转炉循环水冷式烟罩余热回收.pdf
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1、第45卷第2 期2024年有色治金设计与研究4月转炉循环水冷式烟罩余热回收左涛(中国瑞林工程技术股份有限公司,江西南昌330 0 38)【摘要 介绍了铜冶炼厂转炉烟罩两种冷却方式:常压汽化冷却式和循环水冷式,并对两者的区别进行了阐述。详细介绍了循环水冷式烟罩余热回收系统的设计思路,包括工艺流程、关键控制点等,并对已实施的工程项目进行分析。分析表明循环水冷式烟罩余热回收系统工艺稳定,节能、节水,具有良好的经济效益,值得推广。【关键词 转炉烟罩;汽化冷却式;常压汽化冷却式;循环水冷式;换热量;回路阻力中图分类号:TF341.1;TK172Abstract This article introduc
2、es two cooling methods of converter hood in copper smelter:atmospheric pressure vapor-cooledand circulating water-cooled,and explains the differences between the two methods.This article provides a detailed introduction to thedesign concept of a circulating water-cooled hood waste heat recovery syst
3、em,including process flow,key control points,etc.,andanalyzes the implemented engineering projects.The analysis shows that the circulating water-cooled hood waste heat recovery systemhas stable process,energysaving and watersaving advantages,and good economic benefits,which is worth promoting.Keywor
4、ds converter hood;vapor-cooled;atmospheric pressure vapor-cooled;circulating water-cooled;quantity of heatexchange;loop resistance文献标志码:BWaste Heat Recovery of Converter Circulating Water-cooled HoodZUO Tao(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330038,China)文章编号:10 0 4-4345(2 0 2 4)0 2-0
5、 0 16-0 41转炉烟罩概况转炉是铜冶炼过程中处理冰铜的主要冶金设备。由于转炉吹炼是间断运行的,因此在装料、出渣、放铜的阶段没有烟气产生,且吹炼阶段烟气成分和烟气量会随着吹炼周期阶段的不同而发生变化。位于转炉炉口和后续余热锅炉之间的转炉烟罩,作为转炉的重要附属设备,设计时应尽量保障烟气的输送顺畅,且尽可能减少漏风,以提高烟气中SO2的浓度,改善劳动条件,实现低成本、高效率地回收烟气中的热量。目前,铜冶炼厂转炉烟罩一般由前部活动烟罩、内层固定烟罩和环集烟罩3个部分组成。转炉烟罩示意见图1。前部活动烟罩采用整体耐热铸钢件制成,该部分烟罩在转炉加铜、倒渣和出铜时启动频收稿日期:2 0 2 3-0
6、 6-12作者简介:左涛(19 8 4一),男,高级工程师,主要从事热能与动力工程设计工作。繁,且受辐射热强烈烘烤,是整个烟罩中工作条件最差的部分。内层固定烟罩是转炉烟罩的主体,其功能是汇集和排出转炉出口的烟气,并将烟气冷却到一定的温度,其部分结构设计需满足耐热、密封、耐蚀、结构形状合理,且不会影响有关其他设备操作等要求。环集烟罩通常用钢板焊接而成,分上部固定罩和前部回转罩两个部分。当转炉加铜硫、倒渣和出铜时,炉口会离开内层烟罩,从炉口冒出的烟气由环集烟罩收集、排走,避免烟气扩散到厂房内。烟罩长期处于高温、高浓度SO,和高烟尘的烟气冲刷下,因此设计时需要选择合理的冷却方式,以确保烟罩在高温环境
7、下能够安全运行。内层固定烟罩按冷却方式可分为汽化冷却、常压汽化冷却和循环水冷式等。1)汽化冷却可产出0.2 0.4MPa的蒸汽,但蒸汽时有时无,且品位较低,利用率不高。汽化第2 期冷却烟罩的使用寿命很短,本次不对其进行分析比较。2)常压汽化冷却,也称“半汽化冷却”,其进水为常温软化水,产出的10 5蒸汽放空,水套中的水为自然蒸发状态,冷却水由高位水槽自动补给。常压汽化冷却式固定烟罩在冶炼厂中采用居多,我国主要铜冶炼企业贵冶、金隆、云铜、紫金等均在使用。该设备延续了原日本设计的蒸发式烟罩的优点,工艺简单、常压作业、投资低,但箱式结构的烟罩内部存在汽空间,冷却效果差,寿命短,水蒸气直接外排,能源和
8、水资源浪费严重,还存在白色污染,环境效果差。3)循环水冷式烟罩是最近几年发展起来的一种新型烟罩形式。该设备不仅克服了传统蒸发式烟罩的缺点,结合余热锅炉的给水系统设计,还可将烟罩循环水回收的热量用于加热余热锅炉给水,使热能得以回收,水资源也不会被浪费。采用循环水冷却系统后,转炉烟罩内部没有汽化死角,使用寿命明显提高;改造后,没有蒸汽放散,环保效果好。目前,该系统已在大冶、白银等冶炼厂成功应用。上部固定烟罩侧面固定烟罩活动烟罩(a)内层固定烟罩及活动烟罩图1转炉烟罩示意本文拟主要针对常压汽化冷却式烟罩和循环水冷式烟罩进行比较,探讨转炉烟罩的优化形式,以期为转炉项目设备选择提供参考。2常压汽化冷却式
9、与循环水冷式比较2.1常压汽化冷却系统分析常压汽化冷却式烟罩的外部水循环系统详见图2。循环水贮槽中的循环水通过循环水泵输送至高位水槽。高位水槽为多层结构,分为若干段,可分别给上方固定烟罩、侧方固定烟罩和后方固定烟罩的各层水套供水。各层均设有溢流管和给水口,溢流管与下一层相通,给水口与水冷烟罩相应水套进水口连接,转炉循环水冷式烟罩余热回收通过溢流管高度来保证水冷烟罩相应水套的满水状态。当水冷烟罩水套中的水蒸发时,高位水箱自动补水,多余的水通过溢流管流至下一层,最终通过高位水槽出水口自流至循环水贮槽,从而实现水系统循环。当循环水贮槽液位降至一定程度后,自动开启补水阀,从外部自动补水至相应高度。高位
10、水槽X外部供软化水循环泵循环泵循环水储槽上部固定罩后面前部固定回转罩烟罩(b)转炉环集烟罩17至大气转炉汽化烟罩新流检测器循环水储槽图2 常压汽化冷却式烟罩外部水循环系统为检测整个转炉烟罩冷却水套的水补给情况,在回流总管上会安装断流检测器。只要回流管中始终保持回流,则说明各层水槽的水位处于正常状态。高位水槽外部设有排汽管,利用它们可以连通水槽各段上层汽体空间,并通过最上层一段的排汽口与大气相通。2.2循环水冷式系统分析循环水冷式烟罩外部水循环系统图详见图3。在该系统中,冷水箱的水位控制得比较低,热水箱中一部分水进入余热利用系统,溢流部分进入冷水箱,进人下一个循环。循环水温度逐步提高,当余热利用
11、带走的热量与烟罩回收的热量达到平衡时,循环水的温度趋于稳定。循环水温度与余热锅炉的用水量有关,为使循环水系统不发生汽化,循环水温度应尽量控制在9 0 以下。2.3 对比分析经过比较可以看出,常压汽化冷却式烟罩与循环水冷式烟罩的外形尺寸和支撑方式基本相同,不同的是二者的内部结构和水循环方式。二者之间的主要区别见表1。18有色治金设计与研究外部供除盐水永冷烟罩水冷烟罩热水箱冷却箱DK第45卷水冷烟罩水冷烟罩加压泵序号内容1工作原理2水套内部3水套外部4循环工质5环境影响6能源回收率工作转炉的回收热量大约为2 510 5kJ/h(定期交换)烟罩本体的质量和投资仅增加约5%,循环水系统增加的投资较大,
12、包括2 台循环水泵,2 台水箱、2 台除氧器给水加压泵、烟罩7设备造价8烟罩寿命由表1可知,循环水冷式烟罩的外部水循环系统和水套内部结构更加复杂,设备造价也相对更高,系统内循环工质水质要求高,但环境影响小,能源回收较好,且寿命比较长。预计节能、节水省下来的费用,几个月就能收回该系统建设的新增投资,且在环境要求和能源价格逐步提高的趋势下,循环水冷式烟罩的优势会更加明显。循环泵原有除氧器图3循环水冷式烟罩外部水循环系统表1两种烟罩型式的对比分析循环水冷式烟罩烟罩水套内部为有组织的水流通道,低温水进去,高温水出来,高温水送人余热锅炉除氧器使用。烟罩外部设有水循环用水箱和水泵。最高水温不超过9 5用隔
13、板做成迷宫式,使循环水按规定的路线流通,冷却效果好有1套循环水系统,包括循环水泵、水箱及循环水管道,特别是烟罩两侧分别布置有分配水管和汇合集箱,管路复杂,空间比较紧张除盐水没有水蒸气散发,环境相当好将散发水蒸气的热量回收利用,据实际运行测算,每2 台2 0 0 t水套配水阀门,烟罩水套出水阀门、视镜和集水箱以及水套连接循环水管道由于冷却效果好,不会发生烟罩过热损坏,加上改造后烟罩采用除盐水,不存在结垢和腐蚀,烟罩寿命会延长,目前投运3a以上的循环水冷式烟罩,还未发生过损坏情况常压汽化冷却式烟罩在烟罩的水套内装有大部分冷却水,水温为100,吸热后部分水蒸发,位于水套上部空间,随上部蒸汽管外排水套
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