汽化冷卻在球團豎爐中應(yīng)用分析

田仕友　趙東寶　林志強

摘 要：通過探討分析汽化冷卻的工作原理，對汽化冷卻用于球團豎爐的效果進行探討，為球團豎爐相關(guān)改造提供理論和數(shù)據(jù)。本文從經(jīng)濟性和使用維護角度進行分析，指出該工藝流程對球團豎爐設(shè)備冷卻的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：汽化冷卻；球團豎爐；經(jīng)濟性；使用維護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.011

導(dǎo)風墻具備把燃燒室中存在的熱風引導(dǎo)到烘干創(chuàng)的下方去，把剛?cè)霠t的生球烘干的作用。若是導(dǎo)風墻本身的大水梁存在被燒毀或者是變形的情況，會導(dǎo)致導(dǎo)風墻倒塌的情況出現(xiàn)，給生產(chǎn)造成嚴重的危害。若是烘干床本身的水梁出現(xiàn)變形的情況，那么上面的篦條便可能出現(xiàn)脫落的情況，從而給烘干效果造成較大的影響。并且這兩處也是豎爐的內(nèi)部非常容易出現(xiàn)問題的地方，所以，對其進行改造，運用氣化的手段來進行冷卻，對于產(chǎn)量的提高和設(shè)備壽命的延長意義重大。汽化冷卻工藝的原理是利用水在蒸發(fā)過程中吸收大量的熱能，使相關(guān)設(shè)備達到降溫的目的。球團豎爐使用至今面臨著導(dǎo)風墻承重大水梁和烘干床水梁的使用壽命短、維護和使用成本高、熱利用較困難等問題。目前多家科研機構(gòu)對汽化冷卻用于豎爐進行探尋和改造工藝流程，國內(nèi)多家球團豎爐廠家進行升級改造。

1 汽化冷卻工藝豎爐利用的原理

豎爐大水梁和烘干床水梁采用水冷方式，主要存在水結(jié)垢斷流、水梁易彎曲變形、易發(fā)生漏水現(xiàn)象、熱回收困難等問題，汽化冷卻利用水吸熱成蒸汽時達到冷卻裝置設(shè)備的目的。汽包中的水沿不受熱的下降管下行，然后引入受熱管加熱，水成為汽水混合物，沿上升管回到汽包中去。水的容重γ（kg/m3）與汽水混合物的容重γ（kg/m3）之差，乘以液柱高度h，即稱做循環(huán)管路的流動壓，就是自然循環(huán)的動力，靠此動力來克服循環(huán)回路的總阻力損失。公式為 ，為循環(huán)管路流動壓，即自然循環(huán)動力；為液柱高度；、為水的容重、汽水混合物的容重。

2 汽化冷卻工藝的設(shè)計因素

2.1 熱負荷參數(shù)確定

熱負荷是冶金爐汽化冷卻裝置設(shè)計的重要原始數(shù)據(jù)，計算各循環(huán)回路冷卻構(gòu)件的熱負荷以確定各回路的產(chǎn)汽量，熱負荷越大，產(chǎn)汽量越高，但自然循環(huán)越難進行。

2.2 循環(huán)方式的選擇

冷卻系統(tǒng)必須不間斷的進行循環(huán)，汽化冷卻系統(tǒng)在選擇循環(huán)方式的時候，其首選應(yīng)該是自然循環(huán)。這種方式不需要外界的動力，可靠性和經(jīng)濟性都比較強。管路以及冷卻件的構(gòu)造比較復(fù)雜，并且系統(tǒng)阻力和熱負荷都比較大，僅僅通過需要自然循環(huán)很難做好，所以，需要選擇強制循環(huán)的方式。而進行循環(huán)方式的選擇需要全面的考慮到工藝布置、位置以及構(gòu)件本身的構(gòu)造。

2.3 汽包系統(tǒng)設(shè)計

汽包布置在爐體附近以盡量縮短上升、下降管長度。減少彎頭和阻損。采用自然循環(huán)時，汽包與冷卻構(gòu)件之間需保持一定的高差以保證足夠的流動壓頭。汽包內(nèi)部空間由水容積和汽容積組成，水容積按30-40min內(nèi)補入汽包的軟水量計算，汽容積通常按每立方米蒸汽空間每小時分離出干燥蒸汽約700m?體積流量考慮。下降管中流動的是誰，而上升管中的物質(zhì)是汽水混合物。汽水混合物本身的體積要比水的體積大，若是管徑是一樣的，上升管的阻力比較大、流動速度較快，很容易出現(xiàn)運行不穩(wěn)定的情況，所以上升管的內(nèi)徑應(yīng)該比下降管大一些。針對在汽化冷卻系統(tǒng)中發(fā)生的循環(huán)管道的振動問題，在管系中合理的設(shè)置固定支架、導(dǎo)向支架、彈簧支架和滑動支架。

3 汽化冷卻工藝的優(yōu)點

3.1 工作可靠，可延長設(shè)備的使用壽命

采用汽化冷卻技術(shù)，1kg液態(tài)水在70Pa左右的壓力下汽化時，可以吸收約 2000KJ的熱量，吸熱能力強，冷卻效果顯著。設(shè)備運行情況也非常穩(wěn)定，水梁使用壽命可由 3個月延長至 2年以上。

3.2 經(jīng)濟，可以有效利用余熱

循環(huán)水冷需要大量的冷卻水，切水循環(huán)運行耗電高，過程中因開放環(huán)境，水損失較大；設(shè)備復(fù)雜，占地面積大，維護成本高。與循環(huán)水冷卻系統(tǒng)相比，設(shè)備裝置減少，提升了生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，操作運行管理進一步簡化。

通過泵和冷卻塔相關(guān)設(shè)備減少，與水冷系統(tǒng)相比每年每臺8㎡豎爐可以節(jié)約約300萬kwh。汽化蒸汽冷卻放熱可以進行發(fā)電、職工生活洗浴使用，根據(jù)某鋼廠統(tǒng)計低壓飽和蒸汽發(fā)電效率可以達到70%，根據(jù)此數(shù)據(jù)可以發(fā)電200萬kwh。由于汽化冷卻是閉路系統(tǒng)，水損失較少，每年每臺豎爐節(jié)約水15萬m?。

4 汽化冷卻工藝存在問題

4.1 設(shè)計參數(shù)復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)

豎爐汽化冷卻的工藝設(shè)計，主要包括循環(huán)方式、循環(huán)回路、冷卻介質(zhì)的流向、下降管和上升管布置形式和常規(guī)額定技術(shù)參數(shù)等。能夠影響到裝置是否安全和可靠，運行起來是不是穩(wěn)定，和汽化冷卻工藝設(shè)計是否合理有很大的關(guān)系。如果工藝設(shè)計不完善，會導(dǎo)致循環(huán)冷卻的異常，可能使冷卻部件燒毀，或管道的強烈震動，影響結(jié)構(gòu)的壽命。

4.2 工作過程受豎爐爐礦影響較大

由于管道復(fù)雜、氣液雙相交接，易受各回路冷卻件工作狀態(tài)的影響使循環(huán)回路之間的相互干擾。應(yīng)避免系統(tǒng)中出現(xiàn)汽水分層的情況，強制循環(huán)系統(tǒng)本身的汽化率比較低、倍率比較高、循環(huán)的流速也比較高，所以汽水分層的情況出現(xiàn)的比較少。自然循環(huán)中若是管道傾斜的角度比較小，那么汽水分層便很容易出現(xiàn)，面對這種情況，需要采取策略解決這種問題，比如在加熱鍋爐的管底進行插入管的設(shè)置，在冷卻煙道下半園周120。范圍內(nèi)的水冷壁管內(nèi)均安裝了扭成麻花狀的不銹扁鋼，造成汽水混合物流的擾動，從而克服汽水分層。

5 結(jié)論

球團豎爐汽化冷卻裝置，是工業(yè)爐汽化冷卻技術(shù)應(yīng)用的新成果。汽化冷卻方式用于烘干床水梁及大水梁，提高了設(shè)備的使用壽命和生產(chǎn)效率，進一步保證了豎爐的正常生產(chǎn)，同時節(jié)約了電力能源，降低了成本消耗。無需外部動力，僅靠水的密度差，就可以在一個封閉的冷卻系統(tǒng)內(nèi)形成良好自然循環(huán)。球團豎爐汽化冷卻工藝設(shè)備的使用過程存在循環(huán)回路相互干擾的問題，需要進一步研究克服。

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作者簡介：田仕友（1986-），男，安徽界首人，碩士，工程師，研究方向：煉鐵。