大型高炉冷却系统的选择分析

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1、大型高炉冷却系统的选择分析钢铁工业是用水大户，也是排水大户，采用先进的水处理技术不仅可以节能 减排，降低吨钢耗水量，而且节约投资和降低运行费用。在工业用水中，冷却用 水占总用水量的60%以上，选择适宜的冷却系统十分重要。另外要减少企业吨铁 耗水量，必须做到按质用水、用级用水、循环用水。2.生产工艺与产排污分析以本溪北营3200m3高炉为例，分析几种不同的冷却循环系统的耗水耗电情 况。该炼铁厂的主要生产流程示意图如下：CCK鼓风机站热风炉 混合煤气富氧喷煤进入干式或湿式除尘重力除 尘器烧结矿、球团矿 焦炭 石灰石 白云石粉尘荒煤气4湿式除尘系统干式除尘系统煤气洗涤水处理系统送炼钢*尘水烟度铁块高

2、炉煤气（供用户）高炉瓦斯灰冲渣废水高炉水渣高炉瓦斯灰图1.炼铁生产简要流程图其主要的用水节点为高炉和热风炉冷却、高炉煤气洗涤、鼓风机站机组冷却、 炉渣粒化，另外还有一些水量较小的用户，润湿炉料和煤粉、平台洒水、煤气水 封阀用水等。主要的排污节点有设备间接冷却废水、 设备直接冷却废水、煤气洗 涤废水、冲渣废水。高炉冷却系统现采用工业净化水敞开式循环系统，该系统水循环率不高，大量排污，需要补充大量新水。在开路循环系统时，水中含有的污染物有固体悬浮 物、胶体物质，盐类等，随着冷却过程中的灰尘落入和水蒸发，污染物浓度逐渐 升高，水硬度增加，并且易滋生细菌、藻类。具废水水质如表1:项目数值项目数值pH值

3、7.59总含盐量/ mg - L-12003000总硬度/dH2251000悬浮物/ mg - L-15003000Cl-/mg - L-140200氟化物/ mg L-10.13.0SO42-/ mg - L-1302500酚/ mg - L-10.050.40Fe/ mg - L-10.051.25硫化物/ mg - L-10.10.5表1.敞开式冷却循环系统废水水质敞开式循环系统循环率一般为 95%,总循环水量5500m3/h ,则每小时有275t 污水排放。该系统存在的问题主要是：钙、镁硬度引起的水垢热阻降低冷却能力，降低冷却效率，并使冷却设 备从热面加速烧损； 敞开式冷却塔与空气接触

4、会产生淤泥堆积，引起管道腐蚀与堵塞； 细菌和藻类会使水中含氧量增加，氧气的饱和引起碳钢的去极化腐蚀； 菌藻类形成的沉积物也会加速金属的腐蚀； 运行成本高，其原因主要在三个方面，一是其循环总水量大，由于要尽可能的降低高炉各部位的水温以降低水垢的产生，对高炉各部分采用并 联供水，二是补充水量大，因为敞开式冷却塔蒸发冷却，水量损失大， 三是水泵除了要克服阻力损失，还要克服冷却设备高度产生的液体静压， 要求水泵的扬程的，能耗也大。3.污染预防措施软水密闭循环系统水循环率高，水质好，其水质要求为:项目数值项目数值pH值89SiO2/ mg - L-140总硬度/dH1SS/ mg- L-15Cl-/mg

5、 - L-150溶解固体/ mg - L-1400SO42-/ mg - L-1150油/ mg - L-1无Fe/ mg - L-10.2导电率/ s - cm-150表2.软水密闭循环系统水质1）独立软水密闭循环系统独立软水密闭循环系统冷却强度高、 效果好，各系统之间相对独立，相互不 存在干扰，而且节约用水。其流程示意图如下：图2.独立软水密闭循环系统流程图冷却池冷却壁旁滤设备其循环原理大致为：降温后的软水（一次水）用泵分别送到炉底、冷却壁、风 口和热风阀，供其冷却使用。在冷却上述高炉部件时，一次水温度上升，因此要 通过板式热交换器来降温，然后再用泵送给高炉循环使用。净环水（二次水）用 泵

6、送到板式热交换器，给一次水降温，同时自身温度有所上升，然后利用机械通 风式冷却塔给二次水降温，降温后的水再用泵送给热交换器循环使用2）联合软水密闭循环系统若将开式冷却系统改为联合软水密闭循环系统，可以很大程度上解决存在的 问题。高炉软水密闭循环系统冷却工艺流程图如下：加药蛇形管水泵冷却器水泵净化冷水器热交换器图3.联合软水密闭循环系统流程图其循环原理是：主供水泵组将冷却后的软水送至冷却壁供水管， 一部分水冷 却冷却壁直管，一部分水先经过炉底再冷却冷却壁蛇型管， 两部分回水回至冷却 壁回水集管；回水中的一部分经高压增压泵组加压供冷却风口小套， 一部分经中 压增压泵组加压供风口二套、直吹管及热风阀

7、冷却，其余回水采用旁通，三部分 回水经脱气罐脱气，再经回水总管进入换热器，经冷却后循环使用。高炉软水密闭循环系统的优点：补充水用量小，密闭循环系统中，冷却水不蒸发不浓缩无污染，补充 水主要是系统泄漏损失，国内软水密闭循环冷却系统的一般指标为 99.00%,甚至可以达到更高，新水补充量一般为 1%,而开式循环系 统的新水补充量为5%;水质好，腐蚀小，无外界灰尘进入，没有阳光，藻类不易繁殖，减少药 剂的消耗，溶氧量低，抑制腐蚀；传热效率高，冷却效果好，水质好，不易结垢，提高了传热效率并避免 了冷却元件被烧毁，延长了高炉寿命； 节能效果显著，可节省电力能源； 占地少，软水密闭循环系统占地一般为开式循

8、环系统的3040%密闭循环冷却系统的换热器均采用蒸发式空冷器，较板式换热器而言，虽初期投资较大，但其运行费用低，且不用设置二次冷却塔，可有效降低电耗、水耗 与药剂用量，且使用寿命长（为1015年，而板式换热器一般小于10年）。其原 理是，通过蒸发冷却器把热量传给管束外的水膜， 水膜迅速蒸发带走热量，蒸发 后的湿空气由上方的风机抽走， 并由下面再进来的新的冷空气，如此反复循环。3）炼铁系统审级用水审级按质用水是减少排污和节约用水最主要的措施。炉体间接冷却水、高炉 喷淋冷却水、高炉煤气洗涤水、高炉粒化用水，可处理后各自回用并按次序审级 使用，冲渣对水质要求不高，冲渣废水可完全回用。示意图如下：图4

9、.高炉系统循环审级用水示意图4 .经济效益与可行性分析1）与净化水敞开式循环系统比较3200m3高炉，具循环水量按5500t/h计算，净化水敞开式循环年补充新水量 319.3万t、耗电量2285.5万KW- h;软水密闭循环年补充新水量软水为 3.1272 万t、耗电量1502.3万KW h,净化水为136.0886万t、耗电量415.0万KW h, 按工业净化水（含水资源费与排污费）3元/t ,软化水5元/t ,电费1元/KW h; 系统密封，水质较好，药品投加量也相应减少，节约药品费用，以开始系统药费 0.05元/m3,密闭系统0.002元/m3分别计算，结果如表3:项目工业净 化水敞 开

10、式循 环水/水冷却软水密闭循环两项之 差水化 1*)水化合计新 水 耗 量 片r年补充新水量/万t319.33.1272136.0886139.21180.11年补充水水费/万元957.99.3816408.265841.8437.99冷却高炉单位容积日 耗新水量/t（m3 d）-12.730.02681.1651.19181.5382r 费 用冷却高炉单位容积日耗新水费/ 元（m3 d） -18.190.1343.4953.6294.561年耗电量/万kW- h2285.81502.34151917.3368.5 1耗年耗电费用/万元2285.81502.34151917.3368.5电能及

11、高炉单位容积日冷却 水耗电能/kW h （m3 d） -119.6712.863.5516.413.16电 费高炉单位容积日冷却 水电费/元（ m3 d） -119.6712.863.5516.413.16药 耗年耗药费/万元2208.8211.2表3.两种冷却系统耗电耗水耗药比较可见采用软水密闭循环系统比净化水敞开式循环系统有明显的优越性，其节水节电效果显著。软水密闭循环比敞开式循环每年节约新水180.1万t,减少补充水费38万元，每年节约电能368.5万kW?h,节省电费368.5万元，另外系统 密封，水质较好，药品投加量也相应减少，节约药品费用。软水密闭循环冷却系 统比采用工业净化水敞开

12、循环系统设施约节省建设用地3040%o采用软水密闭循环冷却系统，并配备其他技术装备措施和科学的管理操作制 度，使管理有效稳定的生产，可避免中修，减少停产损失和节省中修费用，按高 炉日产铁6000t,中修期45天计，少生产生铁27万t,每吨生铁利润200元， 则损失5400万元，再加上中修费用3500万元，直接经济损失8900万元。2）与单独软水密闭循环系统比较联合软水密闭循环系统与单独软水密闭循环系统的基建与运行费用也不尽 相同，比较如下:联合软水系统独立软水系统投资80%100%水量50%100%能耗82%100%经上述技术及经济分析可知，采用联合软水密闭循环系统节水节电， 经济与 环保效益

13、更加显著。3）可行性与可靠性分析独立软水密闭循环冷却系统最早由武钢将其应用于1991年建成投产的5号高炉上，后有宝钢1991年建成投产的4350 m3高炉闭路系统采用脱盐水。武 钢5号高炉投产运行近20年内，没有进行过中修。此后，在武钢 4号高炉也采 用了这种冷却方式，运行稳定可靠。而联合软水密闭循环冷却系统国内首次应用在武钢1号高炉大修改造工程中，现已使用十多年，运行稳定。此后，武钢相继在 6、7、8号高炉采用此种供 水方式。目前国内已经采用的钢厂有涟钢、安钢、新钢、邯钢、沙钢、湘钢等近 20多套大型和超大型高炉，运行效果良好。5 .结论软水密闭冷却循环系统（适宜采用蒸发式换热器）比工业净化

14、水敞开式冷却 循环系统每年减少补充水费38万元，节省电费368.5万元；省下中修费用3500 万元，延长生产时间，多产钢铁27万t;节约药品费用211.2万元；节省建设用 地3040%o可见，采用软水密闭冷却循环系统可取得良好的经济效益与环保效 益。参考文献1林清鹏.高炉冷却水处理技术比较与探讨2俞琴.炼钢软水密闭循环水系统工艺及冷却设备比较3张芳.再生水回用于电厂循环冷却水指标与处理工艺探讨4车国华.敞开式循环冷却水系统水质变化及改造实践5 李杰. 高炉软水系统设计探讨6 赖雪怡. 密闭式工业循环冷却水系统设计7 马彦珍. 高炉采用密闭循环冷却水技术的节水研究8 王大中. 高炉密闭循环冷却水系统的设计9 陶志. 高炉组合式软水密闭循环冷却技术的应用实践10 丁煜. 联合软水密闭循环冷却新技术在武钢8#高炉工程中的应用及创新11 王苓. 高炉水冷却工艺的技术比较和经济分析12吴南旭.浅议唐钢南3200m高炉采用纯水闭路循环技术的优势13 李智广 . 鄂钢新 1 号高炉炉体工艺设计14 唐清华 . 涟钢 1 号高炉软水密闭循环冷却系统改造15 付铭 . 昆钢 6 号高炉纯水密闭