高炉风口小套供水系统的优化措施

申金涛

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101）

高炉风口小套供水系统的优化措施

申金涛

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101）

风口小套是高炉的关键设备，是热交换极为强烈的冷却元件，其在高温状态下不间断地受到液态渣铁和煤粉的冲刷，是高炉易损的设备。风口小套的破损与更换已成为高炉无计划休风增多的主要原因，针对如何优化风口小套供水条件来提高风口小套使用寿命，进行探讨。

高炉;风口小套;供水系统;优化措施

1 前言

风口小套是高炉进风系统中的重要设备，其作用是将热风送进高炉内。为了避免热风和煤粉直接冲刷炉墙，多采用凸出炉内安装，因此风口小套成为高炉工作环境最为恶劣的冷却元件，主要体现于[1]：

（1）风口小套承受着高炉最大热流强度的冲击，其输送高炉热风温度在1000℃以上，其前端在温度高达1400℃以上的焦炭回旋区工作；

（2）风口小套随时要经受渣铁熔蚀的考验，当液态渣、铁与风口小套接触时，峰值热流强度可达到20伊106kcal/m2·h；

（3）风口小套的外套要承受风口回旋区内炽热焦炭的机械摩擦，内套要承受喷煤煤粉的冲刷。

为了保证风口小套长期稳定工作，除了在加工制造过程中提高其机械强度，降低焦炭和煤粉的磨损，还应确保当风口小套与铁水接触时不能被烧坏，因此，风口小套冷却水系统的设计及操作尤为关键，本文针对优化风口小套供水系统的措施进行探讨。

2 合理控制冷却水工作压力

由于高炉冶炼的进一步强化，炉内热流强度的波动频繁，热震现象较严重，为了加强冷却，对冷却水压力的要求也越高。风口小套的冷却水压力控制需要同时满足以下条件：

（1）避免水管破裂后，高炉煤气窜到水管里发生重大事故，高炉冷却元件的冷却水压力应比炉内压力高0.05~0.1 MPa。

（2）维持合理的供水压力，可保持风口小套足够的物理性能和机械性能。

表1 水的沸点和压力的关系一览表

由表1可知，当风口小套冷却水进水压力逸1.5MPa时，水的沸点温度可达198.2℃，可降低发生泡状沸腾和膜状沸腾而造成过热烧损风口小套的情况。许多高炉实践证明，风口小套的合理冷却水进水压力应控制在1.5 MPa以上。

3 合理确定冷却水量

风口小套的热负荷是确定冷却水量的重要依据，风口小套冷却水量一般按下式计算：

Q=W/1000c（t2-t1）

式中：

Q——风口小套冷却水量，m3/h；

W——冷却水带走热量，kJ/h；

t1——进水温度，℃；

t2——出水温度，℃；

c——水的比热容，kJ/kg﹒K。

由于风口小套内部腔式的特殊结构，其水力损失较大，以1080 m3高炉配套的风口小套为例，每个小套计算冷却水量为30 m3/h，阻损可达0.50 MPa。由表2可知，在设计和操作过程中，随着风口小套冷却水量的增加，对应的阻力损失会相应提高，确定合理的风口小套冷却水量，可降低供水系统的能耗，减少浪费。

表2 风口小套流量与阻力损失对应关系

4 合理控制风套内冷却水流速

为保证风口小套不被烧坏，通常将其前端的高速水室过水流速控制在15.0 m/s以上。而根据新日铁公司的实验数据，风口小套套内冷却水流速与炉容有着特殊的关系[2]，见表3。

表3 风口小套冷却水流速控制一览表

VL=0.31（Vu/1000）2+7.2

VH=0.47（Vu/1000）2+11.6

式中：

VL——冷却水最低流速，m/s；

VH——冷却水最高流速，m/s；

Vu——高炉炉容，m3。

控制风口小套的套内冷却水流速VS时，满足VL

5 优化冷却水配管

部分设计单位及用户为提高风口小套的进出水流速，将供回水环管至金属软管的配管管径缩小，随着管径缩小，配管的延米阻损大幅增加。由表4可知，假定每个小套30 m3/h的冷却水量，分别采用DN40和DN50的配管时，每米沿损增加2.117 m，风口小套供回水配管的长度约20.0 m，增加压力损失0.42 MPa，造成风口小套供水系统极大的能源浪费。

结合国内诸多高炉实践经验，风口小套的进出水流速可通过金属软管及小套腔室控制，而风口小套的进出水管配管垂直管段流速逸2.0 m/s，水平管段流速逸2.5 m/s，即可将冷却元件及管道内的气体及时带走。

表4 风口小套配管与流速、沿损对应关系表

6 合理选择供水系统

目前，国内中小型高炉的风口小套供水系统多采用开路工业水冷却系统，大型高炉采用软水闭路冷却水系统。以1080 m3高炉为例，高压水供水系统冷却水量约为700 m3/h（含风口小套系统600 m3/ h），我们针对两套不同的冷却水系统进行简单方案比较，详见表5。

说明:（1）工作制度按350 d计；

（2）换热冷却器工作时间全年按75%计；

（3）工业新水按4.0元/m3计，软化水按7.0元/ m3计；

（4）电费按0.65元/kWh计；

（5）年运行费用不含设备折旧、维护、加药费用等。

表5 风口小套供水系统方案比较表

风口小套的水力损失约为0.50 MPa，采用开路工业水系统时，整个系统的水力损失约为1.0~1.2 MPa，而为了满足风口小套进水压力逸1.5 MPa的特殊要求时，循环水泵的扬程须满足1.6~1.8 MPa，尚需在回水管路上通过配管、阀门调整及减压孔板的设置等措施对回水系统进行憋压，额外制造约0.5~ 0.6 MPa的阻损。而采用软水闭路冷却水系统时，循环水泵的扬程可控制在0.8~1.0 MPa，系统定压：0.8~1.0 MPa，即可满足系统用水要求。

当然，软水闭路冷却水系统的一次性投资要高于开路工业水冷却水系统，但是其年运行费用可节约115.44万元/a（RMB），同时采用软水作为冷却介质，改善了系统的水质，可提高供水系统和风口小套的使用寿命。

因此，软水闭路冷却水系统应该是风口小套供水系统的首选。

7 合理设置安全供水系统

当前，风口小套安全供水系统的设置是不相同的。在德国只设置快速启动柴油机泵而不设置高位水塔，我国和日本早期多采用快速启动柴油机泵和高位水塔并用的工业水系统。随着国内供电安全性增加以及柴油机供水泵组技术的发展，个人认为风口小套供水安全供水系统满足以下条件即可：

（1）供水泵组采用双电源供电；

（2）供水泵组宜设置3台及以上，水泵备用率应逸50%；

（3）应急柴油机泵组的流量为正常流量的50~ 70%，供水扬程与电动循环泵相同；

（4）供回水管不再设置2条（每条流量70%）互为备用的地下供水总管，而是采用1条（100%流量）的架空供水总管。

8 结语

合理设计风口小套的供水系统，优化风口小套供水条件，在安全稳定的运行工况下，不但可以提高风口小套的使用寿命，同时可实现真正意义的节能降耗。

[1]韩庆.丁汝才.王效东.王景志.单洎华.首秦高炉风口长寿技术分析［J］.冶金工程.2009年增刊.278-282.

[2]周传典.高炉炼铁生产技术手册［M］.北京：冶金工业出版社. 2008，279-280.

Optimization of the Water Supply System for the Tuyere Small Sleeve of Blast Furnace

Shen Jintao
(Shandong Metallurgical Engineering Co.,Ltd.,Jinan,Shandong 250101,China)

As a critical equipment of blast furnace,tuyere small sleeve is a cooling component with strong heat exchange and an easily damaged BF element,suffering continuous flushing of liquid slag,hot metal and pulverized coal under high temperature.Damage and replacement of tuyere small sleeve have become the major reason for increasing nonscheduled shutdown of blast furnace.Therefore,this article discusses on optimization of the water supply condition for tuyere small sleeve so as to improve the service life of tuyere small sleeve.

blast furnace;tuyere small sleeve;water supply system;optimization measures

TK223.5

B

1006-6764（2014）11-0062-03

2014-5-19

申金涛(1979-),男，大学本科，工程师，现从事给水排水工程设计工作。