转底炉出料机冷却水系统设计

许明军， 张 旭

(江苏省冶金设计院有限公司，江苏 南京 210019)

引 言

转底炉主要用于铁矿粉、红土镍矿等中铁、镍的还原，转底炉本体对冷却水温度有要求，特别是转底炉出料机对冷却水温度要求更为严苛，超过55 ℃将会损坏主轴和螺旋叶片，影响出料机的正常运转和使用寿命。本文将着重探讨如何通过技术手段实现工艺温度控制要求，优化工程设计。

1 工艺需求

转底炉出料机螺旋轴内设计有水冷却装置，两端装有通水的旋转接头，主要用于冷却主轴和螺旋叶片，确保它们能在高温炉膛内正常工作。主轴与炉墙之间有轴端密封装置，能密闭旋转的主轴与固定炉墙的间隙，防止炉内气体外泄，轴端密封设有水冷装置。

目前，由于转底炉出料机冷却器的尺寸限制，导致出料机能容纳的冷却水量太小，冷却水的温升超过20 ℃；常规35 ℃的循环冷却给水，经过出料机后的出水温度往往超过55 ℃，转底炉出料机温度居高难降，导致设备故障。

为了解决上述工程运行中遇到的问题，工程设计中增设一套转底炉出料机冷却水系统；通过新增冷却设备，将循环冷却水的给水温度控制在25 ℃左右，保证经过出料机后的出水温度不超过45 ℃，留有10 ℃的工程裕量，确保设备的安全稳定运行。

2 系统设计及效果

2.1 系统组成

转底炉出料机冷却水系统(如图1所示)的核心目的是提供温度在25 ℃左右的循环冷却水，在中国大部分地区，靠冷却塔降温冷却是无法达到这个温度的，必须采用制冷设备。结合以往工程经验，从经济性、可靠性角度考虑，拟采用溴化锂冷水机组进行降温处理。整套冷却水系统涉及到三个循环子系统、一个直用子系统：

第一循环子系统：溴化锂制冷机组内循环。溴化锂制冷机组主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成。用溴化锂水溶液为工质，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。在溴化锂制冷机组运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高，进入吸收器；蒸汽进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温蒸汽进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量，制取所需温度的低温水。

第二循环子系统：冷水外循环。溴化锂制冷机组制取的25℃的冷水采用冷水循环泵送至转底炉出料机循环后，45 ℃左右的回水进入溴化锂制冷机组冷却，如此循环往复。为了减少系统结垢，冷水系统初次灌水的水质为软化水或除盐水，并设置水质稳定加药装置。使用中每年泄漏率不大于10%，可采用生产新水作为补给水，由于冷水采用闭式循环系统，采用全自动定压补水排气装置进行补水。

第三循环子系统：循环水外循环。为了使来自发生器内的冷剂蒸汽冷凝为液态水，通过冷凝器铜管内的冷却水进行降温，液体状态的水流回到蒸发器继续蒸发吸热，系统中需设置一套循环水系统，由冷却塔、循环水泵、水质稳定加药装置组成，循环水量与溴化锂制冷机组的制冷量匹配，循环给水温度32～35 ℃，温差可以控制在5 ℃或10 ℃。

直用子系统：溴化锂制冷机组的动力源可以选用低压蒸汽、燃气、高温烟气等，可根据项目的具体情况，经过比选确定动力源。以低压蒸汽作为动力源为例，可采用自备电厂抽凝机组提供的0.8 MPa，180 ℃的蒸汽，在进入溴化锂制冷机组前减压、减温至0.55 MPa，165 ℃左右，经过换热后，产生95 ℃左右的冷凝水，可进入凝结水箱，再回收利用。

图1 转底炉出料机冷却水系统图

2.2 系统运行

溴化锂制冷机组一般不设备用，得益于其组成部件中动力部件(主要是溶液泵、冷剂泵)很少，当采用高性能屏蔽泵时，故障率极低。蒸汽进汽管上设置并联的两套调压系统，一套故障时，发出故障报警信号并关闭，同时自动开启另一套调压系统，确保蒸汽压力稳定。

系统采用成套一体化可编程逻辑控制器(PLC)控制，集成溴化锂制冷机组及冷水泵、冷却塔及循环水泵、蒸汽流量自动调节等子系统的全部信息，通过变频器及控制软件实现系统联动，保证综合负荷状态下机组制冷系数(COP)不小于1.5，实现冷负荷在25%～100%范围内调节。同时，采用英特网远程联网转换器，将控制信号传送至工厂主控室进行远程监控及操作，可实现全自动运行，故障连锁报警并指示故障部位，方便快速分析故障原因，找出解决方案。

由于转底炉出料机冷水系统的重要性，设计中须考虑设置安全供水系统(如图2所示)，在冷水系统因不可预见因素(如蒸汽压力、温度突然发生剧烈波动或者电源突然中断)发生停机时，安全供水自动投用。安全供水可采用转底炉净环水的供水系统(供水温度33 ℃左右)，正常供水由电动泵组提供，安全供水由柴油机泵或不间断电源提供，可视具体情况切换。在转底炉出料机冷水供、回水管道上分别设置电动切换阀，在冷水系统停机并确认后，由中控室手动切换，保证出料机在冷水系统故障维修过程中的安全运行或者安全停车。

3 结束语

综上所述，通过设置转底炉出料机冷水系统，将供水温度控制在25 ℃左右，可保证出料机的安全稳定运行。另外，未来在出料机的设计上，从生产工艺角度论证是否可适当放大冷却器的尺寸，增加可流通循环水量，或可以省去增设的出料机冷水系统。但就目前的情况而言，增设出料机冷水系统为最佳选择。