软水密闭循环冷却系统在高炉中的应用.doc

2008年全国炼铁技术交流会论文集软水密闭循环冷却系统在高炉中的应用韩立军（本钢板材股份有限公司炼铁厂）摘要 目前随着技术的进步和高炉长寿的要求，国内外高炉都采用软水密闭循环系统对高炉炉体和一些阀体进行冷却，通过采用相应的工艺和设备使软化水水质、供回水温度以及水中溶解气体量得到控制，并且采取了很多安全供水措施，保证了高炉冷却器的使用寿命，从而使高炉的一代炉龄得到了进一步的提高。关键字 软水密闭循环 高炉 长寿 冷却壁 脱气现代化大型高炉日产铁水达到6000以上，一旦高炉停炉大修，不仅要花费庞大的大修费用，而且大修的时间也非常长，同时也限制了钢厂的产量因而高炉的顺产和长寿对企业的正常生产秩序和经营效益影响巨大高炉生产的目标是优质、高产、低耗、长寿，而长寿是高产、低耗的必要要求。实践表明要提高高炉一代炉龄，必须提高炉缸、炉底和炉身下部炉腹、炉腰的寿命。而要提高炉体的寿命，主要在于采用高效、长寿的冷却装置，对高炉炉体进行冷却。高炉冷却系统可分为：工业水冷却、软水密闭冷却循环、汽化冷却。目前，国内外有相当数量的高炉仍采用工业水冷却。但工业水中的硬度、悬浮物和一些杂物极易在冷却器的冷却通道内结垢和堵塞水管，直接影响高炉冷却效果，是造成冷却器过热烧损的重要原因。因此，随着技术的进步和高炉长寿的要求，高炉炉体冷却必须采用软水密闭循环冷却系统。本钢的新三号和新四号高炉即采用这种软水密闭循环冷却系统。1 软水密闭循环系统冷却系统的优点：软化水是指将水中硬度（主要指Ca2+、Mg2+离子）去除或降低一定程度的水，水在软化过程中，仅硬度降低而总盐量不变。在高炉中采用软水密闭循环系统，比其他冷却方式具有如下优点：1） 软水冷却，改善了水质，避免在冷却元件内因结垢而影响传热，改善了冷却效果。2） 软水密闭循环系统是一个与大气隔离的密闭系统，不产生水的蒸发损失，且在循环中不受污染，损耗降低，对管道的腐蚀也减小。软水漏损很小，一般为0.05%0.1%。3）能充分利用静压头，避免了开路循环系统静压头的损失，还能调节控制系统的工作压力，使系统运行更加可靠。2 软水密闭循环冷却系统的确定本钢的新三号和新四号高炉大修后炉体冷却壁、风口中套、炉底水冷管和热风炉的热风阀、混风切断阀等采用软水密闭循环进行冷却，其循环水量为6150m3/h,高炉系统阻力损失约0.3MPa，高炉回水温度54，泵站供水温度45。3 软水密闭循环冷却系统的流程经高炉冷却壁换热后的软化水温度约54。首先进入自动反冲洗过滤器，将系统内杂质清除，软化水在进入表面蒸发空冷器冷却到45后，由循环水水泵（SLOW350-520A）加压供高炉炉体冷却壁使用。如此不断循环。为了保证系统的水流量，在站内设置了一套补给水系统，由软水站供来的软水首先进入两台20M3补给水箱，经补给水泵（SLW80-315B）加压后送入80M3定压膨胀水罐，根据定压膨胀水罐的水位变化，向系统内补水。其系统压力可以通过定压膨胀罐内的充氮气压力进行控制，以保证系统压力稳定。为了保证系统长期安全的运行，在站内设置了一套加药装置（CT（H）-2X1.0/3XJ-），定期向系统内加入缓蚀剂等药品。工艺流程图（一）4 软水密闭循环冷却系统的设计4.1 膨胀水容积和膨胀罐a、 水具有热胀冷缩特性，水在4时的密度最大，因此水受热膨胀量应考虑从4开始的最大体积膨胀量V，其值按下式计算： V=V（4/t-1）式中：V-系统盛水的总体积，m34-4时水的密度，Kg/m34-水加热到t时的密度，水在不同温度时的密度见表（一）不同温度时水的密度温度/41020304050607080密度/kg.m-31000999.6998.2995.6992.2988983.2977.7971.8b.膨胀罐的总容积由三部分组成：1） 膨胀水容积V2）防止水在未膨胀前气体进入管路系统的安全水容积，此值可取V的20%30%。三、膨胀罐上部的氮气容积VN。C、膨胀罐：膨胀罐布置在泵站内，罐内压力由下式计算：PN=P2+gH-P式中：P2系统最高循环水压力，PaH最高点到膨胀罐水面的高度，mg重力加速度，等于9.8m/s2P循环水从最高点到膨胀罐入口的流动阻力，Pa4.2 脱气原理和脱气罐水软化只是去除水中形成水垢的钙、镁离子，未去除溶解于水中的气体，其中氧气和二氧化碳对金属具有腐蚀作用。水中溶解气体量与该气体在水面上的分压力成正比，随着水温升高，水面上水蒸汽分压力增大，气体的分压力相对减小。溶解气体量也相对减少。因此，一部分溶解气体随着水温升高而逸出。图（二）为大气压下氧气的分压和溶解氧与水温的关系0.80.60.40.20分压力MPa1612840氧气溶解量mgL120 40 60 80 100水温/氧气溶解量和分压力与水温的关系1氧气溶解量 2氧气分压力式中： 摩擦阻力系数。=0.32/Re0.25脱气的方法是降低循环水流速，使气体从水流中浮升到脱气罐顶部集气包内。水在管内流速一般为12.5m/s。扩大面积使水流速为0.10.2m/s即可，脱气罐布置在系统最高处，积聚的气体可通过自动排气阀排除。4.3 循环水泵循环水泵的流量根据循环水流量并留有5%10%的富余水量，确定扬程取决于从泵出口回到入口所经过的全系统循环，计算流动阻力并留有10%15%富余量。阻力计算公式如下：P=（l/d+k）v2/2 l、d管道长度和内径。M v管内水流速度。m/s k计算管段内局部阻力系数之和。五 安全供水高炉、热风炉为不可断水用户，为保证其安全用水，本钢新三号和新四号高炉采用如下措施：1） 软水密闭循环水泵站采用两路独立电源供电。2） 软水密闭循环水泵站内各泵组设备用泵，在工作泵发生故障时，可自行投入运行。3） 软水密闭循环水泵站内设一台快速启动的柴油机泵（TJ4000/54-DP），当两路电源同时停电时，柴油机可在10秒内投入运行六 加强对软水系统运行的管理为了更好地发挥软水密闭循环冷却系统的效果，除了要合理的设计之外，还要加强对软水系统运行的管理，否则不利于高炉的长寿。因此，在日常的生产管理中，要做好如下几方面的工作：1） 保持稳定的系统充氮压力，提高冷却介质的欠热度和系统设备的抗氧化能力。2） 要经常检查冷却壁水管出口端的排气功能，防止产生“水塞”。3） 严格做好“水质稳定”管理工作，以达到最后的缓蚀和冷却效果。在本钢六、七号高炉，经过对挂片及水样分析，筛选出适合软水密闭循环系统的药剂cw。同时坚持日分析，测定水质，挂片检测腐蚀率