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汉钢2280m3高炉软水系统运行实践
发布日期:2017-07-20    作者:同文义    
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汉钢2280m3高炉软水系统运行实践

同文义

(qy8com千亿汉中钢铁有限责任公司,陕西 勉县 724200

摘 要对汉钢2#高炉软水密闭循环冷却系统运行状况进行了总结。主要经验:通过阶段性调整炉体各段冷却水量和供水温度,找出了炉体各部位较适应的热流强度:总结了日常管理和故障排除方面的操作。

关键词:软水系统;冷却参数

1 前 言

汉钢高炉(2280 m3)于2012815日投产,高炉设有28个风口,两个铁口。炉底炉缸采用半石墨质碳砖+陶瓷杯复合炉衬技术,采用薄壁炉衬,设计寿命是10-15年。高炉冷却系统采用联合软水密闭循环,炉腹、炉腰、炉身下部位采用铜冷却壁。

2 软水冷却系统工艺

1)联合软水密闭循环系统工艺原理

高炉采用联合软水密闭循环系统,将冷却壁、炉底、风口小套、中套、直吹管、热风阀、倒流休风阀通过串联和并联的方式组合在一个系统,总循环水量3742m3/h。具体是从软水泵站出来的软水在炉前一分为二,其中冷却炉底550 m3/h,冷却壁3192 m3/h,两者回水进入冷却壁回水总管,从冷却壁回水总管出来的软水一分为三,一部分经高压增压泵增压,供风口小套使用水量为980 m3/h;另一部分经中压增压泵增压,供风口二套、直吹管、热风阀使用水量为1385 m3/h;两者回水与其余部分一起回到总回水管,经过脱气罐脱气和膨胀罐稳压,最后回到软水泵房,经过二次冷却,再循环使用,系统中设置了加药装置和补水装置。具体如下:

2)联合软水密闭循环系统工艺流程图

2.1冷却壁系统

冷却壁垂直冷却管从下至上串联供水,管道布局走向按照步步高的原则,回水回到冷却壁回水总管。在冷却壁间直冷管进出水联管上,设有3层检测元件自动测量水温及水量便可进行在线炉体热负荷计算,以便及时进行生产调节。在膨胀罐上,设有水位检测装置和充N2稳压措施,实现系统自动稳压、自动排气、自动补水。

2.2炉底系统

炉底54根φ89´9冷拔无缝钢管平行排列,钢管间距232mm,充分考虑了炉底全面冷却效果的均匀性和冷却强度,总耗水550 m3/h

2.3单个水量设计

风口小套为35 m3/h,风口中套为25 m3/h,直吹管为3 m3/h,热风阀为150 m3/h,倒流休风阀为150 m3/h。风口小套设有工业水备用系统,检漏时切换方便可靠。

2.4炉体冷却安全措施

1)主泵房内设1台柴油泵,一旦出现停电事故,主循环泵和增压泵全部停止运行,柴油泵自动在1015秒种内能启动,就能保证冷却壁60%正常耗水量。

22台低压增压泵,一用一备,2台高压增压泵,一用1备。两组泵之间设有旁通联管,正常情况下两组增压泵分别向各自用户供水,一旦出现低压泵组2台泵均出现故障,可同时启动1台备用高压泵向二次冷却回路所有冷却设备供水;一旦高压泵组2台泵均出现故障,可启动备用低压泵向二次冷却回路所有冷却设备供水。

3)在停电停泵情况下,高炉应急休风,软水系统的膨胀罐上的溢流阀会自动打开,将回水总管上设置的汽化放散管打开水靠重力作用流动形成汽化冷。

3 投产前软水密闭系统的安装及调试

主要内容包括:冷却壁的安装前要进行通球试验,打压,试水;对管路系统严密性和耐压试压;用压缩空气清扫和工业净化水冲洗;系统的化学清洗和钝化予膜最为重要,直接关系到高炉寿命;认真进行冷却壁水管连接核查与挂牌工作;进行三大系统、四大区域及各支路水量的分配调节,做好水量平衡分配,保持合理的水速要求;系统压力最佳工况调试及自动化连锁的功能试验等。调试结束后,该系统要达到满足正常生产冷却强度,同时系统密闭性、自动控制系统的可靠性要达到设计要求,才能正式投入运行。

4 软水系统的运行

开炉初主要是围绕高炉炉内操作制度,保障炉体冷却系统的安全运行和控制合理冷却制度来进行;高炉达产达效后,认真做好高炉强化冶炼与冷却制度的密切配合,保持高炉炉况稳定顺行和维护合理的操作炉型,渣皮稳定。

4.1运行参数的确定和控制

制定软水系统各冷却参数的依据是:先计算出高炉冷却系统的最高水温差和热负荷的控制范围(见表1),在生产过程中优化选择合理的控制范围。

1  冷却壁系统的最高热负荷值和水温差

部位

热流强度

冷却面积m2

冷却水温差

冷却水热负荷

×4.18KJ/h

 

×4.18KJ/m2·h

 

炉身上部

7000

120.4

0.35

842496

 
 

炉身中部

24000

196.6

1.67

4715976

 

炉身下部及炉腰

40000

313.7

3.39

12552614

 

炉腹

30000

108.5

1.02

3254497

 

风口带

20000

82.7

0.52

1653511

 

炉缸

4000

305.5

0.38

1221887

 

合计

118700

802.2

7.86

23828858

 

运行过程参数调整:2012815投产,一周后4800 t/d,当时软水压力0.82MPa,供水流量4200 m3/h运行,进水温度40℃,软水系统温差5-6℃,冷却壁水温差2.5-3℃,风口小套温差5-6℃,炉底水温差0.2℃。20134月后,随着高炉开始富氧及氧气量增加,高炉冶炼不断强化,产量稳定在5000t/d,软水流量逐渐增加到4350-4400 m3/h,软水温差6.5℃,风口小套温差5-7℃,炉底温差0.3℃,进水温度38-39℃。

开炉设计高炉热流强度在线监测在炉身中下部冷却壁789段安装,201411月份后增加了炉缸、炉腹、炉腰重要部位热流强度监测,增加前是依靠人工测量水温差后间接计算取平均值,现在结合完整的热流强度在线反馈数值,确定了合适运行参数。以下工艺参数属于合理控制范围(见表2

2  高炉软水密闭循环冷却系统的主要参数

子系统

水量/M3h-1

进水温度/

水压/MPa

水温差/

热负荷/kJ/h

设计值

控制值

设计值

控制值

设计值

控制值

设计值

控制值

设计值

控制值

冷却壁系统

3742

4400

40

3739

0.83

0.82

7.9

2.53.5

100×106

4254)×106

子系统

水量/M3h-1

进水温度/

水压/MPa

水温差/

热负荷/kJ/h

设计值

控制值

设计值

控制值

设计值

控制值

设计值

控制值

设计值

控制值

风口热风阀系统

高压

980

1050

40

4243

1.5

1.41.5

8.5

5.07.5

67.7×106

18.019.6)×106

中压

1385

1400

40

4243

1.1

1.01.05

8.5

5.07.5

炉底系统

550

610

40

3839

0.82

0.82

0.8

0.50.6

31.4×106

18.019.6)×106

                         

5 日常管理

重视软水密闭循环冷却系统的日常管理,对高炉安全生产、延长使用寿命十分重要。

(1)水质管理

保证合适的水质指标,定期测量腐蚀速率确保不结垢不腐蚀,保证较好的冷却效果。汉钢公司新水来自于汉江,属于地表水,硬度低,经动力能源中心水处理站加药处理后送往各分厂用户。

a.每日取样进行水质检验,根据水质指标变化情况进行技术管理。水质常规指标:表3、表4、表5

b.月常规检查:每月进行一次碳钢挂片检查,保证腐蚀速率:碳钢<0.075mm/a(无蚀点),铜<0.005mm/a;保证污垢沉积速率:碳钢<15mg/cm2.月,铜<15mg/ cm2月;生物粘泥量:<4mL/m3

c.定期检查软水中缓蚀剂浓度,需达到0.04%以上,确保水冷管腐蚀速率<0.002mm/a

水质指标Fe2+作为判断管道腐蚀的经验数据,20133-6月份 Fe2+持续含量高。查找分析原因是因热风炉循环系统未进行酸洗予膜引起的,通过将阻垢缓蚀剂磷系列改成鉬系列药剂后,7月—9月水质化验铁离子稳定,该问题得到了解决。

3  生产新水供水水质

序号

水质项目

单位

数值

1

PH

 

78

2

悬浮物

mg/L

10

3

总硬度

mg/LCaCO3计)

150

4

甲基橙碱度

mg/LCaCO4计)

120

5

氯化物

mg/L

60

6

硫酸盐

mg/L

50

7

全铁

mg/L

<1

8

电导率

μs/cm

<500

9

溶解性总固体

mg/L

<500

 

 

 

4  处理后软水水质

序号

水质项目

单位

数值

1

PH

 

7--9

2

悬浮物

mg/L

0

3

总硬度

mg/LCaCO3计)

150

4

全铁

mg/L

<1.0

5

导电率

μs/cm

<20

 

5  炼铁厂软水运行指标值

序号

分析项目

计量单位

软水循环

检测频率

1

PH

/

7-11

1/

2

总硬度(CaCO3计)

mg/L

100

1/

3

氯离子

mg/L

50

1/

4

总铁

mg/L

3.0

1/

5

硫酸根

mg/L

150

1/

6

SO3

mg/L

40

1/

7

SS

mg/L

5.0

1/

8

mg/L

 

1/

(2) 重视各点炉衬温度和冷却壁温度的检查,特别是检查冷却壁温度是否控制在范围内(铜冷却壁温度变化明显)。根据生产实践经验表明,球墨铸铁冷却壁的温度大于200℃,该冷却壁热面就大于400℃,而400℃正是球墨铸铁冷去壁耐热疲劳性、延伸率、抗拉强度等性能变差的温度,有可能造成冷却壁烧坏。铜冷却壁体温度控制:第五、第六段控制温度分别为70-80℃,第七段冷却壁温度分别控制在70-90℃。通过10月份高炉喷涂检修进入炉内检查,证实了高炉炉身段球墨铸铁冷却壁壳体损坏较轻,炉腹炉腰铜冷却壁壳体完好,说明必须严格控制炉身各点温度警戒线。

(3)检查冷却壁、风口、炉底三个子系统供水的水量、水压、进水温度、水温差,3-9段冷却壁热强度在线监测的变化情况。

(4) 检查冷却壁各区域、各组冷却水量的差别。通过膨胀罐液位曲线情况来判断冷却器炉内是否有漏水,补水周期最长是20-25天。

(5)定期检查各系统,定期排汽(隔4天),防止产生“汽塞”导致局部温度高而烧损冷却壁,要保证水管内的水速处于以下范围:

冷却壁子系统管内水速:1652.0m/s

风口子系统风口前端水速:≥20m/s

炉底子系统水冷管中水速:2.0m/s

(6) 水量、水温的调节原则:正常生产一般不允许随便调节水量,高炉休风时间大于18h开始停一台主供水泵,水温每次调节12

(7) 定期清洗空冷器,20147月份对水泵站9组空冷器分别进行了清洗。由于空冷器温度较高(5070℃),很容易将喷淋水蒸发,水中的Ca2+Mg2+与空气中的CO2形成沉淀影响空冷器换热效果,这次使用有机酸缓蚀清洗,速度较慢但效果明显。

(8) 每次检修必须检查备用电泵的运转和应急柴油泵的连锁。

(9) 每天检查炉衬温度变化趋势线,特别是炉缸,炉底部位温度,能有效防止烧穿事故发生。

6 软水系统故障判断与处理

6.1 影响软水闭路循环系统水温度的因素

1)二次冷却回水温度高。  

2)蒸发式空冷器的总台数(数量越多,控制能力越强);运行风机台数;运行喷淋水泵台数;蒸发式空冷器管束结垢情况、清洗情况;蒸发式空冷器水箱内水量多少,如果水位过低,喷淋水泵无法喷淋;喷嘴堵塞情况,喷淋水嘴堵塞情况(维护检修能力);冬季百叶窗冻结,过风能力减小;风机电流电压(叶片角度)

3)高炉顺行情况,是否发展边缘等操作,渣皮是否脱落。

设备运行正常时,温度的升高来自高炉冷却设备,温度的降低来自蒸发式空冷器。如果高炉方面造成的温度升高时,高炉回水温度曲线首先向上攀升;如果风机或者喷淋水泵停止,没有被岗位人员及时发现,蒸发式空冷器冷却能力减小,高炉进水温度首先升高,所以要加强操作人员信息沟通做到早发现早处理。

6.2 影响软水闭路循环系统补水的因素

高炉软水补水周期,作为判断高炉炉体冷却壁、热风阀和风口套有无破损的直接依据,检查并正确分析补水的原因,问题早发现早处理,事故小危害少。将各种原因排查完毕后,综合判断再定结论。

影响高炉补水次数的因素很多,大致可以分为以下几种:

1)蒸发式空冷器光束管腐蚀漏水。

2)管道长期运行受到腐蚀,焊缝、砂眼等漏水。

3)软连接与冷却设备进出水管丝扣连接处不严密漏水。

4)高炉循环水泵机械密封损坏漏水。

5)止回阀不严密,回水进水软水池,或通过补水泵轴头损坏的机械密封漏水。

6)冷却设备管根断裂漏水。

7)风口和冷却壁损坏后,补水次数增多,补水量大。

6.3 软水冷却壁破损检查和处理及效果

1) 发现软水补水次数增多,煤气分析氢气含量高,首先应检查系统有无外漏水,然后对炉体异常部位(往外淌水,冒蒸气)区域冷却壁水管进行的憋压检查。憋压操作先关该根水管的出水阀,后关进水阀,单管压力升高说明该根冷却壁正常,降压时说明该根冷却壁水管损坏漏水,对怀疑有问题水管打开中段排气阀,看其出水量是否稳定,有无煤气带出,明火点火,着火为坏,临时改用工业水控制好水量。

2)软水密闭系统冷却壁破损处理:

①冷却壁漏水较轻时,在未休风状态下单切改工业水临时维护。

②漏水较严重,休风拆开冷却壁的上下端连管,将破损的冷却管内灌浆,管口堵死,将未坏的管段连接起来(注意要用与原管相同管径的管子)恢复正常供水。

③特殊处理;从破坏冷却壁的冷却管进出口处,采用牵引方式穿入特殊金属波纹管,并在破损冷却水管与金属软管间灌入高导热的炭质耐火材料,然后将进出水管按原连接方式接通,另在该段重新接一根小于原钢管直径的旁通管,恢复正常供水。

3)处理效果

通过10月份高炉喷涂检修进入炉内检查,证明了

①对正常生产时冷却壁损坏部位,损坏程度的判断是准确的,充分说明我们采用的一些检漏方法是可靠的。

②对风口区及炉身段冷却壁破损后采用穿管处理方法是可行的,必须加强炉内操作维护。

6.4 软水密闭系统判断风口中套漏水的改造

风口小套漏水时中控室画面显示进出水流量趋势线有明显增幅现象,风口中套未安装流量监测不显示流量趋势线,只能将软水密闭循环改为工业水开路式循环现场判断漏水。201312 月我们提出改造,将倒工业水的进出水管球阀 (DN25)置于软水密闭进出水管球阀(DN50)的后面,这样既方便判断漏水又容易操作,避免了操作工煤气中毒。

7 结束语

1)通过调整炉体各段水量和供水温度,找出了炉体各部位较适应的热流强度。

2)严格控制合理的冷却制度和重视冷却系统的日常管理,是维护冷设备却完好,高炉长寿,强化冶炼,操作炉型稳定的保障。

3)高炉软水密闭循环冷却必须及时完善冷却水热流强度在线监测系统,确保准确给高炉操作提供合理的冷却参数。

参考文献

[1] 张寿荣著《武钢高炉长寿技术》冶金工业出版社。

[2] 蔡飞,鞍钢1号高炉除盐水闭路循环系统在线监测。《炼铁》,200812月第6

[3] 汉钢2280m3高炉,中冶南方设计文献。

                                                  

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