轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

許明軍， 張 旭

(江蘇省冶金設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 210019)

引 言

轉(zhuǎn)底爐主要用于鐵礦粉、紅土鎳礦等中鐵、鎳的還原，轉(zhuǎn)底爐本體對(duì)冷卻水溫度有要求，特別是轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)對(duì)冷卻水溫度要求更為嚴(yán)苛，超過55 ℃將會(huì)損壞主軸和螺旋葉片，影響出料機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和使用壽命。本文將著重探討如何通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)工藝溫度控制要求，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)。

1 工藝需求

轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)螺旋軸內(nèi)設(shè)計(jì)有水冷卻裝置，兩端裝有通水的旋轉(zhuǎn)接頭，主要用于冷卻主軸和螺旋葉片，確保它們能在高溫爐膛內(nèi)正常工作。主軸與爐墻之間有軸端密封裝置，能密閉旋轉(zhuǎn)的主軸與固定爐墻的間隙，防止?fàn)t內(nèi)氣體外泄，軸端密封設(shè)有水冷裝置。

目前，由于轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)冷卻器的尺寸限制，導(dǎo)致出料機(jī)能容納的冷卻水量太小，冷卻水的溫升超過20 ℃；常規(guī)35 ℃的循環(huán)冷卻給水，經(jīng)過出料機(jī)后的出水溫度往往超過55 ℃，轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)溫度居高難降，導(dǎo)致設(shè)備故障。

為了解決上述工程運(yùn)行中遇到的問題，工程設(shè)計(jì)中增設(shè)一套轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)冷卻水系統(tǒng)；通過新增冷卻設(shè)備，將循環(huán)冷卻水的給水溫度控制在25 ℃左右，保證經(jīng)過出料機(jī)后的出水溫度不超過45 ℃，留有10 ℃的工程裕量，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及效果

2.1 系統(tǒng)組成

轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)冷卻水系統(tǒng)(如圖1所示)的核心目的是提供溫度在25 ℃左右的循環(huán)冷卻水，在中國大部分地區(qū)，靠冷卻塔降溫冷卻是無法達(dá)到這個(gè)溫度的，必須采用制冷設(shè)備。結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性角度考慮，擬采用溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組進(jìn)行降溫處理。整套冷卻水系統(tǒng)涉及到三個(gè)循環(huán)子系統(tǒng)、一個(gè)直用子系統(tǒng)：

第一循環(huán)子系統(tǒng)：溴化鋰制冷機(jī)組內(nèi)循環(huán)。溴化鋰制冷機(jī)組主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、換熱器、循環(huán)泵等幾部分組成。用溴化鋰水溶液為工質(zhì)，其中水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑。在溴化鋰制冷機(jī)組運(yùn)行過程中，當(dāng)溴化鋰水溶液在發(fā)生器內(nèi)受到熱媒水的加熱后，溶液中的水不斷汽化；隨著水的不斷汽化，發(fā)生器內(nèi)的溴化鋰水溶液濃度不斷升高，進(jìn)入吸收器；蒸汽進(jìn)入冷凝器，被冷凝器內(nèi)的冷卻水降溫后凝結(jié)，成為高壓低溫的液態(tài)水；當(dāng)冷凝器內(nèi)的水通過節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)，急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收蒸發(fā)器內(nèi)冷媒水的熱量，從而達(dá)到降溫制冷的目的；在此過程中，低溫蒸汽進(jìn)入吸收器，被吸收器內(nèi)的溴化鋰水溶液吸收，溶液濃度逐步降低，再由循環(huán)泵送回發(fā)生器，完成整個(gè)循環(huán)。如此循環(huán)不息，連續(xù)制取冷量，制取所需溫度的低溫水。

第二循環(huán)子系統(tǒng)：冷水外循環(huán)。溴化鋰制冷機(jī)組制取的25℃的冷水采用冷水循環(huán)泵送至轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)循環(huán)后，45 ℃左右的回水進(jìn)入溴化鋰制冷機(jī)組冷卻，如此循環(huán)往復(fù)。為了減少系統(tǒng)結(jié)垢，冷水系統(tǒng)初次灌水的水質(zhì)為軟化水或除鹽水，并設(shè)置水質(zhì)穩(wěn)定加藥裝置。使用中每年泄漏率不大于10%，可采用生產(chǎn)新水作為補(bǔ)給水，由于冷水采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，采用全自動(dòng)定壓補(bǔ)水排氣裝置進(jìn)行補(bǔ)水。

第三循環(huán)子系統(tǒng)：循環(huán)水外循環(huán)。為了使來自發(fā)生器內(nèi)的冷劑蒸汽冷凝為液態(tài)水，通過冷凝器銅管內(nèi)的冷卻水進(jìn)行降溫，液體狀態(tài)的水流回到蒸發(fā)器繼續(xù)蒸發(fā)吸熱，系統(tǒng)中需設(shè)置一套循環(huán)水系統(tǒng)，由冷卻塔、循環(huán)水泵、水質(zhì)穩(wěn)定加藥裝置組成，循環(huán)水量與溴化鋰制冷機(jī)組的制冷量匹配，循環(huán)給水溫度32～35 ℃，溫差可以控制在5 ℃或10 ℃。

直用子系統(tǒng)：溴化鋰制冷機(jī)組的動(dòng)力源可以選用低壓蒸汽、燃?xì)狻⒏邷責(zé)煔獾龋筛鶕?jù)項(xiàng)目的具體情況，經(jīng)過比選確定動(dòng)力源。以低壓蒸汽作為動(dòng)力源為例，可采用自備電廠抽凝機(jī)組提供的0.8 MPa，180 ℃的蒸汽，在進(jìn)入溴化鋰制冷機(jī)組前減壓、減溫至0.55 MPa，165 ℃左右，經(jīng)過換熱后，產(chǎn)生95 ℃左右的冷凝水，可進(jìn)入凝結(jié)水箱，再回收利用。

圖1 轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)冷卻水系統(tǒng)圖

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行

溴化鋰制冷機(jī)組一般不設(shè)備用，得益于其組成部件中動(dòng)力部件(主要是溶液泵、冷劑泵)很少，當(dāng)采用高性能屏蔽泵時(shí)，故障率極低。蒸汽進(jìn)汽管上設(shè)置并聯(lián)的兩套調(diào)壓系統(tǒng)，一套故障時(shí)，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)并關(guān)閉，同時(shí)自動(dòng)開啟另一套調(diào)壓系統(tǒng)，確保蒸汽壓力穩(wěn)定。

系統(tǒng)采用成套一體化可編程邏輯控制器(PLC)控制，集成溴化鋰制冷機(jī)組及冷水泵、冷卻塔及循環(huán)水泵、蒸汽流量自動(dòng)調(diào)節(jié)等子系統(tǒng)的全部信息，通過變頻器及控制軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，保證綜合負(fù)荷狀態(tài)下機(jī)組制冷系數(shù)(COP)不小于1.5，實(shí)現(xiàn)冷負(fù)荷在25%～100%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。同時(shí)，采用英特網(wǎng)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，將控制信號(hào)傳送至工廠主控室進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及操作，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，故障連鎖報(bào)警并指示故障部位，方便快速分析故障原因，找出解決方案。

由于轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)冷水系統(tǒng)的重要性，設(shè)計(jì)中須考慮設(shè)置安全供水系統(tǒng)(如圖2所示)，在冷水系統(tǒng)因不可預(yù)見因素(如蒸汽壓力、溫度突然發(fā)生劇烈波動(dòng)或者電源突然中斷)發(fā)生停機(jī)時(shí)，安全供水自動(dòng)投用。安全供水可采用轉(zhuǎn)底爐凈環(huán)水的供水系統(tǒng)(供水溫度33 ℃左右)，正常供水由電動(dòng)泵組提供，安全供水由柴油機(jī)泵或不間斷電源提供，可視具體情況切換。在轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)冷水供、回水管道上分別設(shè)置電動(dòng)切換閥，在冷水系統(tǒng)停機(jī)并確認(rèn)后，由中控室手動(dòng)切換，保證出料機(jī)在冷水系統(tǒng)故障維修過程中的安全運(yùn)行或者安全停車。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過設(shè)置轉(zhuǎn)底爐出料機(jī)冷水系統(tǒng)，將供水溫度控制在25 ℃左右，可保證出料機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。另外，未來在出料機(jī)的設(shè)計(jì)上，從生產(chǎn)工藝角度論證是否可適當(dāng)放大冷卻器的尺寸，增加可流通循環(huán)水量，或可以省去增設(shè)的出料機(jī)冷水系統(tǒng)。但就目前的情況而言，增設(shè)出料機(jī)冷水系統(tǒng)為最佳選擇。