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

        2024-02-28 03:21:34李亞光凈曉星王旭旦
        冶金動力 2024年1期
        關鍵詞:軟水冷媒冷卻塔

        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,通過冷卻水量的合理分配,實現(xiàn)軟水可靠降溫[1]。經(jīng)過不斷摸索總結,該技術日趨優(yōu)化完善,但冷卻水在長期循環(huán)使用過程中存在降溫能力下降的問題,通過調整藥劑投加量、改造系統(tǒng)工藝等方法對問題逐項進行分析、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,水質穩(wěn)定,腐蝕速率低,結垢少,系統(tǒng)運行穩(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 閉式冷卻塔的結構及降溫方式

        爐體及熱風爐需要嚴格控制冷卻水溫度,主要通過軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)的閉式冷卻塔置換降溫來實現(xiàn)溫度控制。閉式冷卻塔冷卻水采用串聯(lián)和并聯(lián)相結合的冷卻供水方式,通過冷卻水與換熱量的充分平衡,實現(xiàn)了水溫的有效調控[2],爐體、熱風水溫調控運行參數(shù)如表1所示。

        表1 爐體、熱風水溫調控運行參數(shù)

        閉式冷卻塔的特點有:冷卻強度高,降溫效果好,補充水量小,運行成本低,能滿足高爐的長壽命需要,具有顯著技術優(yōu)勢。塔體結構如圖2所示。

        圖2 閉式冷卻塔結構圖

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

        2 存在問題及解決方法

        高爐軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)共有閉式冷卻塔18 座,負責為爐上、爐下和熱風三個密閉循環(huán)水系統(tǒng)冷卻降溫。閉式塔設計降溫能力為10 ℃(即55 ℃降至45 ℃),設備已連續(xù)運行10 余年,熱交換效率下降。夏季時,高爐回水溫度46 ℃,冷卻塔風機全開啟的情況下供水溫度仍無法降至40 ℃以下。通過對密閉循環(huán)系統(tǒng)的降溫能力進行分析,閉式冷卻塔在運行中實際降溫能力在3.5 ℃左右,無法有效達到降溫目的,需對冷媒水進行置換降溫,大量補充工業(yè)水(日均1 804 m3∕h),8月1日~15日的補水量數(shù)據(jù)見表2。

        表2 閉式塔冷媒水補水量 m3

        閉式冷卻塔降溫效果差,需對整個工藝流程進行梳理,解決閉式塔運行中存在的問題。

        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垢,水質調控以冷媒水的總磷含量3~5 mg∕L 為目標??刂谱韫竸┑耐都恿?,但在實際運行中,銅管及填料仍存在結垢嚴重的現(xiàn)象。

        根據(jù)水質化驗報告,在實際運行中提升冷媒水系統(tǒng)阻垢劑投加量,將總磷指標由3~5 mg∕L 提升至5~7 mg∕L,運行兩個月后,冷卻塔銅管及填料結垢傾向降低,系統(tǒng)的結垢情況有所改善。

        2.2 冷媒水硬度高及改善方法

        每座閉式冷卻塔由2 臺噴淋泵循環(huán)冷卻降溫,由于噴淋水循環(huán)時蒸發(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)水硬度導致了閉式塔銅管及填料結垢增速。

        對爐上、爐下及熱風系統(tǒng)閉式塔集水槽各增加一路除鹽水補水,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垢發(fā)生率,在保證經(jīng)濟的除鹽水量前提下,將硬度指標控制在880 mg∕L以下。

        2.3 布水管噴頭堵塞及改善方法

        在運行過程中,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,減少雜物進入布水管。改造后的布水管中雜質會流至布水管末端,一旦出現(xiàn)堵塞,可拆卸布水管進行清理,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 冷卻塔風機皮帶打滑及改善方法

        冷卻塔風機采用皮帶輪傳動,風機開啟后上升水汽對皮帶輪及電機輪腐蝕較大,長期運行檢查發(fā)現(xiàn)皮帶易發(fā)生打滑現(xiàn)象,影響動力傳輸,使冷卻風量減少。

        將閉式塔由皮帶輪傳動改造為減速機傳動[3],使冷卻風機的減速機傳動效率增加,檢修維護更加方便,在冷卻塔風機轉速保持為1 450 r∕min前提下,電機功率由45 kW降低至18.5 kW,更加節(jié)能。

        改善前、后冷卻塔風機皮帶傳動設置如圖4所示。

        圖4 冷卻塔風機皮帶打滑改善

        2.5 閉式塔掛式填料無支撐點的改善

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

        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,不會發(fā)生垮塌現(xiàn)象[4]。改善后噴淋水及空氣對流更加順暢,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 掛式填料無支撐點改善

        2.6 冷卻塔檢修門密封不嚴及改善方法

        冷卻塔檢修門在長期運行中發(fā)現(xiàn)存在關不嚴及破損缺失情況,導致冷卻空氣從檢修門進入,冷卻塔風機開啟后氣流紊亂,換熱效率下降。

        通過改造冷卻塔檢修門,保證冷卻塔檢修門有效閉合,減少氣流紊亂導致的換熱效率下降,使冷卻塔風機風量達到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 檢修門密封不嚴改善

        3 整改效果

        閉式冷卻塔冷卻系統(tǒng)運行管理的關鍵是保證冷媒水的降溫能力,通過對閉式塔冷媒水系統(tǒng)多個問題的改善,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垢等問題得到有效解決。

        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達到軟水降溫要求,初步估計夏季可降低工業(yè)水消耗日均為400 m3。

        18 臺閉式冷卻塔風機由皮帶輪傳動改造為減速機傳動,在保證運行轉速1 450 r∕min前提下,電機運行電流由50 A降至30 A。

        4 結束語

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

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