氧氣頂吹轉爐閉式循環水冷及余熱回收系統的實踐

摘 要：文章提出了一種轉爐閉式循環水冷煙道余熱回收系統在工程設計上的應用，介紹了轉爐閉式水冷系統及余熱回收系統的流程原理、系統組成以及主要設備的選型參數。

關鍵詞：轉爐；閉式循環水冷系統；余熱回收

1 概述

氧氣頂吹轉爐煉鋼產生轉爐煤氣的回收利用是轉爐煉鋼工藝中的重要環節。在轉爐吹煉過程中，會有大量的高溫爐氣從爐口產生，爐氣中含有大量可燃氣體（轉爐煤氣），溫度可達1600℃，為了回收轉爐煤氣，在轉爐爐口上部設置冷卻煙道，既可利用爐氣余熱，供生產及生活之用，又可將爐氣冷卻至900℃以下，以滿足除塵設施及回收煤氣的要求，從而降低轉爐煉鋼成本。國內轉爐普遍采用汽化冷卻煙道的形式，利用煙道式余熱鍋爐產生飽和蒸汽，供廠區生產使用或進入飽和蒸汽發電機組發電；而歐洲及印度建設的轉爐煉鋼項目通常采用閉式循環水冷系統，利用循環水將爐氣的熱量帶走，在風冷換熱器中進行強制對流換熱降溫后循環使用。

某國外工程擬新建一座100t轉爐，業主根據自身情況，提出利用閉式循環水冷系統來加熱發電用除鹽水工質的要求。根據該工程的特點，設計時將閉式循環水冷系統與熱交換系統結合，提出了新的閉式循環水冷余熱回收系統方案。

2 系統組成

2.1 系統設計的基本數據

（1）轉爐操作條件

2.2 系統方案

本系統流程見圖1。

設計將活動煙罩、爐口固定和移動段和尾部煙道組成強制循環冷卻系統。選用2臺冷水箱，1臺熱水箱，3臺冷水循環泵組成冷水循環系統。循環泵壓力0.65MPa，循環溫度110℃～135℃，循環水量大約為1050m3/h。經換熱冷卻后的水進冷水箱經冷水循環泵送入轉爐煙道，被煙氣加熱后進入熱水箱。

選用2臺熱水循環泵，1臺空冷換熱器和1臺熱水換熱器組成熱水循環系統。循環泵壓力0.3MPa，循環溫度135℃～110℃，總循環水量約382m3/h。熱水從熱水箱經熱水循環泵后分為兩路，一路送入熱水換熱器加熱除鹽水，放熱后的冷水回到冷水箱，循環水量約250m3/h。被加熱除鹽水的流量為100m3/h，加熱前溫度57℃，加熱后溫度115℃。另一路通過空冷換熱器冷卻后回到冷水箱，循環水量約132m3/h。當熱水換熱器故障或除鹽水用戶停用時，空冷換熱器的容量可以滿足將全部熱水冷卻至110℃的要求，保證轉爐煙道的安全。

選用1臺氮氣儲罐作為定壓系統。設計工作壓力0.7MPa。來自外網的氮氣進入儲氣罐，氣罐出口管路與冷熱水箱聯通，維持循環系統壓力恒定。

選用1臺補水箱，2臺補水泵作為補水系統。補水泵壓力1.0MPa，當冷水箱水位低時，來自外網的軟化水經補水箱、補水泵補進循環系統中。

2.3 系統主要參數

3 主要設備及性能

3.1 煙道

煙道本體由活動煙罩、爐口固定段和移動段煙道、斜煙道、末Ⅰ、Ⅱ段煙道及水循環管路等組成。

煙道截面為圓形，爐口段煙道、斜煙道、末Ⅰ、Ⅱ段煙道其節圓直徑約為Φ2636，拐點角度為55°。

（1）爐口固定和移動段煙道

煙道為圓筒形管板式結構，受熱冷卻管束縱向布置，管子與隔板之間進行氣密性焊接。煙道直徑約為Φ2636， 拐點角度55°。為了使煙道受熱管流量均勻分配，在每根受熱管進口處裝有節流裝置。在移動段煙道上開有氧槍孔及下料溜槽孔，這些孔上的孔套或槽套的冷卻采用開式循環水冷卻。

（2）斜煙道

斜煙道亦為圓筒形管板式結構，受熱蒸發管束縱向布置，管子與隔板之間進行氣密性焊接。煙道直徑為Φ2636。

（3）末段煙道

末段煙道亦為圓筒形管板式結構，煙道直徑約為Φ2636。爐氣經末段煙道頂部后折向離開煙道，再垂直向下進入煙氣凈化裝置。

（4）活動煙罩

活動煙罩為受熱管和扁鋼焊制而成的環管板式結構。活動煙罩與固定煙道之間采用氮氣密封，以保證活動煙罩升降行程～650mm的要求。

活動煙罩和爐口段煙道，受高溫含塵煙氣的沖刷，為了延長使用壽命，需采用耐熱合金噴鍍。

3.2 熱水箱

熱水箱共1臺，直徑為Φ3600，長度約20m，容積200m3。熱水箱布置在廠房外循環泵房附近地坪上。轉爐吹煉時，被加熱后的循環水進入熱水箱，然后通過熱水循環泵加壓進入空冷換熱器及熱水換熱器中，冷卻后的循環水回到冷水箱中。

3.3 冷水箱

冷水箱共2臺，直徑為Φ3600，長度約20m，容積200m3。冷水箱布置在廠房外循環泵房附近地坪上。兩臺冷水箱通過連通管連通。轉爐吹煉時，冷水箱中的循環水經冷水循環泵加壓進入煙道，吸收煙氣熱量后進入熱水箱中。

3.4 空冷換熱器

空冷換熱器1臺，進水溫度135℃，出水溫度110℃，冷卻水量132～382m3/h，換熱量9000000kCal/h。

3.5 熱水換熱器

熱水換熱器1臺，加熱用熱水進水溫度135℃，出水溫度110℃，進水壓力0.3MPa，水量250m3/h。被加熱工質除鹽水進水溫度57℃，出水溫度115℃，工作壓力1.0MPa，除鹽水量100m3/h。換熱量6000000kCal/h。

3.6 循環泵

熱水循環系統設置2臺低壓熱水循環泵，電動機功率為75kW，流量350m3/h，揚程30m，耐溫175℃，耐壓1.6MPa，1用1備。

冷水循環系統設置3臺冷水循環泵，電動機功率為132kW，流量525m3/h，揚程 65m，耐溫175℃，耐壓1.6MPa，2用1備。

3.7 補水系統

補水系統設置1臺30m3常壓軟水箱，2臺補水泵。補水泵電動機功率為30kW，25m3/h， 120m， 1用1備。來自廠區的軟水由進口電動閥控制進入軟水箱，當冷水箱水位或循環水母管壓力低于設定值時，啟動補水泵，將軟化水補入循環系統中。

3.8 加藥裝置等輔助設備

為防止循環冷卻水管內壁產生水垢，水冷系統選用磷酸鹽加藥裝置1套，以便向循環水中加入磷酸三鈉溶液，使水中經常維持一定的磷酸根。加藥裝置為1箱2泵組裝式。

定壓系統設置1臺5m3氮氣儲罐，利用氮氣維持循環系統壓力穩定。

排污系統設1臺定期排污擴容器。

4 結束語

隨著全世界對能源有效利用要求的提高，原本普遍采用水冷煙道進行轉爐煙氣冷卻的國家，也逐漸開始探索轉爐煙氣熱量的合理使用。針對這類業主對于水冷煙道以及余熱回收的雙重要求，本文提出了新的閉式循環水冷及余熱回收系統的設計：利用閉式循環水冷煙道余熱鍋爐將轉爐煙氣冷卻，通過冷、熱水循環系統進行熱量存儲和轉移，通過空冷換熱器和熱水換熱系統完成對冷端工質的加熱，最終實現水冷系統的余熱利用，對傳統的轉爐閉式循環水冷系統的余熱回收改進提出了新的思路。

作者簡介：周雪鹿（1984-），男，漢族，2006年畢業于東南大學能源與環境學院熱能與動力工程專業，學士，工程師，國家注冊公用設備工程師（動力），現從事熱力系統的設計工作。