COREX炉纯水密闭循环系统设计及调试探讨
2013-12-06邵丽娜
邵丽娜，陈 坤
（重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司，中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 401122）
1 前言
COREX-3000炼铁工艺是上海浦钢公司引进的熔融还原炼铁的新技术，前后共引进2座COREX-3000，COREX炉可以直接使用球团、天然块矿、非焦煤等作为原料和燃料。基本不使用焦炭，对环境的污染较小。COREX炉分为还原炉和熔融气化炉两部分，熔融气化炉产生的高温还原煤气直接送到还原竖炉中，COREX炉的炉体冷却循环系统对COREX炉而言是非常重要的。
COREX炉的炉体冷却循环系统共分为3个密闭系统，分别为冷却壁及炉底水冷系统、关键设备冷却系统和非关键设备冷却系统。冷却壁及炉底水冷系统。
2 冷却壁及炉底水冷系统
（1）工艺流程（见图 1）
本系统采用全密闭循环系统,用户包括COREX炉冷却壁1～10段冷却壁及炉底冷却，回水经过滤器及换热设备之后，再用循环泵送到用户使用，当确认断电后，高位水箱自动供给初期安全水，同时向柴油机发出指令，启动柴油发电机，向应急泵供电，由应急泵向用户供水，应急回水则通过高架管道架空回到纯水池中，再循环降温。当冷却壁局部漏损时，采用强制循环泵对冷却壁进行强制循环冷却。通过补水泵对密闭循环系统进行补水，再通过加药泵向密闭循环系统投加缓蚀阻垢剂，系统中设有高位膨胀水箱，膨胀水箱设置位置高度在38 m平台上，为隔绝空气，采用氮气密封，外部氮气压力经过减压阀减压至0.25 MPa。循环用水量为3650 m3/h，供水压力为1.4 MPa。应急供水量为1200 m3/h，供水压力为 1.5 MPa。
图1 炉壁冷却水系统
（2）主要设备参数
a.循环泵：2 用 1 备
流量Q=1900 m3/h,扬程H=80 m
b.过滤：器双联机械式3套
处理能力 Q=1300 m3/h,u=0.2 mm，
c.应急泵：4 用
流量Q=300 m3/h,H=150 m
d.强制循环泵：1 用 1 备
流量Q=500 m3/h,扬程H=20 m
3 关键设备冷却系统
(1)工艺流程（见图2）
本系统采用全密闭循环系统,主要用户包括：COREX氧口、氧气烧嘴、煤气灰返送口、气化炉料位计等用户。用户使用后的回水经过滤器及换热器后，用循环泵加压供用户循环使用。当系统确认断电时，初期安全水由高位水箱供给，随后启动柴油发电机，向应急泵供电。应急泵启动供给冷却水，应急回水则通过高架管道架空回到纯水池中，再循环降温。
系统内设有高位膨胀水箱，膨胀水箱设置位于标高约81 m平台上。系统总用水量为1000 m3/h,供水压力为1.2 MPa。应急供水量为300 m3/h，供水压力为 1.3 MPa
(2)主要设备参数
a.循环泵：2 用 1 备
流量Q=500 m3/h,扬程H=65 m
b.过滤器：双联机械式 2套
处理能力 Q=500 m3/h,u=0.2 mm，
c.应急泵：1 台
流量Q=300 m3/h,H=130 m
4 非关键设备冷却系统
(1)工艺流程（见图 3）
本系统采用全密闭循环系统,主要用户包括：熔融气化炉下煤口套管分配器、DIR导料板、DIR螺旋给料机、还原炉料面计、螺旋给煤机等。用户使用后的回水经过滤器过滤，再经换热器冷却后，用循环泵加压供用户循环使用。当循环泵被确认断电时，初期安全水由高位水箱供给，随后启动柴油发电机，向应急泵供电。回水则通过高架管道架空回到纯水池中。
图3 非关键设备冷却水系统
系统内设有高位膨胀水箱，膨胀水箱设置位于标高约81 m平台上。系统总用水量为940 m3/h,供水压力为1.2 MPa。应急供水量为240 m3/h，供水压力为 1.4 MPa
(2)主要设备参数
a.循环泵：2 用 1 备
流量Q=750 m3/h,扬程H=70 m
b.过滤器：双联机械式 1套
处理能力 Q=750 m3/h,u=0.2 mm，
c.应急泵：1 台
流量Q=240 m3/h,H=130 m
5 设计要点
（1）密闭系统的补水
密闭系统不存在蒸发和飘散损失，也仅是系统漏损需要补水，因此，补水泵的能力可按照系统容积的5%～10%考虑。但要考虑初次补满系统时间不宜超过4～6小时，初期补水由应急泵补给。
（2）密闭系统的加药
密闭系统中水为纯水水质，水中基本不含游离态的氧，因此投加药剂也主要考虑缓蚀阻垢剂，不考虑杀菌灭藻剂。加药量计算如下：
Gr=Qmg/1000[1]
Gr—缓蚀阻垢剂加药量（kg/h）
Qm—补充水量
g—单位循环冷却水的加药量（mg/L）
此处需要注意，当投加缓蚀阻垢剂后，药剂中带入部分离子，有可能导致电导率测定结果误差增大。仪表选型时需要考虑此问题。
（3）循环泵的扬程
循环泵的扬程应按照系统的水头损失确定，经过计算出来的扬程，不足部分由高位水箱提供高差产生的背压满足。
（4）高位水箱的有效容积计算
高位水箱不仅要考虑在柴油机泵启动前的初期的安全供水量，而且还要考虑循环水的热膨胀容积，热膨胀容积计算如下：
Vp=0.0006ΔtVs[2]
Vp—— 热膨胀容积m3
Δt——系统内的最大温差(°C)
Vs—— 系统内的水容积m3
此外，还需考虑15%的安全容积。
6 纯水密闭系统的调试要点及注意事项
(1)密闭系统调试顺序
a.单机调试。
b.管道清洗、预膜、充水等过程。
c.水池清洗完毕，并已充水。
d.高位水箱已充水和充氮气。
e.供电正常，仪表正常。
f.常开阀门和常闭阀门是否已就位。
g.水位是否已到达预定水位。
(2)注意事项
密闭系统在管道清洗阶段，一定要反复冲洗，尽量不要有冲洗盲点，以便将施工中的焊渣及杂物清洗干净，否则，在正常运行过程中将会造成系统中过滤器堵塞，水泵扬程升高，流量减少，进而对COREX炉主体设备的安全造成极大的隐患。
此外，充水过程中，一定要将系统中的气体排空，设计中要考虑高点设置排气阀，以便调试中排气，排气不完，管道系统震动大，流量达不到要求。主要排气点可通过高位水箱进行排气，局部高点通过排气阀排气。
水泵运转前，检查电气、仪表是否正常，阀门是否开关到位，还要进行盘车操作，以防止转动轴抱死。
7 结语
虽然COREX炉的纯水密闭循环系统设计在国内尚属首次，但我们可以根据高炉的纯水密闭循环设计经验，并结合COREX炉自身的特点,紧密结合工艺设备需求，进行合理的设计、设备选型，运行和调试以及日常维护管理。进而保证COREX炉主体工艺设备的安全、可靠的运行。
[1]林选材.刘慈慰等.给排水设计手册第4册--工业给水处理{M].北京:中国建筑工业出版社.2002年4月第二版.P397.
[2]张淼.刘振印.冯旭东.徐风等.建筑给排水设计规范GB50015-2003（2009版）[M].北京:中国计划出版社.2010年5月第1版.
