系統(tǒng)設計及效果

2.1 系統(tǒng)組成

轉底爐出料機冷卻水系統(tǒng)(如圖1所示)的核心目的是提供溫度在25 ℃左右的循環(huán)冷卻水，在中國大部分地區(qū)，靠冷卻塔降溫冷卻是無法達到這個溫度的，必須采用制冷設備。結合以往工程經驗，從經濟性、可靠性角度考慮，擬采用溴化鋰冷水機組進行降溫處理。整套冷卻水系統(tǒng)涉及到三個循環(huán)子系統(tǒng)、一個直用子系統(tǒng)：

第一循環(huán)子系統(tǒng)：溴化鋰制冷機組內循環(huán)。溴化鋰制冷機組主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、換熱器、循環(huán)泵等幾部分組成。用溴化鋰水溶液為工質，其中水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑。在溴化鋰制冷機組運行過程中，當溴化鋰水溶液在發(fā)生器內受到熱媒水的加熱后，溶液中的水不斷汽化；隨著水的不斷汽化，發(fā)生器內的溴化鋰水溶液濃度不斷升高，進入吸收器；蒸汽進入冷凝器，被冷凝器內的冷卻水降溫后凝結，成為高壓低溫的液態(tài)水；當冷凝器內的水通過節(jié)流閥進入蒸發(fā)器時，急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收蒸發(fā)器內冷媒水的熱量，從而達到降溫制冷的目的；在此過程中，低溫蒸汽進入吸收器，被吸收器內的溴化鋰水溶液吸收，溶液濃度逐步降低，再由循環(huán)泵送回發(fā)生器，完成整個循環(huán)。如此循環(huán)不息，連續(xù)制取冷量，制取所需溫度的低溫水。

第二循環(huán)子系統(tǒng)：冷水外循環(huán)。溴化鋰制冷機組制取的25℃的冷水采用冷水循環(huán)泵送至轉底爐出料機循環(huán)后，45 ℃左右的回水進入溴化鋰制冷機組冷卻，如此循環(huán)往復。為了減少系統(tǒng)結垢，冷水系統(tǒng)初次灌水的水質為軟化水或除鹽水，并設置水質穩(wěn)定加藥裝置。使用中每年泄漏率不大于10%，可采用生產新水作為補給水，由于冷水采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，采用全自動定壓補水排氣裝置進行補水。

第三循環(huán)子系統(tǒng)：循環(huán)水外循環(huán)。為了使來自發(fā)生器內的冷劑蒸汽冷凝為液態(tài)水，通過冷凝器銅管內的冷卻水進行降溫，液體狀態(tài)的水流回到蒸發(fā)器繼續(xù)蒸發(fā)吸熱，系統(tǒng)中需設置一套循環(huán)水系統(tǒng)，由冷卻塔、循環(huán)水泵、水質穩(wěn)定加藥裝置組成，循環(huán)水量與溴化鋰制冷機組的制冷量匹配，循環(huán)給水溫度32～35 ℃，溫差可以控制在5 ℃或10 ℃。

直用子系統(tǒng)：溴化鋰制冷機組的動力源可以選用低壓蒸汽、燃氣、高溫煙氣等，可根據(jù)項目的具體情況，經過比選確定動力源。以低壓蒸汽作為動力源為例，可采用自備電廠抽凝機組提供的0.8 MPa，180 ℃的蒸汽，在進入溴化鋰制冷機組前減壓、減溫至0.55 MPa，165 ℃左右，經過換熱后，產生95 ℃左右的冷凝水，可進入凝結水箱，再回收利用。

圖1 轉底爐出料機冷卻水系統(tǒng)圖

2.2 系統(tǒng)運行

溴化鋰制冷機組一般不設備用，得益于其組成部件中動力部件(主要是溶液泵、冷劑泵)很少，當采用高性能屏蔽泵時，故障率極低。蒸汽進汽管上設置并聯(lián)的兩套調壓系統(tǒng)，一套故障時，發(fā)出故障報警信號并關閉，同時自動開啟另一套調壓系統(tǒng)，確保蒸汽壓力穩(wěn)定。

系統(tǒng)采用成套一體化可編程邏輯控制器(PLC)控制，集成溴化鋰制冷機組及冷水泵、冷卻塔及循環(huán)水泵、蒸汽流量自動調節(jié)等子系統(tǒng)的全部信息，通過變頻器及控制軟件實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動，保證綜合負荷狀態(tài)下機組制冷系數(shù)(COP)不小于1.5，實現(xiàn)冷負荷在25%～100%范圍內調節(jié)。同時，采用英特網(wǎng)遠程聯(lián)網(wǎng)轉換器，將控制信號傳送至工廠主控室進行遠程監(jiān)控及操作，可實現(xiàn)全自動運行，故障連鎖報警并指示故障部位，方便快速分析故障原因，找出解決方案。

由于轉底爐出料機冷水系統(tǒng)的重要性，設計中須考慮設置安全供水系統(tǒng)(如圖2所示)，在冷水系統(tǒng)因不可預見因素(如蒸汽壓力、溫度突然發(fā)生劇烈波動或者電源突然中斷)發(fā)生停機時，安全供水自動投用。安全供水可采用轉底爐凈環(huán)水的供水系統(tǒng)(供水溫度33 ℃左右)，正常供水由電動泵組提供，安全供水由柴油機泵或不間斷電源提供，可視具體情況切換。在轉底爐出料機冷水供、回水管道上分別設置電動切換閥，在冷水系統(tǒng)停機并確認后，由中控室手動切換，保證出料機在冷水系統(tǒng)故障維修過程中的安全運行或者安全停車。

3 結束語

綜上所述，通過設置轉底爐出料機冷水系統(tǒng)，將供水溫度控制在25 ℃左右，可保證出料機的安全穩(wěn)定運行。另外，未來在出料機的設計上，從生產工藝角度論證是否可適當放大冷卻器的尺寸，增加可流通循環(huán)水量，或可以省去增設的出料機冷水系統(tǒng)。但就目前的情況而言，增設出料機冷水系統(tǒng)為最佳選擇。