汽化冷却用于球团竖炉烘干床水梁的实践*

陈 军， 李 挺， 郭 峰

(江苏永钢集团有限公司， 江苏 张家港 215628)

汽化冷却用于球团竖炉烘干床水梁的实践*

陈 军， 李 挺， 郭 峰

(江苏永钢集团有限公司， 江苏 张家港 215628)

通过分析汽化冷却的原理、工艺流程，及实际应用效果的对比，汽化冷却方式明显提升了竖炉中水梁的使用效果，对竖炉改造提供了思路。

球团竖炉； 汽化冷却； 烘干床水梁

引 言

国内球团竖炉于1986年开始建成、投产，填补了国内球团竖炉的空白。初始的球团竖炉(8 m2)因工艺、设备等原因，产量仅为300 t/d左右。通过总结几年的使用情况，球团竖炉工作者于1972年发明了“导风墙—烘干床”低压焙烧新工艺，球团矿日产量猛增到600 t/d。随之而来的问题是：导风墙承重的大水梁和烘干床水梁的使用寿命严重制约了球团竖炉的正常工作。经过研究、摸索，国内竖炉厂家大部分采用厚壁无缝钢管加汽化冷却或水冷方式对处于高温下的大水梁进行冷却，烘干床水梁的冷却多数仍采用水冷方式。烘干床水梁水冷却方式不可回避的问题是：因为停电、断水或水质差等原因，水梁管路断水或结垢的情况时有发生，冷却效果差，水梁产生下挠，导致发生漏水现象，为此而造成的停炉损失无法挽回。如何延长烘干床水梁的使用寿命，力争烘干床水梁与导风墙水梁同步更新，又是球团竖炉工作者必须认真思考与解决的实际问题。故此，江苏永钢集团有限公司(以下简称“永钢”)与济钢设计院通力合作，尝试将汽化冷却用于烘干床水梁。

1 原理研究

1.1 汽化冷却原理

(1)根据汽化冷却自然循环力的原理

ΔP=h×(r水-r混)

式中ΔP为自然循环力(一般要求汽包压力在0.4 MPa)；h为冷却器(烘干床水梁、大水梁)至汽包的垂直距离(m)；r水为水的密度(kg/m3)；r混为汽水混合物密度(kg/m3)。

ΔP的大小决定于两个因素：1)冷却器至汽包的距离; 2)水与汽、水混合物的密度。1 kg汽从冷却器带走的热量550 kcal；1 kg水从冷却器带走的热量20 kcal。

(2)冷却器的热负荷愈大，汽包压力愈大，系统的工作愈稳定；汽包位置愈高，则自然循环力愈大，介质流速愈高，能克服较大的系统阻力。

1.2 汽化冷却工艺的优点

(1)工作可靠，可延长设备的使用寿命；

(2)系统省水；

(3)水梁不结垢；

(4)热负荷增加时，循环水量可自动调整；

(5)短时停电、停水(2～3 h)不会造成设备损坏。

1.3 注意事项

(1)实际操作中，切忌集中将大量冷却水加入汽包，造成汽包内温度急剧下降，破坏循环；更不能将汽包敞开口工作，处于无压状态，以减少冷却器汽喘或振动现象。

(2)低温开炉时，汽包温度达不到沸点要求，可开动强制循环水泵，推动系统循环；待水温上升并达到汽化后，关闭循环水泵，转入自然循环。

(3)尽量减小系统阻力，减少直角弯头；

(4)稳定大、小水梁的工况温度，尽可能减少炉况大幅度的波动。

2 不同的工艺流程对比

2.1 某烘干床水梁工艺流程

为解决烘干床水梁下挠进而引起漏水的顽症，某厂将汽化冷却运用到烘干床水梁。其工艺流程如图1所示。

①下降管；②上升管；③排污；④安全阀；⑤放散阀；⑥去往二次汽包；⑦水位计

2.2 永钢竖炉现用汽化冷却工艺流程

工艺流程如图2所示。

①下降管；②上升管；③排污；④安全阀；⑤放散阀；⑥去往二次汽包；⑦水位计；⑧阀门

2.3 两种工艺流程的差异

(1)汽包距烘干床落差：图1中的落差约为5 m，图2中的落差为13.24 m。

(2)汽包冷却水进入烘干床水梁的形式：

图1中,汽包冷却水由下降管直接进入烘干床水梁，然后水汽混合物由上升管返回至汽包(自然循环)。使用时间近7天时，烘干床水梁下挠，蓖条大部分落入竖炉内。大水梁无异常。

图2中,汽包冷却水经下降管进入串联在上升管的烘干床水梁后，汽水混合物进行二次汽化后再进入汽包，同时在下降管并联了强制循环水泵，以备低温开炉时采取强制循环措施。使用时间：2010年10月至2013年4月，共两年零6个月。期间，烘干床底部两根小水梁略有下挠，为防止蓖条塌落，予以更新，其导风墙水梁及烘干床水梁皆无异常。

3 应用实践

3.1 方案设计

根据汽化冷却的基本原理，总结诸多导致烘干床水梁变形下挠因素，初步拟定方案如下：

(1)根据竖炉框架结构特点及节省投资费用，适当提高汽包位置，有利于强化自然循环的动力；

(2)考虑烘干床水梁温度场变化情况，在汽包下降管处并联一组循环水泵，实施强制循环。当汽包蒸汽压力大于0.2 MPa时，由强制循环转为自然循环；

(3)为减小管网阻力，所有弯头皆采用弧形弯头；

(4)强化汽包管网系统保温，对所有裸露在炉外的管件按规范保温，减少管网系统热量损失。

3.2 操作重点

强化汽化及开炉操作：

(1)稳定软水的制备。软化水配制的主要标准为pH值，数值稳定在8.4～8.7之间为宜。

(2)严格汽化冷却的岗位操作。即低温开炉或短时停炉(一般为停炉时间大于1 h)即可开启循环水泵，采取强制循环，正常后转入自然循环，正常生产中定时排污。根据水位定时补充软化水(一般为自动控制)，人工巡视与自动监视水位紧密结合，严防因水位的大幅波动干扰汽化冷却的正常运行。

(3)确保炉况顺行。炉况顺行不仅是竖炉优质高产的基础，也是汽化冷却正常运行的前提条件，只有炉况顺行，其热工状况、温度场才会稳定，大、小水梁的工况才得以正常，特别是生球入炉量的大幅波动是烘干床水梁汽化冷却的劲敌。

3.3 使用效果

(1)采用水冷工艺的球团竖炉导风墙水梁、烘干床水梁使用寿命一般在1年左右，而采用汽化冷却后寿命可达2年以上，并实现烘干床水梁和导风墙水梁的同步检修。永钢球团3#,4#竖炉自2009年9月烘干床水梁采用汽化冷却后，导风墙水梁、烘干床水梁已使用五年零1个月(2013、2014年因市场原因各停产半年)，1#，2#竖炉在2010年10月进行改造后，烘干床水梁也采用汽化冷却方式，使用寿命达2年以上，基本无异常。

(2)竖炉开停炉以及正常运行中无汽喘、振动现象，不仅有效地延长了水梁的使用寿命，而且导风墙耐火材料的使用寿命也得到延长。

(3)汽化冷却所产生的蒸汽可用于发电，目前每月发电量可达50万kW·h以上，进一步降低了能源消耗。

4 结束语

汽化冷却方式用于烘干床水梁，提高了设备的使用寿命和生产效率，进一步保证了竖炉的正常生产，同时节约了电力能源，降低了成本消耗，为同类企业设备改造提供了参考依据。

2015-07-22

TF325.1； TF321.4