高爐加強型齒輪箱水冷站運行分析及優化改造

（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山 114011）

1 概述

高爐壓力加強型齒輪箱相對于傳統齒輪箱在水冷系統上做了改進優化，采用閉路的壓力冷卻水循環代替了傳統開式水路，冷卻系統主要設備有兩臺水泵（一用一備）、兩臺換熱器（一用一備）和一個安裝在溜槽傳動齒輪箱中的的“S”杯旋轉接頭。在這個旋轉接頭中，水被導入旋轉結構和兩個溜槽傾動齒輪箱的冷卻板中。沒有灰塵或高爐煤氣能夠進入此旋轉接頭，由此能夠避免由于高爐爐塵而造成對水的污染。“S”杯本身為無接觸式，因此不會有磨損，并能避免冷卻水溢流到高爐內，可靠性提高，使用壽命延長，便于維護。

2 工藝系統

高爐壓力加強型齒輪箱水冷系統主要分為：齒輪箱循環水系統、齒輪箱二次水冷卻系統、齒輪箱補水系統及排水系統。

2.1 循環水系統

齒輪箱循環冷卻水由水冷站內循環水泵送出，通過齒輪箱頂部進水管進入齒輪箱，先通過“S”杯的進水腔將冷卻水直接送到齒輪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,再通過齒輪箱頂部的出水管回到水冷站。循環冷卻水通過水冷站內板式換熱器與二次水進行熱交換，實現水系統降溫冷卻。

2.2 二次水冷卻系統

給水廠供給的工業水由浮球閥控制水位，自動補水，進入水箱，由提升泵站水泵加壓到爐頂水冷站，經過過濾器過濾后供給板式換熱器，與齒輪箱循環冷卻水進行熱交換，回水經過冷卻塔冷卻后回到提升泵站水箱。

2.3 補水系統

加壓水冷齒輪箱“S”杯的特殊結構實現了密閉循環，補水取自高爐循環系統的軟水，軟水補水點設在水冷站內，一分為二，一路通過自動補水閥SV1 給循環系統補水，一路通過自動補水閥SV2 給水封管路補水。

2.4 排水系統

加壓水冷齒輪箱循環水為保證水質，需定期通過SV3 自動排水閥排放系統水，再利用SV1 自動補水閥補充新軟水，而該部分軟水就直接外排，這一定程度就造成了浪費。

2.5 系統流程圖

系統流程圖見圖1。

圖1 工藝系統流程圖

3 工藝特點

3.1 對比傳統齒輪箱在水冷系統上的技術優勢

（1）壓力加強型齒輪箱水量較大，在關鍵區域水流速增大，這樣避免了沉積并保證良好的冷卻效率。

（2）“S”杯旋轉接頭取消了傳統齒輪箱上下水槽，沒有灰塵或高爐煤氣能夠進入此旋轉接頭，也就避免冷卻水的污染。

（3）壓力加強型齒輪箱利用插在“S”杯內的液位計控制補水（當液位計顯示低水位時自動開啟補水閥門向系統內補水），取消了傳統齒輪箱的接受水罐補水，補充水用量明顯減少，補水也更精準。

（4）壓力加強型齒輪箱水冷系統補水采用軟水，水質更好，水冷管路不易結垢，過濾器不易堵塞。傳統齒輪箱水冷系統采用工業水補充，水質較差。

3.2 閉式壓力水路與傳統開式水路流量等參數對比

閉式壓力水路與傳統開式水路流量等參數對比見表1。

表1 加壓水冷齒輪箱與傳統齒輪箱冷卻水流量對比

3.3 閉式壓力水路與傳統開式水路簡易流程對比

閉式壓力水路與傳統開式水路簡易流程對比見圖2。

4 運行中的問題及原因與處理方法

4.1 壓力加強型齒輪箱水冷系統裝水困難

原因：采用閉路的壓力冷卻循環，爐內溫度較高，造成管道內集氣無處外排，存氣阻水。

處理方法：水冷站內水泵出口處設置排氣閥門。裝水時，打開排氣閥門同時開啟補水閥門，邊補水邊排氣，當水位上升到可視流量觀察口一半位置時啟動水泵，再補水排氣，直到裝滿水恢復流量。

4.2 自動補水閥頻繁補水

（1）原因之一：爐內壓力與“S”杯處氮氣壓力不平衡，造成閉路系統水面波動較大，液位計頻繁報高、低液位信號，自動補水閥頻繁開關；

處理方法：在去“S”杯處氮氣管路上安裝氮氣調節裝置，調節氮氣壓力達平衡點。

圖2 閉式壓力水路與傳統開式水路簡易流程對比圖

（2）原因之二：齒輪箱“S”杯液位計損壞，假信號造成自動補水閥補水頻繁。

處理方法：利用高爐定休機會更換液位計。平時將液位計短接，設置定時補水保產，并加強巡檢。

（3）原因之三：自動補水閥損壞。

處理方法：更換自動補水閥門，更換期間利用旁通補水。

（4）原因之四：齒輪箱循環冷卻系統有內漏或外漏。

處理方法：如果是外漏，確認漏點后立即處理；如果是內漏，需休風處理，并采取臨時保產措施，如減水、定時補水等。

4.3 補水系統補水困難

（1）原因之一：補水閥開，補水加壓泵不聯鎖啟動。

處理方法：排查補水加壓泵與補水閥聯鎖，排除故障，如果是加壓泵損壞就更換加壓泵。

（2）原因之二：補水管路過濾器堵塞（判斷依據是過濾器前后壓差）。

處理方法：拆卸過濾器清洗濾網，恢復正常壓差。

（3）原因之三：補水管路有漏點，漏水泄壓。

處理方法：焊補管道漏點。

（4）原因之四：補水管路限流孔板堵雜物。

處理方法：拆卸限流孔板，清理雜物。

4.4 循環水系統水量降低

（1）原因之一：板式換熱器板片結垢，造成板片通道堵塞，壓差增大，過流面積減小。

處理方法：拆卸板式換熱器板片，離線酸洗、回裝。

（2）原因之二：循環水管路過濾器堵塞（判斷依據是過濾器前后壓差）。

處理方法：拆卸過濾器清洗濾網，恢復正常壓差。

4.5 齒輪箱循環冷卻系統水溫持續偏高

（1）原因之一：板式換熱器內部循環水通道結垢堵塞，傳熱系數降低，換熱效果差。

處理方法：拆卸板式換熱器板片，離線酸洗除垢。如垢板結嚴重無法徹底清洗，就考慮更換板式換熱器。清洗或更換過程倒換備用板式換熱器保產，如備用板式換熱器也結垢堵塞，那么采取直排冷卻的方法保產。

（2）原因之二：二次水冷卻塔冷卻效果差，二次水水溫度升高快。分析具體原因有二：①冷卻塔噴嘴堵塞或損壞，造成冷卻塔噴淋效果差；②冷卻塔頂部風機故障，風冷失效。

處理方法：①疏通或更換冷卻塔噴嘴；②檢查冷卻塔頂部風機，排除故障。

（3）原因之三：二次水冷卻水量不匹配，無法達到最佳冷卻效果。來自提升泵站的二次冷卻水一路去爐頂水冷站板式換熱器給齒輪箱循環水換熱冷卻用，一路去液壓站板式換熱器給液壓油冷卻，一路去冷卻爐頂攝像裝置，如水量分配不合理，會造成去爐頂水冷站板式換熱器二次冷卻水量偏小，無法充分發揮板式換熱器的冷卻效果。

處理方法：通過控制各路分支閥門，調配各路水量，達到最佳效果的冷卻水量。

5 系統的優化改造

通過對鞍鋼1、3、5、11 四座高爐壓力加強型齒輪箱水冷站運行參數的分析總結，對水冷站的補水系統和排水系統進行升級改造。補水系統針對室外易凍、補水頻次多向爐內漏水問題進行改造；排水系統在節能減排方面研究具體可行方案。主要措施如下：

（1）軟水主補水管線來水端引自高爐供水圍管，出水端引到脫氣罐前，途經爐頂水冷站屋內。在屋內引軟水支管經過增壓泵至SV1 閥（水冷站循環系統補水閥）和SV2補水閥（水封補水閥）前，供兩閥補水。補水總管道前安裝增壓泵并與補水閥（SV1 和SV2 兩臺補水閥）加裝連鎖裝置。當液位計顯示系統低液位缺水時，補水閥接液位計低液位信號連鎖打開，同時增壓泵得到補水閥打開的信號連鎖自動啟動給補水加壓；當液位計顯示系統高液位信號（補水完畢），補水閥接液位計高液位信號連鎖關閉，同時增壓泵得到補水閥關閉的信號連鎖自動停泵，此時補水完畢。

目的：軟水在室外為常流水（冬季防凍），壓力補水點在水冷站室內，不易產生內漏，而在室內外漏易及時發現。

（2）水冷站屋內安裝工業水備用線，來水點取自提升泵站來水管道（來水點加裝控制閥門），出水點接到水冷站增壓泵前（出水點加裝控制閥門），通過倒換控制閥門，實現倒水功能。

目的：在處理軟水管道時倒水保產；在查齒輪箱內漏時倒水試漏，不影響高爐循環系統補水，排除漏水點，給爐體查漏水帶來便利。

（3）通過加裝管道、閥門將SV3閥排水引至水冷站板式換熱器二次冷卻水回水管道，通過回水管道回到提升泵站水箱，供水冷站板式換熱器二次冷卻水循環冷卻用。

目的：水冷站排放軟水循環利用為二次冷卻水，節約能源提高水質。

補水系統、排水系統改造見圖3、圖4。

圖3 水冷站補水系統改造圖

圖4 水冷站排水系統改造圖

6 改造效果

改造后運行效果較好。軟水補水系統在滿足系統補水所需流量、壓力的同時，做到高效利用軟水不向爐內泄漏、冬季節能防凍不外漏；定期排放的軟水全部回收利用，作為提升泵站二次冷卻水補水水源，水冷站排污（SV3 自動閥）排水回收利用節約能源，同時提高了二次冷卻水水質。

7 結語

壓力加強型水冷齒輪箱是爐頂的關鍵設備，冷卻水循環系統能否正常工作，將直接影響高爐生產。因此，必須進行高質量的進行日常點檢、設備故障分析和維護，確保高爐正常運行。