冷却水系统-高炉冷却水系统

发布时间：2017-09-25 所属栏目：冷却水系统

一 : 高炉冷却水系统

12化工给排水设计　　　　　　　　　1997年第1期

高炉冷却水系统的发展与应用

包头钢铁设计研究院　陈常洲

摘要　本文阐述了高炉各种供水冷却系

统。除直流供水冷却系统已被淘汰外,还有开路过滤水净循环冷却系统,软水汽化冷却系统,闭路软水(除盐水、纯水)净循环冷却系统,开路软水净循环冷却系统,,,,最后做出决择。、施工、投产运行的铁合金电炉,炼钢电炉,氧气转炉,连铸结晶器轧钢加热炉等工程项目,所采用的开路软水净循环冷却系统比较符合我国目前的国情。

一、工业水直流供水冷却系统五十年代以前,许多高炉大都采用直流供水冷却系统。即从地面水体取水,经混凝沉淀处理后,澄清水用加压泵直接向炉体冷却构件供水,升温后的热水经管渠再排入地表水体。这种供水系统需开发大量有限的水资源;耗费大量电能;消耗大量水处理药剂;水系统一次投资很高;经营运转费亦很高;由于供水水质处理程度较低(SS≤200mg/l),致使冷却系统结垢、堵塞、甚至腐蚀等障碍频繁发生,特别是江河汛期或洪水期,其处理水质恶化,使障碍更加严重直接影响高炉正常运行,导致缩短高炉使用寿命;另外,其排水对受纳水体的热污染危害也是很大的。于是,人们将这种供水冷却系统淘汰掉,逐渐采用工业水开路净循环冷却系统。

二、过滤水开路净循环冷却系统所谓过滤水是指地表水经混凝沉淀过滤处理后,其SS≤5.0mg/l的工业水。从高炉被冷却构件流出的热水经管道流入泵站热水井,用泵送上冷却塔,经蒸发和与空气的热交

换,被冷却降温的水流回泵站冷水井,再用泵加压送至高炉被冷却构件。,亦,

(,或旁滤反洗排污),又要补充因蒸发、风吹、渗漏、排污而损失的过滤水。这种系统与直流系统相比,其水源开发量较小,水净化处理量及对环境的污染都大大减小。当浓缩倍率N<3时,循环率为95～97%,过滤新水补水率为3～5%。生产实践证明,这种系统对于高炉被冷却构件热负荷较小时,可以保证系统正常运行,且节水、节电、节药,运营费较低,高炉使用寿命有所延长。但是,对于高炉和热风炉被冷却构件热负荷(>20～200×104KJ/m2?h)较高时,系统的结垢、腐蚀、微生物粘泥障碍就明显增加,其系统水质稳定便成为突出的问题。于是,人们一方面为提高循环水浓缩倍率,压缩排污率,减少补充水率,控制水质处理指标和排污水处理及污染程度,采取物理法或化学法进行水质稳定处理。另一方面不断地在寻找冷却效率更高的冷却方式。

三、软水汽化冷却系统

六十年代,原苏联首先在26座高炉和34个热风炉上采用了汽化冷却,使高炉寿命

延长9～15年。随后,日本、西欧、澳大利亚等国相继从原苏联引进了汽化冷却技术。1974年日本在4158m3现代化大型高炉上采

用了汽化冷却系统。我国在1958～1965年期间将汽化冷却技术从轧钢加热炉应用推广到高炉及热风阀等设备冷却上。

软水汽化冷却系统由被冷却构件、汽水

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化工给排水设计13

二相混合物上升管、汽水分离汽包、热水下降管、或循环水泵组成。

进入高炉被冷却构件内的P=0.4～0.9MPa,t=30℃左右的软化水(H=0.1～0.2dH),由单相流水变成二相流汽水

混合物,其热交换系数αh2=10000Kcal/m?)比水热交换系数α?℃(41860KJ/m2?h?℃1=1674.72～10048.32KJ/m2?h?℃大几倍到

但是,软水汽化冷却系统亦存在着如下

一些缺点:

1、高炉冷却壁的材质结构形式及其制造工艺,很难适应在汽化冷却运行工况下对渗炭层厚度的要求。特别是防止在高温热状态下由于热疲劳而产生裂纹的要求。

2、一般采用过滤水开路净循环冷却时,高炉冷却壁温度可降至130℃左右,而采用软水汽化却时,高炉冷度高达,,导致。

3、软水汽化冷却系统一些被冷却构件活动部位的连接装置的技术问题尚未解决。更重要的是风口、冷却壁的泄水跑气等监测及其管理技术很难过关。

于是,人们又重新认识并加以研究净水循环冷却系统。

四、软水闭路净循环冷却系统八十年代,在采用过滤水开路净循环系统时,由于水源紧张,或没有受纳污水的水体,或环境保护的严加限制,人们想到要最大可能地减少补充水量,压缩排污水量,就得最大限度地提高浓缩倍率。当浓缩倍率N由2提高到5时,补充水量减低约38%,排污水量减少约82%,节水率较高。当浓缩倍率N由5提高到10时,排污水量几乎接近于0,补充水量亦减少到差不多接近蒸发水量,即循环水量的2.2%。然而,实际运行时,系统的循环水水质极度恶化。腐蚀、结垢及微生物粘泥障碍更加严重,甚至到了无法控制的程度。于是,迫使人们深思熟虑,将浓缩倍率提高到N≥5时,与其采用过滤水开路净循环冷却系统,还不如采用软水(或除盐水,或纯水)闭路净循环冷却系统。

软水闭路净循环冷却系统的特点:1、系统是密闭的,不与外界大气接触。因此,外界的泥砂、尘埃、微生物、有害气体及大气中的盐类等均难以进入系统。于是,系

几十倍。软水由单相变为二相混合物的过程中,除水升温的显热外,还有水汽化的潜热,从而强化了热交换,,利用的蒸汽,,,1‰,H0=H(r0-ra),形成自然循环的推动力。当被冷却物件水阻力很大时,可以借助循环水泵推动循环水运行。

100m3高炉被冷却构件采用过滤水开路净循环冷却系统时,水耗量242m3/h,采用软水汽化冷却系统时,只耗2～3m3/h水。每年可节水、节电费约16万元左右,且被冷却构件寿命能延长1～3倍。

1800m3高炉全炉采用过滤水开路净循环冷却系统时,循环水量2900～3200m3/h,单是炉身冷却循环水量约为1300m3/h。如果采用软水汽化冷却系统,其耗软水量约为7～8m3/h。每年节水、节电费约160万元,而且可回收利用蒸汽约6～8m3/h。

由此可见,采用软水汽化冷却系统不仅能大幅度的节水、节电、节省运营费,而且还可以回收大量蒸汽加以利用。更重要的是软水汽化冷却保证被冷却构件内壁不结垢,当外部热负荷不变时,它可以造成一个稳定的冷却强度来保证被冷却构件不产生热疲劳而导致破坏。这样,就延长了被冷却构件的使用寿命,从而延长了高炉的使用寿命。值得提出的是在自然循环汽化冷却的情况下,不需要外加动力;在事故停电的情况下,仍能继续运行,作为安全供水。

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6、系统的循环水泵的扬程是由系统的总

统就不会因微生物的繁殖而产生生物粘泥障

碍,从而避免了粘泥所引起的垢下腐蚀问题。为此,系统中不必设置杀菌灭藻的药剂添加装置,简化操作,节省药剂运营费用。

2、系统中水不蒸发、不浓缩,只有因循环水泵轴封或法兰连接处漏损水量。其补充水量约为循环水量的0.1～0.2%。因此,系统水可采用高质的软化水、或脱盐水、甚至纯水。为高效传热提供了保证条件,促使冷却可靠性好。在维持较高的欠热度条件下工作,系统水不汽化,冷却均匀,设备不变形,强度不变,使用寿命延长。

3、水,,>60℃时,氧的,导致形成氧浓度差电池,附加于其它电池,便形成更高的电位,腐蚀速率大大增加,随水温的升高而直线上升。所以系统要密封好并设置排气阀,及时地排掉各密封面及少量补水而带入的空气,使水中溶解氧尽快降低下来。尽管利用热力可机械脱氧,还是要设置真空除氧或化学除氧。若化学脱氧,一般使用的还原剂有Na2CO3、N2H4等。N2H4+O2→2H2O+N2↑实际上1份O2需2份联胺。在25℃、pH=7.0时,反应速度为0。当有Cu2+作触媒时,其投量>5mg/l,反应10～15min,此时<65℃,pH>9。

为防腐蚀可采用下述的一些措施:添加缓蚀剂;设备和管道内外壁涂新型防腐涂料;采用耐蚀材质的设备与管道等。对于投加缓蚀剂,由于系统不排污,其药剂消耗量很少,并且可控制药剂高浓度运行。

4、系统不宜用压缩空气定压,因为压缩空气会带入氧气和其它有害气体及油类等。最好用N2定压,通过膨胀水罐可以在停电停泵事故时作安全供水措施。

5、系统的二次冷却装置可以是空气冷却器、闭式冷却塔、直流海水、汽—水热交换器、水—水热交换器。当采用水—水或汽—水热交换器时,其交换出的热量可以余热利用。

阻力损失而确定的,即H=△P。可以利用系统回水余压直接通过热交换器装置,能够节省电能消耗。

在我国已经投产运行的软水(除盐水、纯水)闭路净循环冷却系统有几家,正在设计或改造的亦有几家。兹举例某高炉净水循环冷却系统(见表1)。

τ≥),(℃

。,,或—。于是,、节电、节药、节能、节投资等方面的优点就不十分明显了,往往不被厂方所接受。根据包头钢铁设计研究院给排水室10多年来的经验,曾设计、施工、投产运行的铁合金电炉、炼钢电炉,氧气转炉,连铸结晶器,轧钢加热炉等工程项目,所采用的软水开路净循环冷却系统运行情况良好,比较符合我国目前国情。因此,我们建议把该系统纳入高炉冷却水系统中来,供大家在系统中选择时借鉴。

五、软水开路净循环冷却系统软水开路净循环冷却系统就是将过滤水开路循环冷却系统的过滤水用软化水代替。系统循环水水质的总硬度不是软水闭路净循

环冷却系统的2dH,而是8dH左右。系统的补充水水质的总硬度不是软水闭路净循环冷却系统的0.1～0.2dH,而是将过滤水和软化水混合后的2～4dH。

过滤水和软化水水量的比例数可以通过以下两种计算公式求得,进而确定软水站的处理规模。

1、以Hca求软化水量

根据含钙量平衡原理:软化水含钙量与过滤水含钙量之和应等于补充混合水含钙量,即

Hca软×Q软+Hca过×Q过=HcaM×(Q软+Q过)

式中:

1997年第1期　　　　　　　　　

化工给排水设计Hca软—软化水中含钙量(CaCO3,mg/l);Hca过—过滤水中含钙量(CaCO3,mg/l);Q软　—软化水需要量(m3/h);Q过　—过滤水需要量(m3/h);HcaM—补充水含钙量37.5～75mg/l]2.1～4.2dH。

最大不超过50%。

2、事故时供水压力,要保证主要被冷却构件入口处为0.1～0.2MPa。

3、事故供水时间,一般为10～20min,最大为30min。

4、具体措施:两路独立电源,能互相自动

变换后得

()Q软=

37.5-Hca软

2、以Mo求软化水量

根据总碱度平衡原理:度,即

软+过Q过=MOM×(Q软+Q过)

倒换;双路供水或环路供水及联络管;至少2

台工作泵,1台备用泵,1台安全供水泵;供水;PC可编;;、高位水N2顶压供水;软水开路循环供水时,若设置柴油机水泵,同时可设置3～5min容量的安全水塔,保证柴油机水泵启动10～13S的事故供水。

八、结束语

通过上述阐述,并结合工程设计实践,可以得出如下的结论:

1、为了节流开源,减少补充新水量,压缩排污水量和废水处理量,控制环境污染,必须淘汰淡水直流供水的冷却方式,而要采取净循环供水冷却方式。

2、对于热负荷低的被冷却构件,可采用浓缩倍率N≤4的过滤水开路净循环冷却系统。

3、对于热负荷较高的被冷却构件,可采用软水(除盐水)闭路净循环冷却系统或软水开路净循环冷却系统。

4、对于热负荷更高的被冷却构件,可采用纯水闭路净循环冷却系统或软水开路净循环冷却系统。

5、无论哪种净循环冷却系统,都应采取必要的水质稳定措施,以保持系统自身的正常运行。

6、各种循环水系统之间,在有条件的情

式中:

Mo过—软化水中总碱度(CaCO3,mg/l);Mo过—过滤水中总碱度(CaCO3,mg/l);MOM—补充水中总碱度(CaCO3,60mg/l)。

变换后得

()Q软=

60-Mo软

根据Hca、Mo求得的结果,以其最大值作为软水站处理规模。

六、高炉冷却水及补充水的水质随着高炉的大型化、高压化、自动化程度的发展,高炉使用寿命的延长便成为突出的问题。而延长使用寿命的首要问题则是冷却方式和冷却水水质。采用适宜的冷却系统和冷却水质可以安全、稳定、可靠地使高炉正常生产,延长使用寿命10～15年。

各国对高炉的高热负荷关键性被冷却构件,诸如:炉底、炉缸、炉腹、炉腰、炉身等冷却壁,风口大小套,热风阀等,都提出了很高的水质要求。有的不仅需要软化水,还有的需要除盐水,甚至纯水。

净循环水和补充水的水质指标(见表2)七、安全供水措施1、事故供水量为循环水量的15～20%,

况下,应采取串接供水方式。

7、各种循环水系统均应设计必要的安全供水措施。

16化工给排水设计　　　　　　　　　1997年第1期某高炉净水循环冷却系统供水条件

排水条件

用水用水冷却水

水压水温水质补充水排污水制度制度系　统

MPa

表1　序

被冷却构件名称水压水温水质号

MPa

℃℃

去开路

净循环统

热风阀、烟道阀热风放散阀、进风弯管、球面座、送5565纯水闭10.7纯水连续0.70纯水连续风支管、炉底板～65～75路循环炉身探测器、炉身取样设备等。

软水或去中压

风口小套、炉顶高压软纯水闭软水闭

洒水装置2600.60软水连续水闭路路循环路循环～65

循环系统排冷却系

水统风口大套、风口周

围冷却板、出铁口中压软

4055

3冷却板、泥炮冷0.65软水连续0.15软水连续水闭路

～45～65

却、炉腹至炉身中循环部冷却板等。

软水或高压软水闭路循环系统排污水

去开路净循环冷却系统

表2

序

项目名称号

1浓缩倍率N2pH值3悬浮物SS4总硬度Ho5钙硬度Hca6总碱度Mo7氯根Cl-8硫酸根

-SO24

净循环水和补充水的水质指标

单位

工业水

过滤水

软化水

除盐水

或纯水

6.5～8.5

00.1～0.21.78～3.570.1～0.21.78～3.57

1.017.851

开路净环水闭路净环水

≤4

软水开路

净环水

2～48～9

7～8

mg/ldHmg/lCaCO3

dHmg/lCaCO3

mg/lmg/lmg/lmg/l

105.61002.8503.3660

7～825.61002.8503.3660

7～80235.7235.73.3660

8～98～900.1～0.21.78～3.570.1～0.21.78～3.57

1.017.851100

≤20≤19.6

350～500

≤20≤8.5

152

≤9.8≤175≤11.76≤210

210～770350

≤8.0

1423.3660

平均60

10026500300

平均60

10026500300

平均60

10026500

≤500

100

最大220最大220最大220

9总铁TFe10可溶性SiO211电导率12蒸发残渣

微量

0.110

微量

≤20

<1500

0.110

≤20

<1500

μs/cm

mg/l

二 : 冷却水系统保养与维修攻略

冷却水系统由冷凝器、冷却塔、水泵、管道、阀门、过滤器等组成冷却水系统，它的作用是将制冷系统中的热量排放到大气中。中央空调系统中的冷凝器在水侧会逐渐形成一层水垢。冷凝器使用时间越长，水质越硬，其水垢厚度就越厚。因水垢导热系数小，影响冷凝器传热效果，导致冷冻机制冷效果差。因此，必须采取相应的措施去除冷凝器水侧的水垢技术难题。去除冷凝器水侧的水垢传统方法有人工洗刷，机械的和化学清洗。近几年有些商场中央空调冷却水系统安装电子水处理仪后因该仪器本身的工作原理决定无法去除水中杂质只有通过排污达到防垢除垢的目的，而空调操作人员往往忽略这一点。安装了电子水处理仪则无需排污这是错误的理解。其每一种方法都有不足之处。这就会出现只有当冷凝器水侧的水垢影响到整个制冷系统正常工作之后才会清洗冷凝器的水垢。新一代水处理仪具有测量水温和水中总固体溶解度，然后自动调整仪器的运行参数。但排污工作仍不可忽视。

军团病感染及其对策：1976年在美国费城发现军团病。1981年在南京发现首例军团病例。军团病菌的生存条件是：当水温在25℃——42℃(其中水温37℃繁殖最快)，水体滞流，水中含有大量的水垢、沉淀物、微生物膜及变形虫等会迅速繁殖并可能达到威胁人体健康。

中央空调设备中的冷却水系统给军团病菌的生存和繁殖提供了有利条件：其一，冷却水温在31℃——35℃;其二，大量的空气经冷却水的洗涤，灰尘、有机物和微生物及其残骸在冷却水系统中堆积，这些物质为军团病菌的繁殖提供营养来源。这样对冷却塔及管道的清洁工作可减少军团病菌生长所需养料。

预防军团病有效措施：A定期在冷却塔循环水中投放消毒杀菌剂和灭藻剂，针对军团菌台湾某公司生产的ARKO—400杀菌灭藻剂对军团菌抑制与杀灭均有极佳效果，解决冷却水塔因日照，长满青苔而造成污塞之困扰。每周添加一次。B定期清洗冷却水盘和蓄水池，清除水中微生物藉以作为营养源的腐败杂物从而减少微生物的繁殖，建议一年清洗1—2次可用广东某厂生产高级空调水垢清除剂进行清洗，快速方便。C定期检查水质，根据水质情况决定换水的时间。qs4txiD保证一定量的补充水，以降低冷却水蒸发浓缩的程度。

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