高炉软水密闭循环冷却系统水温调控分析与探讨.pdf

2024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER高炉软水密闭循环冷却系统水温调控分析与探讨李亚光，净晓星，王旭旦，刘磊（北京首钢股份有限公司，河北迁安 064404）【摘要】介绍了首钢股份4 000 m3高炉的软水密闭循环冷却系统的工艺流程、系统特点与运行效果。高炉软水密闭循环系统采用闭式冷却塔冷却降温，冷却水采用循环供水方式，通过冷却水量的合理分配，实现对软水的可靠降温。根据十年来的实际运行情况，对软水密闭循环冷却系统水温调控存在的问题进行了整改，有效提升了降温能力，提高了系统的供水安全性。【关键词】高炉；软水密闭循环；冷却水；降温【中图分类号】TF085 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）01-0048-04 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Analysis and Discussion on Water Temperature Control of Blast Furnace Soft Water Closed Circulating Cooling SystemLI Yaguang,JING Xiaoxing,WANG Xudan,LIU Lei(Beijing Shougang Qianan Iron and Steel Co.,Ltd.,Qianan,Hebei 064404,China)【Abstract】The process flow,system characteristics and operation effect of the soft water closed circulating cooling system of Shougangs 4 000 m3 blast furnace are introduced.Blast furnace soft water closed circulating system adopts closed cooling tower to cool down the temperature,and the cooling water adopts circulating water supply mode to realize the reliable cooling of soft water through the reasonable distribution of cooling water quantity.According to the actual operation conditions in the past ten years,the problems of water temperature regulation of soft water closed circulating cooling system have been rectified,which has effectively improved the cooling capacity and water supply security of the system.【Keywords】blast furnace;soft water closed circulating;cooling water;cooling down前言软水密闭循环冷却是炼铁高炉的一种冷却方式。首钢股份4 000 m3高炉炉体采用软水密闭循环冷却系统，循环水采用闭式冷却塔降温，冷却水为循环供水方式，通过冷却水量的合理分配，实现软水可靠降温1。经过不断摸索总结，该技术日趋优化完善，但冷却水在长期循环使用过程中存在降温能力下降的问题，通过调整药剂投加量、改造系统工艺等方法对问题逐项进行分析、讨论、整改，有效提升了冷却水降温能力，提高了供水安全性。1 高炉软水密闭循环工艺流程及降温方式1.1 软水密闭循环冷却系统工艺流程首钢股份4 000 m3高炉炉体及热风炉采用软水密闭循环系统，为炉体117段冷却壁、炉底、热风阀等部位提供冷却降温。软水密闭循环水不与大气接触，水质稳定，腐蚀速率低，结垢少，系统运行稳定，工艺流程如图1所示。1.2 闭式冷却塔的结构及降温方式炉体及热风炉需要严格控制冷却水温度，主要通过软水密闭循环系统的闭式冷却塔置换降温来实现温度控制。闭式冷却塔冷却水采用串联和并联相结合的冷却供水方式，通过冷却水与换热量的充分平衡，实现了水温的有效调控2，炉体、热风水温调控运行参数如表1所示。闭式冷却塔的特点有：冷却强度高，降温效果好，补充水量小，运行成本低，能满足高炉的长寿命需要，具有显著技术优势。塔体结构如图2所示。由于闭式冷却塔冷却水与工业吸水井的串联使用，水质污染大，近几年来降温效果逐步降低，需对冷却水系统进行改进，提高冷却水的降温效果，平稳调控系统水温。2 存在问题及解决方法高炉软水密闭循环冷却系统共有闭式冷却塔18座，负责为炉上、炉下和热风三个密闭循环水系统冷却降温。闭式塔设计降温能力为 10 （即55 降至45），设备已连续运行10余年，热交换效率下降。夏季时，高炉回水温度46，冷却塔风机全开启的情况下供水温度仍无法降至40 以下。通过对密闭循环系统的降温能力进行分析，闭式冷却塔在运行中实际降温能力在3.5 左右，无法有效达到降温目的，需对冷媒水进行置换降温，大量补充工业水（日均1 804 m3/h），8月1日15日的补水量数据见表2。闭式冷却塔降温效果差，需对整个工艺流程进行梳理，解决闭式塔运行中存在的问题。2.1 阻垢剂投加量小及改善方法闭式冷却塔的冷媒水池每天需要投加缓蚀阻垢剂，以避免铜管管壁及填料结垢，水质调控以冷媒水的总磷含量35 mg/L为目标。控制阻垢剂的投加量，但在实际运行中，铜管及填料仍存在结垢严重的现象。根据水质化验报告，在实际运行中提升冷媒水系统阻垢剂投加量，将总磷指标由35 mg/L提升至57 mg/L，运行两个月后，冷却塔铜管及填料结垢倾向降低，系统的结垢情况有所改善。2.2 冷媒水硬度高及改善方法每座闭式冷却塔由2台喷淋泵循环冷却降温，由于喷淋水循环时蒸发量大，系统内冷媒水平均硬 加药系统加药系统 闭式冷却塔 18 座 冷水池 高 炉 喷淋泵 2 台 冷水补水 溢流水 集水盘 高炉密闭循环水 工业补水 图1 软水密闭循环冷却系统工艺流程表1 炉体、热风水温调控运行参数 喷淋泵 铜管 填料 收水器 冷却风机 布水管 图2 闭式冷却塔结构图表2 闭式塔冷媒水补水量m3 482024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER需要，具有显著技术优势。塔体结构如图2所示。由于闭式冷却塔冷却水与工业吸水井的串联使用，水质污染大，近几年来降温效果逐步降低，需对冷却水系统进行改进，提高冷却水的降温效果，平稳调控系统水温。2 存在问题及解决方法高炉软水密闭循环冷却系统共有闭式冷却塔18座，负责为炉上、炉下和热风三个密闭循环水系统冷却降温。闭式塔设计降温能力为 10 （即55 降至45），设备已连续运行10余年，热交换效率下降。夏季时，高炉回水温度46，冷却塔风机全开启的情况下供水温度仍无法降至40 以下。通过对密闭循环系统的降温能力进行分析，闭式冷却塔在运行中实际降温能力在3.5 左右，无法有效达到降温目的，需对冷媒水进行置换降温，大量补充工业水（日均1 804 m3/h），8月1日15日的补水量数据见表2。闭式冷却塔降温效果差，需对整个工艺流程进行梳理，解决闭式塔运行中存在的问题。2.1 阻垢剂投加量小及改善方法闭式冷却塔的冷媒水池每天需要投加缓蚀阻垢剂，以避免铜管管壁及填料结垢，水质调控以冷媒水的总磷含量35 mg/L为目标。控制阻垢剂的投加量，但在实际运行中，铜管及填料仍存在结垢严重的现象。根据水质化验报告，在实际运行中提升冷媒水系统阻垢剂投加量，将总磷指标由35 mg/L提升至57 mg/L，运行两个月后，冷却塔铜管及填料结垢倾向降低，系统的结垢情况有所改善。2.2 冷媒水硬度高及改善方法每座闭式冷却塔由2台喷淋泵循环冷却降温，由于喷淋水循环时蒸发量大，系统内冷媒水平均硬 加药系统加药系统 闭式冷却塔 18 座 冷水池 高 炉 喷淋泵 2 台 冷水补水 溢流水 集水盘 高炉密闭循环水 工业补水 图1 软水密闭循环冷却系统工艺流程表1 炉体、热风水温调控运行参数系统名称炉上系统炉下系统热风系统供水水温/454545回水水温/555155降温能力/10610 喷淋泵 铜管 填料 收水器 冷却风机 布水管 图2 闭式冷却塔结构图表2 闭式塔冷媒水补水量m3 日期8月1日8月2日8月3日8月4日8月5日补水量1 5511 4401 7581 6471 724日期8月6日8月7日8月8日8月9日8月10日补水量1 7691 6471 6691 8961 825日期8月11日8月12日8月13日8月14日8月15日补水量2 0142 3252 0381 8271 934492024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER度为928 mg/L，较高的循环水硬度导致了闭式塔铜管及填料结垢增速。对炉上、炉下及热风系统闭式塔集水槽各增加一路除盐水补水，用以中和并降低冷媒水的硬度，降低了闭式塔铜管及填料结垢发生率，在保证经济的除盐水量前提下，将硬度指标控制在 880 mg/L以下。2.3 布水管喷头堵塞及改善方法在运行过程中，由于闭式冷却塔顶部喷淋水布水管喷头较小，容易堵塞，不易清理。导致换热铜管与喷淋水接触不均匀，换热能力下降。制作可拆卸布水管，喷淋泵吸水口增加篦子，减少杂物进入布水管。改造后的布水管中杂质会流至布水管末端，一旦出现堵塞，可拆卸布水管进行清理，既保障了喷淋水出水顺畅，又提升了降温能力。改善前、后喷淋水布水管喷头布置情况如图3所示。2.4 冷却塔风机皮带打滑及改善方法冷却塔风机采用皮带轮传动，风机开启后上升水汽对皮带轮及电机轮腐蚀较大，长期运行检查发现皮带易发生打滑现象，影响动力传输，使冷却风量减少。将闭式塔由皮带轮传动改造为减速机传动3，使冷却风机的减速机传动效率增加，检修维护更加方便，在冷却塔风机转速保持为1 450 r/min前提下，电机功率由45 kW降低至18.5 kW，更加节能。改善前、后冷却塔风机皮带传动设置如图 4所示。2.5 闭式塔挂式填料无支撑点的改善闭式塔原有的挂式填料老化破损后无支撑点，极易出现垮塌现象，且无法单独更换，喷淋冷却水分布不均匀，冷媒水降温效果低，严重影响换热效率。将挂式填料更换为波纹式填料，填料与空气接触面更大，支撑牢固，不会发生垮塌现象4。改善后喷淋水及空气对流更加顺畅，有效提升降温能力。改善前、后闭式塔内填料布置情况如图 5所示。2.6 冷却塔检修门密封不严及改善方法冷却塔检修门在长期运行中发现存在关不严及破损缺失情况，导致冷却空气从检修门进入，冷却塔风机开启后气流紊乱，换热效率下降。（a）改善前 （b）改善后图3 布水管喷头堵塞改善（a）改善前（b）改善后图4 冷却塔风机皮带打滑改善502024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER通过改造冷却塔检修门，保证冷却塔检修门有效闭合，减少气流紊乱导致的换热效率下降，使冷却塔风机风量达到 150 m3/s，提升了冷媒水的降温效果。改善前、后冷却塔检修门闭合情况如图 6所示。3 整改效果闭式冷却塔冷却系统运行管理的关键是保证冷媒水的降温能力，通过对闭式塔冷媒水系统多个问题的改善，软水密闭循环的降温效果由改善前的3.5 提升到改善后的8.3，系统整改后运行稳定，尤其夏季能保证可靠降温，效果良好，冷媒水置换量降低，闭式塔铜管及填料结垢等问题得到有效解决。冷媒水系统改造后节水效果良好，夏季基本不需要大量置换冷媒水来达到软水降温要求，初步估计夏季可降低工业水消耗日均为400 m3。18台闭式冷却塔风机由皮带轮传动改造为减速机传动，在保证运行转速1 450 r/min前提下，电机运行电流由50 A降至30 A。4 结束语炉体及热风炉的软水密闭循环系统闭式冷却塔已运行10余年，随着运行时间继续增长，降温能力逐步降低，需要持续做好改善方案的落实和闭式塔降温能力的监控，通过以上系统工艺的改造，提高了冷媒水的降温能力，满足了设计要求，节水、节电及节省药剂消耗效益显著。根据系统运行实际情况采取的改造措施，为高炉冷却新技术及综合技术进步提供了宝贵经验。参 考 文 献 1 孟淑敏，陈琳，王冰，等.高炉本体软水密闭循环冷却技术的应用与创新 J.工业炉，2022（9）：33-36.2 金玉涛，郝华磊.高炉联合软水密闭循环系统工程实践 J.冶金动力，2018（6）：45-48.3 黄文君，白海波.高炉联合软水密闭循环系统工艺改进 J.河北企业，2013（11）：90-93.4 周文.武钢1号高炉软水密闭循环冷却技术分析 J，冶金动力，2003（6）：54-56.收稿日期：2023-08-08作者简介：李亚光（1984-），男，大学本科，现从事给排水技术工作。（a）改善前（b）改善后图6 检修门密封不严改善（a）改善前（b）改善后图5 挂式填料无支撑点改善51