高炉软水密闭循环冷却系统水温调控分析与探讨

李亚光，净晓星，王旭旦，刘 磊

（北京首钢股份有限公司，河北迁安 064404）

前言

软水密闭循环冷却是炼铁高炉的一种冷却方式。首钢股份4 000 m3高炉炉体采用软水密闭循环冷却系统，循环水采用闭式冷却塔降温，冷却水为循环供水方式，通过冷却水量的合理分配，实现软水可靠降温［1］。经过不断摸索总结，该技术日趋优化完善，但冷却水在长期循环使用过程中存在降温能力下降的问题，通过调整药剂投加量、改造系统工艺等方法对问题逐项进行分析、讨论、整改，有效提升了冷却水降温能力，提高了供水安全性。

1 高炉软水密闭循环工艺流程及降温方式

1.1 软水密闭循环冷却系统工艺流程

首钢股份4 000 m3高炉炉体及热风炉采用软水密闭循环系统，为炉体1～17段冷却壁、炉底、热风阀等部位提供冷却降温。软水密闭循环水不与大气接触，水质稳定，腐蚀速率低，结垢少，系统运行稳定，工艺流程如图1所示。

图1 软水密闭循环冷却系统工艺流程

1.2 闭式冷却塔的结构及降温方式

炉体及热风炉需要严格控制冷却水温度，主要通过软水密闭循环系统的闭式冷却塔置换降温来实现温度控制。闭式冷却塔冷却水采用串联和并联相结合的冷却供水方式，通过冷却水与换热量的充分平衡，实现了水温的有效调控［2］，炉体、热风水温调控运行参数如表1所示。

表1 炉体、热风水温调控运行参数

闭式冷却塔的特点有：冷却强度高，降温效果好，补充水量小，运行成本低，能满足高炉的长寿命需要，具有显著技术优势。塔体结构如图2所示。

图2 闭式冷却塔结构图

由于闭式冷却塔冷却水与工业吸水井的串联使用，水质污染大，近几年来降温效果逐步降低，需对冷却水系统进行改进，提高冷却水的降温效果，平稳调控系统水温。

2 存在问题及解决方法

高炉软水密闭循环冷却系统共有闭式冷却塔18 座，负责为炉上、炉下和热风三个密闭循环水系统冷却降温。闭式塔设计降温能力为10 ℃（即55 ℃降至45 ℃），设备已连续运行10 余年，热交换效率下降。夏季时，高炉回水温度46 ℃，冷却塔风机全开启的情况下供水温度仍无法降至40 ℃以下。通过对密闭循环系统的降温能力进行分析，闭式冷却塔在运行中实际降温能力在3.5 ℃左右，无法有效达到降温目的，需对冷媒水进行置换降温，大量补充工业水（日均1 804 m3∕h），8月1日～15日的补水量数据见表2。

表2 闭式塔冷媒水补水量 m3

闭式冷却塔降温效果差，需对整个工艺流程进行梳理，解决闭式塔运行中存在的问题。

2.1 阻垢剂投加量小及改善方法

闭式冷却塔的冷媒水池每天需要投加缓蚀阻垢剂，以避免铜管管壁及填料结垢，水质调控以冷媒水的总磷含量3～5 mg∕L 为目标。控制阻垢剂的投加量，但在实际运行中，铜管及填料仍存在结垢严重的现象。

根据水质化验报告，在实际运行中提升冷媒水系统阻垢剂投加量，将总磷指标由3～5 mg∕L 提升至5～7 mg∕L，运行两个月后，冷却塔铜管及填料结垢倾向降低，系统的结垢情况有所改善。

2.2 冷媒水硬度高及改善方法

每座闭式冷却塔由2 台喷淋泵循环冷却降温，由于喷淋水循环时蒸发量大，系统内冷媒水平均硬度为928 mg∕L，较高的循环水硬度导致了闭式塔铜管及填料结垢增速。

对炉上、炉下及热风系统闭式塔集水槽各增加一路除盐水补水，用以中和并降低冷媒水的硬度，降低了闭式塔铜管及填料结垢发生率，在保证经济的除盐水量前提下，将硬度指标控制在880 mg∕L以下。

2.3 布水管喷头堵塞及改善方法

在运行过程中，由于闭式冷却塔顶部喷淋水布水管喷头较小，容易堵塞，不易清理。导致换热铜管与喷淋水接触不均匀，换热能力下降。

制作可拆卸布水管，喷淋泵吸水口增加篦子，减少杂物进入布水管。改造后的布水管中杂质会流至布水管末端，一旦出现堵塞，可拆卸布水管进行清理，既保障了喷淋水出水顺畅，又提升了降温能力。

改善前、后喷淋水布水管喷头布置情况如图3所示。

图3 布水管喷头堵塞改善

2.4 冷却塔风机皮带打滑及改善方法

冷却塔风机采用皮带轮传动，风机开启后上升水汽对皮带轮及电机轮腐蚀较大，长期运行检查发现皮带易发生打滑现象，影响动力传输，使冷却风量减少。

将闭式塔由皮带轮传动改造为减速机传动［3］，使冷却风机的减速机传动效率增加，检修维护更加方便，在冷却塔风机转速保持为1 450 r∕min前提下，电机功率由45 kW降低至18.5 kW，更加节能。

改善前、后冷却塔风机皮带传动设置如图4所示。

图4 冷却塔风机皮带打滑改善

2.5 闭式塔挂式填料无支撑点的改善

闭式塔原有的挂式填料老化破损后无支撑点，极易出现垮塌现象，且无法单独更换，喷淋冷却水分布不均匀，冷媒水降温效果低，严重影响换热效率。

将挂式填料更换为波纹式填料，填料与空气接触面更大，支撑牢固，不会发生垮塌现象［4］。改善后喷淋水及空气对流更加顺畅，有效提升降温能力。

改善前、后闭式塔内填料布置情况如图5所示。

图5 挂式填料无支撑点改善

2.6 冷却塔检修门密封不严及改善方法

冷却塔检修门在长期运行中发现存在关不严及破损缺失情况，导致冷却空气从检修门进入，冷却塔风机开启后气流紊乱，换热效率下降。

通过改造冷却塔检修门，保证冷却塔检修门有效闭合，减少气流紊乱导致的换热效率下降，使冷却塔风机风量达到150 m3∕s，提升了冷媒水的降温效果。

改善前、后冷却塔检修门闭合情况如图6所示。

图6 检修门密封不严改善

3 整改效果

闭式冷却塔冷却系统运行管理的关键是保证冷媒水的降温能力，通过对闭式塔冷媒水系统多个问题的改善，软水密闭循环的降温效果由改善前的3.5 ℃提升到改善后的8.3 ℃，系统整改后运行稳定，尤其夏季能保证可靠降温，效果良好，冷媒水置换量降低，闭式塔铜管及填料结垢等问题得到有效解决。

冷媒水系统改造后节水效果良好，夏季基本不需要大量置换冷媒水来达到软水降温要求，初步估计夏季可降低工业水消耗日均为400 m3。

18 台闭式冷却塔风机由皮带轮传动改造为减速机传动，在保证运行转速1 450 r∕min前提下，电机运行电流由50 A降至30 A。

4 结束语

炉体及热风炉的软水密闭循环系统闭式冷却塔已运行10 余年，随着运行时间继续增长，降温能力逐步降低，需要持续做好改善方案的落实和闭式塔降温能力的监控，通过以上系统工艺的改造，提高了冷媒水的降温能力，满足了设计要求，节水、节电及节省药剂消耗效益显著。根据系统运行实际情况采取的改造措施，为高炉冷却新技术及综合技术进步提供了宝贵经验。