高炉冷却水系统工艺优化改进

2021-06-26李晓春项文奎

冶金动力 2021年3期

蔡飞,吕程,李晓春,董杰,项文奎

（鞍钢股份有限公司炼铁总厂,辽宁鞍山 114002）

前言

鞍钢1号高炉2003 年4月建成投产。随着设备的运行，蒸发式空冷器光管管束外表面结垢问题日益凸现，冷却效果随之变差，由于水中杂质及炉尘、烧结灰尘等进入喷淋水中，管束上方的喷淋水管及喷嘴堵塞，导致喷淋管前端和中部部分喷嘴及尾端喷嘴无法喷水。此外，蒸发式空冷器设计方面的原因，疏通喷嘴及喷淋水管时间及检修拆卸设备、恢复时间较长，给设备维护及管理带来极大麻烦。北方天气转冷后，蒸发式空冷器风机上方的水汽弥漫，能见度低，给维修检查带来安全隐患；夏季高温季节，管束上方温度高，作业环境也不利于维修。因此，必须对冷却系统进行改进，以保证系统正常运行。

1 高炉本体冷却水概述及循环水工艺简介

1#高炉本体冷却水主要冷却以下部位：风口小套，炉体冷却壁和冷却板，炉基水冷管，风口二套，热风炉各阀，齿轮箱等。这些部位由4 个泵站的循环水泵连续运行来保证冷却水不停循环，保证冷却水入口设计温度。净环泵站，专门提供风口小套循环冷却水。除盐水闭路循环泵站，水系统共分为2个系统：I系统和II系统，I系统专门提供热风炉各阀及炉基水冷管和风口二套循环冷却水，II 系统专门提供风口以上冷却壁和冷却板循环冷却水。炉缸水泵站专门提供风口及以下冷却壁循环冷却水，同时提供II系统及炉缸水泵站的二次冷却水。提升泵站专门提供齿轮箱二次冷却水。高炉初建成投产时候，高炉水系统没有设置炉缸水泵站，齿轮箱水循环系统中水冷站循环冷却水补水来自提升泵站。高炉水系统改进及优化主要是II系统和炉缸泵站以及水冷站循环冷却水及补水。

除盐水闭路循环系统：循环泵高速旋转，水泵吸入口的水被加压后经过水管道、阀门，分配到高炉冷却壁和铜冷却板；在用水的最高点处经过脱气罐脱气，返回自动反冲洗过滤器过滤，蒸发式空冷器冷却，最后到达水泵吸入口，完成整个循环过程。为了保证管路及冷却设备达到一代炉龄，还设置了加药装置。

二次冷却水循环系统：水泵从地下水池抽水，加压经过板式换热器或者蒸发式空冷器，换热后回水冷却塔降温，最后回到地下水池继续循环。

2 II系统冷却水优化改进

2.1 原II系统冷却水

炉缸、风口带采用冷却壁冷却方式，其中风口带以下设5 段光面冷却壁，壁厚160 mm，材质为低铬铸铁；风口区为1 段异形光面冷却壁，壁厚250 mm，材质为低铬铸铁。此6 段冷却壁由第一层供水环管供水。炉腹至炉身中下部采用双室八通道铜冷却板冷却，共43 层，冷却板材质为含铜99.5%以上的铜铸件。其中1～22 层由第二层供水环管供水，第23～43 层由第三层供水环管供水。炉身中上部采用5 段镶砖冷却壁。1～2 段为带蛇行管的冷却壁，壁厚340 mm，材质为铁素体球墨铸铁；3～5 段为无带蛇行管冷却壁，壁厚270 mm，材质为铁素体球墨铸铁，1 层水冷钢砖，由第四层供水环管供水，各层供水环管所供给的冷却设备串联自下而上供水，这四层供水环管共同组成除盐水密闭循环冷却Ⅱ系统，水量为4 699 m3/h。根据鞍钢的原燃料条件和多年的生产实践，使高炉一代寿命（不中修）达到15年以上。

2.2 优化改进工艺流程

除盐水闭路循环泵站：II 系统冷却水3 层供水围管，其中1～22 层冷却板由第一层供水环管供水，第23～43 层冷却板由第二层供水环管供水，炉身中上部采用5段镶砖冷却壁由第三层供水环管供水。

炉缸泵站：风口带及以下共6 段冷却壁由炉缸泵站供水环管供水。

优化后的高炉除盐水循环系统工艺见图1。

图1 优化后的高炉除盐水循环系统工艺简图

2.3 改进后的冷却器工艺

原来的II 系统，蒸发式空冷器原来共11 台，在高炉大修的时候，拆除其中6台，利用拆除蒸发式空冷器后的空间，设置6 台板式换热器。由于板式换热器是水-水换热，在新建的炉缸水泵站，增设II 系统板式换热器二次冷却水系统，地下水池、水泵、凉水塔、管路等。II 系统二次冷却水循环泵有3 台水泵，水泵从水池抽水，通过水泵加压，分别打到II 系统板式换热器，获得热量的水在余压作用下，经过泵站凉水塔降温后，返回水池，继续循环，上塔水量可以通过阀门调节。

板式换热器技术参数：换热面积851 m2，流程组合1×230/1×231,密封材料EPDM,质量9 900 kg。

2.4 板式换热器的结构

板式换热器由框架和板片组成。框架由上下导杆、固定压紧板、活动压紧板、夹紧螺栓等构成。板片由薄板用磨具压成形状各异的波纹板，在板片的四个角上开有角孔，作为水的流道。板片的周边及角孔处用橡胶垫片加以密封。板片易于拆装、更换。

板式换热器一次水和二次水通道内，由于水的通过，在热量交换过程中，水中的杂质会吸附固结在板面上，日积月累，换热能力降低，尤其是二次水侧较为严重，需要定期清洗。在每年春季，将板片拆卸下来，用软刷轻刷结垢体及污物，逐台机械清洗后，用清水清洗干净，恢复其换热能力，保证夏天高温季节水温稳定。

3 炉缸泵站的冷却器

为了更好地稳定高炉炉缸循环水温度，保证炉缸冷却壁冷却强度，在高炉大修的时候，增设炉缸冷却水泵站，用来冷却风口及以下冷却壁。炉缸除盐水循环泵共3 台，型号NTP600-3420-71A-TD，2用1 备。炉缸水泵站蒸发式空冷器二次冷却水设3台水泵，型号：NTP300-120-80B-TD，根据用水量运行水泵数量，从地下水池加压，送至蒸发式空冷器喷嘴，喷淋后吸收热量的水，靠重力回流至地下水池。

4 二次冷却水水质稳定

纤维球过滤器滤料是纤维球，过滤时，水流压力及自重作用下，滤料弹性高，孔隙沿水流方向逐渐变小，形成上部疏松、下部密实的理想滤层分布。纤维球比表面积大，孔隙率为96%左右。纤维球孔隙可变，拦截污物，吸附截留原水中的固体悬浮颗粒强。反洗水用量降低，抗腐蚀纤维球可以采用化学清洗再生。

II系统板式换热器和炉缸蒸发式空冷器二次水水质稳定方案。地下水池中的水经旁淋泵，型号NTP250-600-24-T，打入纤维球过滤器，纤维球滤料层吸附截留水中悬浮颗粒物，过滤速度不大于30m/h，随着过滤时间的增加，过滤阻力增大，截留的悬浮物达到饱和，这时反冲洗再生。滤料反洗过程为进水、搅拌、排污和静置。起动反洗旁淋水泵，反洗水进入过滤器使滤层膨胀。两桨叶低速电动搅拌器搅动反洗水流和纤维球，污物脱落，污水从反洗排污管出口排出过滤器。纤维球自然沉降形成滤床，以备下次使用。

每天对水池内的水进行不少于2 次，每次不低于10 min 过滤，单台处理水量210 m3/h，保证进水水质SS≤30 mg/L，出水水质SS≤5 mg/L。

5 齿轮箱冷却水循环系统

5.1 齿轮箱冷却水循环系统

给水厂供给的工业新水由浮球阀控制水位，自动补水，进入水箱，由提升泵站水泵加压，打到炉顶水冷站，供给板式换热器，与齿轮箱循环冷却水进行热交换，进水温度控制在40 ℃以下，保持齿轮箱循环系统水温低于50 ℃。接受热量后的水，在提升泵作用下沿回水管道进入冷却塔冷却，散发热量后的水靠重力流回水箱。提升泵站新水在进入水冷站以后分为2路，一路进入板式换热器换热，另一路补水进入水冷站循环系统。S-杯相当于敞口水箱(水源)，水冷站内水泵将S-杯内回水腔的水经水泵负压抽吸，上部旋转部分的冷却回路，在水泵出水口一路首先经过板式换热器，在板式换热器内完成热量交换，将齿轮箱传来的热量交换给提升泵站水循环系统，降低齿轮箱冷却水循环系统的循环水温度，最终将冷却水送到齿轮箱S-杯内，先通过S-杯的进水腔，将冷却水直接送到齿轮箱水冷板的底部管接口，然后水至下而上的回到S-杯的回水腔。下部固定部分的冷却回路，传统齿轮箱的下水槽位置安装一根冷却水管，进、出水管接口在齿轮箱壳体的下部分别连接到水冷站的水泵出口端和回水端。回水经过过滤器过滤，然后再进入水泵继续循环。见图2。

图2 水冷齿轮箱水循环系统和氮气系统简图

5.2 优化改进方案

水冷站补水系统从高炉除盐水闭路循环系统II系统回水管路上另接一条水管，经过一台补水泵加压完成补水，水位计设在S-杯内，通过设置上下限水位与补水气动阀联锁，低水位开启阀门补水，高水位关闭阀门停止补水，保证循环系统维持在正常水位。S-杯技术解决了原齿轮箱循环水流量小的问题，冷却水流量提高一倍以上。改用除盐水，用水水质得以提高，使用的密封氮气流量减少。为了保证用水安全，补水管道同时与提升泵站来水管道连接，除盐水不足时，可以置换为新水补水。由于齿轮箱冷却水回水不再靠重力流回，水冷站位置可以放在高炉大平台上，通风好，避免泵站内煤气含量高的缺点，有效保证人身安全。

6 改进后的效果

6.1 提高制水设备使用率及应急能力

原闭路I、II系统制水系统所制得除盐水贮存在2 个除盐水箱内，炉缸循环水泵站内不再设置制水系统的酸碱罐、中间水泵、中间水箱、阴阳床等，利用闭路和炉缸泵站的地势高差，接一条DN100 管道从闭路除盐水箱送水到炉缸泵站补水箱内。为了保证循环水大量漏水而补充的除盐水不足，从制备除盐水的新水管道上引出一条管道，直接与除盐水箱相连，以备应急所用。