高爐軟水密閉循環冷卻系統水溫調控分析與探討

李亞光，凈曉星，王旭旦，劉 磊

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

前言

軟水密閉循環冷卻是煉鐵高爐的一種冷卻方式。首鋼股份4 000 m3高爐爐體采用軟水密閉循環冷卻系統，循環水采用閉式冷卻塔降溫，冷卻水為循環供水方式，通過冷卻水量的合理分配，實現軟水可靠降溫［1］。經過不斷摸索總結，該技術日趨優化完善，但冷卻水在長期循環使用過程中存在降溫能力下降的問題，通過調整藥劑投加量、改造系統工藝等方法對問題逐項進行分析、討論、整改，有效提升了冷卻水降溫能力，提高了供水安全性。

1 高爐軟水密閉循環工藝流程及降溫方式

1.1 軟水密閉循環冷卻系統工藝流程

首鋼股份4 000 m3高爐爐體及熱風爐采用軟水密閉循環系統，為爐體1～17段冷卻壁、爐底、熱風閥等部位提供冷卻降溫。軟水密閉循環水不與大氣接觸，水質穩定，腐蝕速率低，結垢少，系統運行穩定，工藝流程如圖1所示。

圖1 軟水密閉循環冷卻系統工藝流程

1.2 閉式冷卻塔的結構及降溫方式

爐體及熱風爐需要嚴格控制冷卻水溫度，主要通過軟水密閉循環系統的閉式冷卻塔置換降溫來實現溫度控制。閉式冷卻塔冷卻水采用串聯和并聯相結合的冷卻供水方式，通過冷卻水與換熱量的充分平衡，實現了水溫的有效調控［2］，爐體、熱風水溫調控運行參數如表1所示。

表1 爐體、熱風水溫調控運行參數

閉式冷卻塔的特點有：冷卻強度高，降溫效果好，補充水量小，運行成本低，能滿足高爐的長壽命需要，具有顯著技術優勢。塔體結構如圖2所示。

圖2 閉式冷卻塔結構圖

由于閉式冷卻塔冷卻水與工業吸水井的串聯使用，水質污染大，近幾年來降溫效果逐步降低，需對冷卻水系統進行改進，提高冷卻水的降溫效果，平穩調控系統水溫。

2 存在問題及解決方法

高爐軟水密閉循環冷卻系統共有閉式冷卻塔18 座，負責為爐上、爐下和熱風三個密閉循環水系統冷卻降溫。閉式塔設計降溫能力為10 ℃（即55 ℃降至45 ℃），設備已連續運行10 余年，熱交換效率下降。夏季時，高爐回水溫度46 ℃，冷卻塔風機全開啟的情況下供水溫度仍無法降至40 ℃以下。通過對密閉循環系統的降溫能力進行分析，閉式冷卻塔在運行中實際降溫能力在3.5 ℃左右，無法有效達到降溫目的，需對冷媒水進行置換降溫，大量補充工業水（日均1 804 m3∕h），8月1日～15日的補水量數據見表2。

表2 閉式塔冷媒水補水量 m3

閉式冷卻塔降溫效果差，需對整個工藝流程進行梳理，解決閉式塔運行中存在的問題。

2.1 阻垢劑投加量小及改善方法

閉式冷卻塔的冷媒水池每天需要投加緩蝕阻垢劑，以避免銅管管壁及填料結垢，水質調控以冷媒水的總磷含量3～5 mg∕L 為目標。控制阻垢劑的投加量，但在實際運行中，銅管及填料仍存在結垢嚴重的現象。

根據水質化驗報告，在實際運行中提升冷媒水系統阻垢劑投加量，將總磷指標由3～5 mg∕L 提升至5～7 mg∕L，運行兩個月后，冷卻塔銅管及填料結垢傾向降低，系統的結垢情況有所改善。

2.2 冷媒水硬度高及改善方法

每座閉式冷卻塔由2 臺噴淋泵循環冷卻降溫，由于噴淋水循環時蒸發量大，系統內冷媒水平均硬度為928 mg∕L，較高的循環水硬度導致了閉式塔銅管及填料結垢增速。

對爐上、爐下及熱風系統閉式塔集水槽各增加一路除鹽水補水，用以中和并降低冷媒水的硬度，降低了閉式塔銅管及填料結垢發生率，在保證經濟的除鹽水量前提下，將硬度指標控制在880 mg∕L以下。

2.3 布水管噴頭堵塞及改善方法

在運行過程中，由于閉式冷卻塔頂部噴淋水布水管噴頭較小，容易堵塞，不易清理。導致換熱銅管與噴淋水接觸不均勻，換熱能力下降。

制作可拆卸布水管，噴淋泵吸水口增加篦子，減少雜物進入布水管。改造后的布水管中雜質會流至布水管末端，一旦出現堵塞，可拆卸布水管進行清理，既保障了噴淋水出水順暢，又提升了降溫能力。

改善前、后噴淋水布水管噴頭布置情況如圖3所示。

圖3 布水管噴頭堵塞改善

2.4 冷卻塔風機皮帶打滑及改善方法

冷卻塔風機采用皮帶輪傳動，風機開啟后上升水汽對皮帶輪及電機輪腐蝕較大，長期運行檢查發現皮帶易發生打滑現象，影響動力傳輸，使冷卻風量減少。

將閉式塔由皮帶輪傳動改造為減速機傳動［3］，使冷卻風機的減速機傳動效率增加，檢修維護更加方便，在冷卻塔風機轉速保持為1 450 r∕min前提下，電機功率由45 kW降低至18.5 kW，更加節能。

改善前、后冷卻塔風機皮帶傳動設置如圖4所示。

圖4 冷卻塔風機皮帶打滑改善

2.5 閉式塔掛式填料無支撐點的改善

閉式塔原有的掛式填料老化破損后無支撐點，極易出現垮塌現象，且無法單獨更換，噴淋冷卻水分布不均勻，冷媒水降溫效果低，嚴重影響換熱效率。

將掛式填料更換為波紋式填料，填料與空氣接觸面更大，支撐牢固，不會發生垮塌現象［4］。改善后噴淋水及空氣對流更加順暢，有效提升降溫能力。

改善前、后閉式塔內填料布置情況如圖5所示。

圖5 掛式填料無支撐點改善

2.6 冷卻塔檢修門密封不嚴及改善方法

冷卻塔檢修門在長期運行中發現存在關不嚴及破損缺失情況，導致冷卻空氣從檢修門進入，冷卻塔風機開啟后氣流紊亂，換熱效率下降。

通過改造冷卻塔檢修門，保證冷卻塔檢修門有效閉合，減少氣流紊亂導致的換熱效率下降，使冷卻塔風機風量達到150 m3∕s，提升了冷媒水的降溫效果。

改善前、后冷卻塔檢修門閉合情況如圖6所示。

圖6 檢修門密封不嚴改善

3 整改效果

閉式冷卻塔冷卻系統運行管理的關鍵是保證冷媒水的降溫能力，通過對閉式塔冷媒水系統多個問題的改善，軟水密閉循環的降溫效果由改善前的3.5 ℃提升到改善后的8.3 ℃，系統整改后運行穩定，尤其夏季能保證可靠降溫，效果良好，冷媒水置換量降低，閉式塔銅管及填料結垢等問題得到有效解決。

冷媒水系統改造后節水效果良好，夏季基本不需要大量置換冷媒水來達到軟水降溫要求，初步估計夏季可降低工業水消耗日均為400 m3。

18 臺閉式冷卻塔風機由皮帶輪傳動改造為減速機傳動，在保證運行轉速1 450 r∕min前提下，電機運行電流由50 A降至30 A。

4 結束語

爐體及熱風爐的軟水密閉循環系統閉式冷卻塔已運行10 余年，隨著運行時間繼續增長，降溫能力逐步降低，需要持續做好改善方案的落實和閉式塔降溫能力的監控，通過以上系統工藝的改造，提高了冷媒水的降溫能力，滿足了設計要求，節水、節電及節省藥劑消耗效益顯著。根據系統運行實際情況采取的改造措施，為高爐冷卻新技術及綜合技術進步提供了寶貴經驗。