某鋼廠水處理蒸發式空冷器技術改造

文_陳雅露 尹玲煥 武漢華德環保工程技術有限公司

1 改造項目的背景

某鋼廠1號水站于2007年11月投產運行，主要負責主體廠1號煉鋼連鑄機和冶煉爐部分冷卻用水及水處理任務，分開路循環水系統、閉路循環水系統、開路濁循環水系統3個循環水系統。閉路循環水系統現狀共有19臺蒸發式空冷器，分別為轉爐氧槍（A1）、轉爐副槍（A2）、連鑄結晶器（A3）、連鑄設備（A4）、LF爐設備（A5）的設備提供冷卻水，由于有4臺空冷器目前系統回水溫度較低，熱負荷也相對較低，暫時還可以滿足系統溫度需求，因此本次改造對象為其中的15臺蒸發式空冷器。

表1 1號水站原有蒸發式空冷器技術參數

某鋼廠2號水站是1996年配套二號煉鋼平改轉時所建，其主要任務是向2號煉鋼轉爐及連鑄機系統供水及其回水的處理，裝機容量7300kW，196余臺設備。2007年由于轉爐擴容，新建大方坯水處理系統，其任務是向2號煉鋼新增大方坯3#連鑄機、2#LF爐和RH真空爐供水及其回水處理，裝機容量3139kW，80余臺設備。本站共分凈循環水系統、軟水密閉循環系統（閉路系統）、煙氣洗滌水處理系統、VD濁循環水處理系統、RH濁循環水處理系統、過濾器反洗水處理系統以及污泥脫水系統。軟水密閉循環系統有13臺蒸發式空冷器，分別服務于3#連鑄結晶器、3#連鑄設備、RH和LF爐，由于RH系統和LF爐目前系統回水溫度較低，熱負荷也相對較低，暫時還可以滿足系統溫度需求，因此本次改造對象為系統中的9臺蒸發式空冷器。

表2 2號水站原有蒸發式空冷器技術參數

2 改造的必要性

某鋼廠原有蒸發式空冷器設備自2007年投產至今已滿負荷運行13年，設備長期處于高污染、大濕度環境下運行，加快了設備的折舊和不可逆的損毀，并且由于主體廠產量提升，連鑄機連鑄坯噸鋼產量增加約13%，導致蒸發式空冷器降溫效果不能滿足生產需求。夏季高溫高產狀態，回水溫度為54～55℃，通過空冷器降溫，加上置換水，軟水外供水溫度在42℃左右，已無法滿足主體廠≤40℃的供水標準。水站被迫大量置換一、二次新水來維持生產，導致新水量和用電量大幅增加。

原有蒸發式空冷器箱體外部腐蝕，不僅造成局部漏水，影響作業區的環境，同時給其他零部件也帶來了不同程度的安全隱患。原有盤管材質為整體熱浸鍍鋅或者碳鋼，耐腐蝕性能較差，局部已經銹蝕嚴重甚至出現穿孔，造成軟水泄漏。污垢和破碎的填料污染二次水水質，引起噴淋系統堵塞，噴淋不均勻，導致空冷器降溫效果下降，不能滿足工藝要求；噴頭的堵塞也導致二次冷卻水在水箱處大量外溢，污染現場環境。為確保主體廠正常生產，近兩年水處理分廠加大蒸發式空冷器設備維修和備件更換力度，耗費高額維修費用。在國家大力倡導節能環保、綠色生產的大背景下，鑒于水站中各軟水密閉系統蒸發式空冷器設備均已超過設計使用年限，人力和檢修成本日益增長，對原有蒸發式空冷器進行升級改造迫在眉睫。

3 改造方案

為了恢復設備的降溫能力同時滿足現場基礎條件及配管位置安裝的要求，我們依據現場條件進行了重新設計，外形尺寸、電機功率及設備的溫降滿足設計要求，同時通過對重要零部件的材質提升來穩定設備降溫能力，延長設備的使用壽命。對蒸發式空冷器重要零部件的材質進行比選，以選出適合現場需求的使用壽命更長的設備。

3.1 蒸發式空冷器

蒸發式空冷器是將板式換熱器置于冷卻塔中，結構緊湊、設備占地面積小。系統工作時，熱工藝流體在蛇形盤管內由下向上流動，與外部的噴淋水完成熱交換過程。低溫噴淋水從盤管上方流過盤管表面，管內外冷熱流體逆流形式熱交換，升高溫度的噴淋水經由順流的冷干空氣初步降溫后再流經二次熱交換層，由側面進入的冷干空氣進一步冷卻后流到集水盤，重新循環利用。管外噴淋循環水的冷卻過程采用了復合流技術，軸流風機帶動空氣均勻通過盤管和PVC熱交換層，使得少部分噴淋水蒸發，以潛熱和部分顯熱形式帶走工藝流體放出的熱量。閉式循環很好的保證了軟水循環水的水質，從而保證了主體廠設備的高效運行。

3.1.1 耐腐蝕的不銹鋼箱體

蒸發式空冷器常用的箱體材質有玻璃鋼板、鍍鋅板、鍍鋁鋅板、不銹鋼板等。考慮到玻璃鋼的剛性不足，容易老化變形，長期耐高溫性差；鍍鋅板的鍍鋅層易脫落造成鋼板整體腐蝕及施工時容易劃傷；鍍鋁鋅鋼板一旦出現局部腐蝕，銹蝕現象會很快擴散到整個板面。不銹鋼板表面光潔，有較高的塑性、韌性和機械強度，耐酸、堿性氣體、溶液和其他介質的腐蝕，更適合于廠內的環境。

3.1.2 高效換熱的盤管

在密閉循環中被冷卻水在換熱盤管內流動，把熱量傳給管外流體，實現降溫。盤管對于蒸發式空冷器能否實現高效、節能的把水溫降到設計要求，起著舉足輕重的地位。常用的盤管管材有銅管、鍍鋅鋼管、碳鋼管和不銹鋼管等。從使用壽命方面考慮，銅管和不銹鋼管能夠承受的使用環境更為廣泛。不銹鋼管的表面氧化層更加致密，水垢無法存留在表層，即使長期使用，也不會產生明顯的水垢，相比之下，銅管雖然傳熱效率更高，但是銅管表面產生水垢的速度較快，容易影響水質和盤管的散熱能力。廠內運行環境粉塵高，對水質水垢要求嚴格，故采用不銹鋼材質的盤管。盤管的布置形式有錯排和順排之分，采用不同布置形式時設備效率存在差別，錯排布置的傳熱系數較大，在相同條件下所需的盤管換熱面積比順排布置小，故選擇錯排布置的不銹鋼盤管。

3.1.3 改性PVC薄膜填料

蒸發式空冷器中填料的作用是加大噴淋水與空氣之間的接觸面積，水在填料表面能夠充分濕潤形成均勻的水膜，達到強化熱質交換的效果。因此理想的填料應該具有良好親水性能，氣流阻力小、價格便宜等特性。填料可分為：點滴式、薄膜式和點滴薄膜式；根據使用材料可分為：木材、石棉水泥、水泥網格、塑料、PVC、金屬及陶瓷等等；根據形狀可分為：S波、斜交錯、臺階式梯形斜波、雙向波以及斜折波等。常用的空冷器填料為淋水填料、S波（ST型）填料散熱性強、通風阻力小，剛性大、表面積大，對水的再分配能力強，水膜形成均勻、停留時間長，孔徑大，適合各種水質。

改性PVC薄膜填料，使用全新樹脂粉經制基片后壓制而成。填料片基片厚度>0.40±0.03mm，阻燃氧指數≥40；親水憎油性能優越、耐溫差變化，在65℃條件下時不發生幾何變形，在-40℃條件下不破碎、不脆裂。本次改造使用阻燃型改性PVC薄膜型淋水填料。

3.1.4 均勻的配水系統

配水的均勻性直接影響著噴淋水膜的分布，從而影響冷卻塔的效率。噴淋布水器結構簡單、堅固、耐用，對水壓適應能力強，一般由干管和支管組成，其上安裝有若干噴嘴，噴嘴呈正方形排列。噴淋布水器的干管通常為鋼制圓管或水箱，材質有普通碳鋼和不銹鋼等，支管有PVC管、不銹鋼管等。本次改造采用噴淋布水器，配套使用大流量防堵塞的提籃式噴嘴，保證布水均勻、可靠。

3.1.5 風機直連傳動

風機驅動系統用于將冷卻塔散熱排入大氣環境中。直連傳動的設備中間環節減少，出故障的幾率降低，減少了購買成本和維修成本，節約資源。直接傳動，降低了中間傳動能量的損耗，效率較高；操作簡單，可靠性強；設備維修方便，便于管理。故本次改造采用直連傳動。

3.2 改造內容

拆除原有24臺空冷器，依據現有尺寸重新設計，在原址重新安裝24臺經過升級改造后的空冷器，以恢復現有系統的設計值。

某鋼廠1號水站拆除蒸發式空冷器共15臺：氧槍系統4臺；副槍系統1臺；結晶器系統4臺；連鑄設備系統5臺；LF系統1臺。2號水站拆除蒸發式空冷器共9臺：結晶器系統4臺；連鑄設備系統5臺。某鋼廠1號水站新增YCF-120蒸發式空冷器2臺，YCF-500蒸發式空冷器9臺，YCF-165蒸發式空冷器4臺；2號水站新增YCF-200蒸發式空冷器9臺；合計24臺。

表3 1號水站改造后蒸發式空冷器技術參數

表4 2號水站改造后蒸發式空冷器技術參數

4 改造后經濟及環境效益

分別對兩個水站的24臺蒸發式空冷器進行升級改造后，恢復軟水密閉系統設備降溫能力，保證主體廠正常生產情況下供水溫度，同時滿足主體廠在高產、高溫工況下（4～10月）的供水溫度達到設計指標（≤40℃），保障主體廠產品質量、生產順行和安全生產。每年節省電費54.7萬元，節約新水費280.8萬元，合計約335.5萬元；節約檢修和備件消耗費用每年約73.82萬元。減少軟水補水量43.8萬m3，減少凈化水補水量36萬m3。

5 結語

通過本次升級改造，恢復了蒸發式空冷器的降溫能力，滿足主體廠產能提升的同時節省大量電費，新水費，檢修及備件消耗費用；消除軟水和二次噴淋水的泄漏現象，減少了軟水及凈化水補水量，從而減小后續工序的環保壓力；改善了現場排水水質及狀況，有利于實現雨污分流。不僅滿足了主體廠正常生產所需供水溫度，同時產生了可觀的經濟及環境效益。