汽化冷却在球团竖炉中应用分析

田仕友　赵东宝　林志强

摘 要：通过探讨分析汽化冷却的工作原理，对汽化冷却用于球团竖炉的效果进行探讨，为球团竖炉相关改造提供理论和数据。本文从经济性和使用维护角度进行分析，指出该工艺流程对球团竖炉设备冷却的优缺点。

关键词：汽化冷却；球团竖炉；经济性；使用维护

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.011

导风墙具备把燃烧室中存在的热风引导到烘干创的下方去，把刚入炉的生球烘干的作用。若是导风墙本身的大水梁存在被烧毁或者是变形的情况，会导致导风墙倒塌的情况出现，给生产造成严重的危害。若是烘干床本身的水梁出现变形的情况，那么上面的篦条便可能出现脱落的情况，从而给烘干效果造成较大的影响。并且这两处也是竖炉的内部非常容易出现问题的地方，所以，对其进行改造，运用气化的手段来进行冷却，对于产量的提高和设备寿命的延长意义重大。汽化冷却工艺的原理是利用水在蒸发过程中吸收大量的热能，使相关设备达到降温的目的。球团竖炉使用至今面临着导风墙承重大水梁和烘干床水梁的使用寿命短、维护和使用成本高、热利用较困难等问题。目前多家科研机构对汽化冷却用于竖炉进行探寻和改造工艺流程，国内多家球团竖炉厂家进行升级改造。

1 汽化冷却工艺竖炉利用的原理

竖炉大水梁和烘干床水梁采用水冷方式，主要存在水结垢断流、水梁易弯曲变形、易发生漏水现象、热回收困难等问题，汽化冷却利用水吸热成蒸汽时达到冷却装置设备的目的。汽包中的水沿不受热的下降管下行，然后引入受热管加热，水成为汽水混合物，沿上升管回到汽包中去。水的容重γ（kg/m3）与汽水混合物的容重γ（kg/m3）之差，乘以液柱高度h，即称做循环管路的流动压，就是自然循环的动力，靠此动力来克服循环回路的总阻力损失。公式为 ，为循环管路流动压，即自然循环动力；为液柱高度；、为水的容重、汽水混合物的容重。

2 汽化冷却工艺的设计因素

2.1 热负荷参数确定

热负荷是冶金炉汽化冷却装置设计的重要原始数据，计算各循环回路冷却构件的热负荷以确定各回路的产汽量，热负荷越大，产汽量越高，但自然循环越难进行。

2.2 循环方式的选择

冷却系统必须不间断的进行循环，汽化冷却系统在选择循环方式的时候，其首选应该是自然循环。这种方式不需要外界的动力，可靠性和经济性都比较强。管路以及冷却件的构造比较复杂，并且系统阻力和热负荷都比较大，仅仅通过需要自然循环很难做好，所以，需要选择强制循环的方式。而进行循环方式的选择需要全面的考虑到工艺布置、位置以及构件本身的构造。

2.3 汽包系统设计

汽包布置在炉体附近以尽量缩短上升、下降管长度。减少弯头和阻损。采用自然循环时，汽包与冷却构件之间需保持一定的高差以保证足够的流动压头。汽包内部空间由水容积和汽容积组成，水容积按30-40min内补入汽包的软水量计算，汽容积通常按每立方米蒸汽空间每小时分离出干燥蒸汽约700m?体积流量考虑。下降管中流动的是谁，而上升管中的物质是汽水混合物。汽水混合物本身的体积要比水的体积大，若是管径是一样的，上升管的阻力比较大、流动速度较快，很容易出现运行不稳定的情况，所以上升管的内径应该比下降管大一些。针对在汽化冷却系统中发生的循环管道的振动问题，在管系中合理的设置固定支架、导向支架、弹簧支架和滑动支架。

3 汽化冷却工艺的优点

3.1 工作可靠，可延长设备的使用寿命

采用汽化冷却技术，1kg液态水在70Pa左右的压力下汽化时，可以吸收约 2000KJ的热量，吸热能力强，冷却效果显著。设备运行情况也非常稳定，水梁使用寿命可由 3个月延长至 2年以上。

3.2 经济，可以有效利用余热

循环水冷需要大量的冷却水，切水循环运行耗电高，过程中因开放环境，水损失较大；设备复杂，占地面积大，维护成本高。与循环水冷却系统相比，设备装置减少，提升了生产系统的稳定性，操作运行管理进一步简化。

通过泵和冷却塔相关设备减少，与水冷系统相比每年每台8㎡竖炉可以节约约300万kwh。汽化蒸汽冷却放热可以进行发电、职工生活洗浴使用，根据某钢厂统计低压饱和蒸汽发电效率可以达到70%，根据此数据可以发电200万kwh。由于汽化冷却是闭路系统，水损失较少，每年每台竖炉节约水15万m?。

4 汽化冷却工艺存在问题

4.1 设计参数复杂且相互关联

竖炉汽化冷却的工艺设计，主要包括循环方式、循环回路、冷却介质的流向、下降管和上升管布置形式和常规额定技术参数等。能够影响到装置是否安全和可靠，运行起来是不是稳定，和汽化冷却工艺设计是否合理有很大的关系。如果工艺设计不完善，会导致循环冷却的异常，可能使冷却部件烧毁，或管道的强烈震动，影响结构的寿命。

4.2 工作过程受竖炉炉矿影响较大

由于管道复杂、气液双相交接，易受各回路冷却件工作状态的影响使循环回路之间的相互干扰。应避免系统中出现汽水分层的情况，强制循环系统本身的汽化率比较低、倍率比较高、循环的流速也比较高，所以汽水分层的情况出现的比较少。自然循环中若是管道倾斜的角度比较小，那么汽水分层便很容易出现，面对这种情况，需要采取策略解决这种问题，比如在加热锅炉的管底进行插入管的设置，在冷却烟道下半园周120。范围内的水冷壁管内均安装了扭成麻花状的不锈扁钢，造成汽水混合物流的扰动，从而克服汽水分层。

5 结论

球团竖炉汽化冷却装置，是工业炉汽化冷却技术应用的新成果。汽化冷却方式用于烘干床水梁及大水梁，提高了设备的使用寿命和生产效率，进一步保证了竖炉的正常生产，同时节约了电力能源，降低了成本消耗。无需外部动力，仅靠水的密度差，就可以在一个封闭的冷却系统内形成良好自然循环。球团竖炉汽化冷却工艺设备的使用过程存在循环回路相互干扰的问题，需要进一步研究克服。

参考文献：

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作者简介：田仕友（1986-），男，安徽界首人，硕士，工程师，研究方向：炼铁。