汽化冷卻用于球團豎爐烘干床水梁的實踐*

陳 軍， 李 挺， 郭 峰

(江蘇永鋼集團有限公司， 江蘇 張家港 215628)

汽化冷卻用于球團豎爐烘干床水梁的實踐*

陳 軍， 李 挺， 郭 峰

(江蘇永鋼集團有限公司， 江蘇 張家港 215628)

通過分析汽化冷卻的原理、工藝流程，及實際應用效果的對比，汽化冷卻方式明顯提升了豎爐中水梁的使用效果，對豎爐改造提供了思路。

球團豎爐； 汽化冷卻； 烘干床水梁

引 言

國內球團豎爐于1986年開始建成、投產，填補了國內球團豎爐的空白。初始的球團豎爐(8 m2)因工藝、設備等原因，產量僅為300 t/d左右。通過總結幾年的使用情況，球團豎爐工作者于1972年發明了“導風墻—烘干床”低壓焙燒新工藝，球團礦日產量猛增到600 t/d。隨之而來的問題是：導風墻承重的大水梁和烘干床水梁的使用壽命嚴重制約了球團豎爐的正常工作。經過研究、摸索，國內豎爐廠家大部分采用厚壁無縫鋼管加汽化冷卻或水冷方式對處于高溫下的大水梁進行冷卻，烘干床水梁的冷卻多數仍采用水冷方式。烘干床水梁水冷卻方式不可回避的問題是：因為停電、斷水或水質差等原因，水梁管路斷水或結垢的情況時有發生，冷卻效果差，水梁產生下撓，導致發生漏水現象，為此而造成的停爐損失無法挽回。如何延長烘干床水梁的使用壽命，力爭烘干床水梁與導風墻水梁同步更新，又是球團豎爐工作者必須認真思考與解決的實際問題。故此，江蘇永鋼集團有限公司(以下簡稱“永鋼”)與濟鋼設計院通力合作，嘗試將汽化冷卻用于烘干床水梁。

1 原理研究

1.1 汽化冷卻原理

(1)根據汽化冷卻自然循環力的原理

ΔP=h×(r水-r混)

式中ΔP為自然循環力(一般要求汽包壓力在0.4 MPa)；h為冷卻器(烘干床水梁、大水梁)至汽包的垂直距離(m)；r水為水的密度(kg/m3)；r混為汽水混合物密度(kg/m3)。

ΔP的大小決定于兩個因素：1)冷卻器至汽包的距離; 2)水與汽、水混合物的密度。1 kg汽從冷卻器帶走的熱量550 kcal；1 kg水從冷卻器帶走的熱量20 kcal。

(2)冷卻器的熱負荷愈大，汽包壓力愈大，系統的工作愈穩定；汽包位置愈高，則自然循環力愈大，介質流速愈高，能克服較大的系統阻力。

1.2 汽化冷卻工藝的優點

(1)工作可靠，可延長設備的使用壽命；

(2)系統省水；

(3)水梁不結垢；

(4)熱負荷增加時，循環水量可自動調整；

(5)短時停電、停水(2～3 h)不會造成設備損壞。

1.3 注意事項

(1)實際操作中，切忌集中將大量冷卻水加入汽包，造成汽包內溫度急劇下降，破壞循環；更不能將汽包敞開口工作，處于無壓狀態，以減少冷卻器汽喘或振動現象。

(2)低溫開爐時，汽包溫度達不到沸點要求，可開動強制循環水泵，推動系統循環；待水溫上升并達到汽化后，關閉循環水泵，轉入自然循環。

(3)盡量減小系統阻力，減少直角彎頭；

(4)穩定大、小水梁的工況溫度，盡可能減少爐況大幅度的波動。

2 不同的工藝流程對比

2.1 某烘干床水梁工藝流程

為解決烘干床水梁下撓進而引起漏水的頑癥，某廠將汽化冷卻運用到烘干床水梁。其工藝流程如圖1所示。

①下降管；②上升管；③排污；④安全閥；⑤放散閥；⑥去往二次汽包；⑦水位計

2.2 永鋼豎爐現用汽化冷卻工藝流程

工藝流程如圖2所示。

①下降管；②上升管；③排污；④安全閥；⑤放散閥；⑥去往二次汽包；⑦水位計；⑧閥門

2.3 兩種工藝流程的差異

(1)汽包距烘干床落差：圖1中的落差約為5 m，圖2中的落差為13.24 m。

(2)汽包冷卻水進入烘干床水梁的形式：

圖1中,汽包冷卻水由下降管直接進入烘干床水梁，然后水汽混合物由上升管返回至汽包(自然循環)。使用時間近7天時，烘干床水梁下撓，蓖條大部分落入豎爐內。大水梁無異常。

圖2中,汽包冷卻水經下降管進入串聯在上升管的烘干床水梁后，汽水混合物進行二次汽化后再進入汽包，同時在下降管并聯了強制循環水泵，以備低溫開爐時采取強制循環措施。使用時間：2010年10月至2013年4月，共兩年零6個月。期間，烘干床底部兩根小水梁略有下撓，為防止蓖條塌落，予以更新，其導風墻水梁及烘干床水梁皆無異常。

3 應用實踐

3.1 方案設計

根據汽化冷卻的基本原理，總結諸多導致烘干床水梁變形下撓因素，初步擬定方案如下：

(1)根據豎爐框架結構特點及節省投資費用，適當提高汽包位置，有利于強化自然循環的動力；

(2)考慮烘干床水梁溫度場變化情況，在汽包下降管處并聯一組循環水泵，實施強制循環。當汽包蒸汽壓力大于0.2 MPa時，由強制循環轉為自然循環；

(3)為減小管網阻力，所有彎頭皆采用弧形彎頭；

(4)強化汽包管網系統保溫，對所有裸露在爐外的管件按規范保溫，減少管網系統熱量損失。

3.2 操作重點

強化汽化及開爐操作：

(1)穩定軟水的制備。軟化水配制的主要標準為pH值，數值穩定在8.4～8.7之間為宜。

(2)嚴格汽化冷卻的崗位操作。即低溫開爐或短時停爐(一般為停爐時間大于1 h)即可開啟循環水泵，采取強制循環，正常后轉入自然循環，正常生產中定時排污。根據水位定時補充軟化水(一般為自動控制)，人工巡視與自動監視水位緊密結合，嚴防因水位的大幅波動干擾汽化冷卻的正常運行。

(3)確保爐況順行。爐況順行不僅是豎爐優質高產的基礎，也是汽化冷卻正常運行的前提條件，只有爐況順行，其熱工狀況、溫度場才會穩定，大、小水梁的工況才得以正常，特別是生球入爐量的大幅波動是烘干床水梁汽化冷卻的勁敵。

3.3 使用效果

(1)采用水冷工藝的球團豎爐導風墻水梁、烘干床水梁使用壽命一般在1年左右，而采用汽化冷卻后壽命可達2年以上，并實現烘干床水梁和導風墻水梁的同步檢修。永鋼球團3#,4#豎爐自2009年9月烘干床水梁采用汽化冷卻后，導風墻水梁、烘干床水梁已使用五年零1個月(2013、2014年因市場原因各停產半年)，1#，2#豎爐在2010年10月進行改造后，烘干床水梁也采用汽化冷卻方式，使用壽命達2年以上，基本無異常。

(2)豎爐開停爐以及正常運行中無汽喘、振動現象，不僅有效地延長了水梁的使用壽命，而且導風墻耐火材料的使用壽命也得到延長。

(3)汽化冷卻所產生的蒸汽可用于發電，目前每月發電量可達50萬kW·h以上，進一步降低了能源消耗。

4 結束語

汽化冷卻方式用于烘干床水梁，提高了設備的使用壽命和生產效率，進一步保證了豎爐的正常生產，同時節約了電力能源，降低了成本消耗，為同類企業設備改造提供了參考依據。

2015-07-22

TF325.1； TF321.4