150t转炉汽化冷却系统改造设计与应用

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10转炉汽化冷却系统改造设计与应用 5t王摘要

林

周春丽

石瑞松

(中冶京诚工程技术有限公司 )简述了某钢厂转炉汽化冷却系统改造的优化点，着重介绍了改造后的循环水系统设高压强制循环自然循环

计原理。通过对实际现场数据的采集分析证明，系统设计达到了预期的目标。 关键词汽化冷却

Tr n f r a i n sg a pp i a i n o he 1 0tc nv r e a s o m to de i n nd a lc to f t 5 o e t rv po ia i n o ln y t m a rz to c o i g s seW a g L n Z o u l S i io g n i h u Ch n i h s n Ru

( ai l n ier ga dR sac croai i i d ( E I ) C pt g ei n eerhI oprt nLm t C R ) aE n n n o eAb t a t Af r d s r i g t e o t zn t o f te c n e' r v p r a in c oi g s s m, t e sr c t e ci n h p miig me h d o h o v l a o i t o l y t e b i t e z o n e ht n fr t n d sg r c pe o e cru a o a e y tm s d s u s d An y c l ci g a d r s ma o e in p n i l f t i l t n w t rs s a o i i h c i e wa ic s e . d b oet n l n n lzn h ed d t h e i t i l f n o t is e p ce a g t a ay ig t e f l aa,te d s n o e e mu a o b an x e td tr e. i g fh i

Ke wo d v p r ai n c l g fr e ic lt n o ih p e s r n t r l i u a in y rs a o z t o i o c d c r ua o fh S r s u e i o n i au a r l t cc o

某钢厂炼钢车间内现有 3座 10转炉，其 5t中转炉汽化冷却系统存在着汽包外送蒸汽压力

试压等其它工作也按照最新的设计参数进行相应

的修改。

低、烟道检修更换不便、烟道使用寿命偏低以及自动控制水平不高等缺点。鉴于以上原因，2 1 02年本着对汽化冷却系统提压增效，降低事故率及

③炉口固定段、移动段烟道直径由2 2rn 80 m扩大为 32 m 00 m,从而降低烟气流速，减少烟气对烟道的冲刷，减少烟道内壁的磨损。另外通过增加下部烟道冷却面积，降低烟道下部高温段单 位面积受热强度，改善烟道工况条件。

能耗，延长设备使用寿命的原则，某钢厂对 3套转炉汽化冷却系统进行系统改造，并于 7月初完成 2号转炉汽化冷却系统的改造工作。l若干改造优化点

④中Ⅲ段和末端烟道连接处由平圆弧连接改为尖角连接，有效地减少烟道积灰，改善烟道工况条件；同时末段由高压强制循环替代原自然循

1 1工艺设备改造 .( )烟道改造 1

环，提高末段循环倍率。 ⑤中段和末段部分受热管内增设螺旋型不锈钢导流板，大大降低了受热管内汽液两相流分层的现象，提高了换热效果，可有效防止爆管的发生。

①改造前的转炉汽化冷却烟道分为活动烟罩、炉口固定段、移动段、中段、末段等五部

分。由于中段烟道过长 .运输不便，以均采用所分割运输现场焊接的方法进行安装，这样对于烟道的制造质量和检修更换存在很大的影响，所以改造后中段分为中 I段、中Ⅱ段、中Ⅲ段。

( )汽包改造 2

现有转炉汽化冷却系统汽包工作压力为

24 M a工作温度为 25 .5 P, 2￣ C,满足改造后系统设计参数要求。在满足改造后的循环水上升管及下降管的管路数量的基础上，对现有汽包循环水管接口进行扩孔和增加开孔，保证自然循环段烟道有两路上升管送至汽包，且互不影响、干涉。

②除活动烟罩外，其它各段烟道的设计参数根据系统压力的提高进行相应修改，并且制造、收稿日期： 1 7— 0 2 2—0 3 0王林(9o )硕士； 07北京市经济技术开发区。 1一， 8 11 0 6

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( )泵组改造 3

等优点。

改造后的每套汽化冷却系统设置 2台锅炉给

2 1热负荷计算原理 .

水泵 ( 1运 l备 )锅炉给水

泵流量为 5, 5—8 5 m’ h扬程为 44~ 0 m;置 3台热水循环泵/ 4 42设,

( )热负荷计算的主要目的：①校核排烟 1温度，调整受热面尺寸使排烟温度达到预定值； ②确定系统的最大蒸发量；③为循环水计算提供表面热强度指标。 ( )各段烟道热负荷包括辐射换热和对流 2

(运1 ) 2备用于炉口固定段、可移动段、末段高压强制循环系统，高压强制循环泵流量为 50 h 2m/,扬程为 6m。低压强制循环泵参数不变。 5( )其它改造 4为保证整个系统长期稳定安全生产，增加了

换热两部分，主要计算公式如下：Q= z d q+Q4. 8×l ××M×口× O n

中Ⅲ段射流装置、受热管防堵装置、抗振动用阻

×T×

尼器等。其中射流装置能够使中Ⅲ段自然循环管路具有足够的动力源，提高循环能力；受热管防堵装置能够有效地防止设备及循环水管道内的杂质在转炉汽化冷却系统试压、清洗、煮炉、前期运行过程中进人烟道各段受热管；抗振动用阻尼器能够减少系统运行中循环水管路的振动。12系统改造 .

×

(一 - )

式中：Q为各段烟道传热量，k/;Q为辐射 Jm,传热量，k/ d为对流传热量，k/ J m;Q Jm;为水冷壁热有效系数；M为特性参数：口为汽 化器当量黑度；为各段烟道出口烟温，K ;

根据整个转炉汽化冷却系统工作压力的变化，有些分系统需进行相应的改造设计，并替换系统中的设备、管道、阀门、托座等。这些分系

为各段烟道入口烟温，K;

为辐射围挡面积，

统包括：循环水系统、蒸汽系统、排汽系统、给水系统、排污系统。2循环水系统设计

m;K为对流传热系数；A为温差，K; t H为对流传热面积，m;为平均炉气量，m/; ’h2 2水力计算原理 . ( )强制循环系统 1强制循环系统的动力是循环泵和强制循环系

作为转炉汽化冷却系统的心脏部分一

循环

统介质密度差，它迫使介质进行从汽包、下降

水系统，主要包括了烟道、汽包、除氧器及除氧

水箱、循环泵组、阀门、循环水管道及其它辅助设备设施等。循环水系统的设计、设备制造、施

管、循环泵、烟道受热管、上升管回至汽包的水

循环。在此过程中，它需克服循环回路的总阻力损失。所以，当循环动力大于循环阻力，系统是

工、维护等各个环节都直接影响着系统运行的好坏作为首要环节，循环水系统的设计必须做到，台惰合理，同时符合《蒸汽锅炉安全技术监督规程》等规范要求。因此在循环水系统设计上，

合理的。反之，系统就不合理。同时，计算过程也是选择泵扬程的重要手段。( )自然循环系统 2

必须经过严格的热负荷计算、水力计算和强度计算。仅按路由方便布置管道，将给烟道带来了极

自然循环是依靠工质 (水和汽水混合物 ) 的容重差形成水循环。自然循环系统由汽包、下降管、烟道受热管和上升管组成。汽包中的水沿不受热的下降管下行到联箱中，由此引入烟道受热管加热，水成为汽水混合物，沿上升管回到汽包中去。水的容重 P ( gm )与汽水混合物的 k/

大的负担，降低其使用寿命。改造工作从烟道、汽包等设备改造要求及系

统压力升级等要求出发，对原循环水系统设计进行核算，并进行合理调整及修改，以期达到系统的最优化。 汽化冷却系统改造过程中，烟气冷却采用的是自然循环与强制循环相结合的复合循环冷却方式，它具有可回收蒸汽，安全可靠，使用寿命长

容重 p k/ ( gm )之差，乘以液柱高度日，即为循环管路的流动压头 j,就是自然循环的动力。 ) l 靠此动力来克服循环回路的总阻力损失X P, A其数学表达式为：=

H× ( p )>∑A P- P

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3理论计算值与实际运行值比较及分析根据热负荷和水力的计算原理，并结合

在 06~ . M a围内，自然循环部分烟道出 . 1O P范

口循环水管温度随着汽包压力的升高而升高，这说明了该系统在未设置蒸汽引射系统的情况下，仍能很好的进行自然循环。 图2为汽包压力稳定在 11M a左右时， .5 P 强制循环部分和自然循环部分各段烟道出口循环水管温度与吹炼时间之间的关系。吹炼时间段取

《氧气顶吹转炉汽化冷却设计》相关计算方法， 可以模拟计算出各段烟道烟气进出口温度、各段烟道热强度、各段烟道循环流量、各段循环系统

阻损、蒸汽产量、各段烟道循环水出口温度等

等。其中，在系统调试和运行前期，强制循环部分各段烟道循环流量对于系统调试及运行起到非

在吹炼 4 i到 9 i,此时处于煤气回收期的高 a rn a rn峰期，同时也是烟道换热、回收蒸汽的阶段。通过控制外送主蒸汽自阀开关等措施，将汽包压控力稳定在定值范围内，并对烟道出口循环水管温度进行测量。由图 2强制循环部分可知，口固定段及移炉动段烟道出口循环水管温度随着吹炼时间的推移基本保持不变，而末段烟道的温度随着吹炼时间 p\趟赠炉的推移不断地升高。可以推断，口固定段和移动段烟道出口管内介质处于两相流饱和状态；而

常重要的指导作用；各段烟道循环水出口温度计算值与运行值的比较，对于衡量循环系统设计好坏具有很高的参考价值。 21 02年 7月 6 E改造后的 2号转炉汽化冷 l却系统进行投产试运行，并在运行 2 5炉左右后开始进行部分数据采集和分析，具体如下。3 1强制循环流量的确定 .

强制循环系统总流量的理论计算值为 70 4 i/, n h而高压强制循环泵组最大循环水量能达到’ 80m/,考虑炉口固定段和移动段烟道换热面 4 h受热强度大，提高循环流量对这两段烟道寿命有利，所以在实际调试运行中，固定段和移动段的循环水量比计算值偏高，具体各段循环流量分配见表 1。

表 1高压强制循环部分各段烟道循环流量 计算值与运行值比较计算值 10 8 30 3 20 0

t/ h3 0

图 1自然循环部分各段烟道出口循环水管温 度与汽包压力之间的关系

堡墨望塞亘垫 查 空塑 煎堕垦整墼垦垦堕运行值 2O O 40 1 20 0 3 0

32各段烟道出口循环水温度测量与分析 .图1为转炉吹炼时，自然循环部分各段烟道出口循环水管温度与汽包压力之间的关系。转炉吹炼时问共 1rn 3 i,测温时间分别定在开始、 a

l i、3 i、 mn 1 i及结束，温度采用测 mn mn 7 i、1m n温枪进行测量。由图 1可知，自然循环部分烟道出口循环水管温度随汽包压力的升高而升高。另外，根据理论计算，在汽包压力 09 M a的情 .5 P况下，自然循环系统不易自循环，所以自然循环上升管常在汽包附近设置蒸汽引射

系统，增加自 循环动力。而该次设计并未设置蒸汽引射系统，从图 l及多次运行测量数据可以看出，汽包压力图 2汽包压力稳定时，各段烟道出口循环水

管温度与吹炼时间之间的关系

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末段烟道出口管内介质温度低于理论计算两相流饱和温度，以末段出口管内介质处于过冷水状所态。

实际运行的要求，烟道并未存在过烧的情况，烟道寿命能够得到一定的保障。但受生产需求的影响，汽包压力未能提升到 2 O P及以上进行测 .M a

由图 2自然循环部分可知， I段、Ⅱ段及中中

试，这部分工作有待进一步进行。 ( )目前许多工程活动烟罩烟气密封方式 3采用随动密封加辅助氮气密封，这可以大大降低

中Ⅲ段烟道出口循环水管温度随着吹炼时问的推移基本保持不变，可以推断， I中Ⅱ段及中中段、Ⅲ段烟道出口管内介质处于两相流饱和状态。4结论

密封氮气用量，降低煤气中氮气含量，提高煤气品 质，以建议该项目活动烟罩更换时采用此方式。所参考文献

( )通过改造，转炉汽化系统最高工作压 1

力由 16 P升级到 24 M a .M a .5 P,提高了蓄热器的蓄热能力及蒸汽品质，更好地满足某钢厂蒸汽发电的需求。 ( )在运行前期，烟道受热管结垢堵塞等 2影响可忽略的情况下，通过测量数据说明，烟道

[]编写组 .氧气顶吹转炉汽化冷却设计[ .17: 1 M] 9 81 0.

[]李国盛，周春丽，石瑞松等 .转炉汽化冷却设备优 2、化和蒸汽利用工程实践[].0 7中国钢铁年会， C 202o. O 7

设计、系统计算及强制循环流量的选取均能满足

赵艳编辑

(上接第 5页)

同能源介质之间充分转换，同时，有效的降低 r 大能源系统的下网电量及其外购成本。3结语

随着宝钢生产经验的不断积累，各子系统内部相互转化和互换的技术已经非常成熟和完善。

以大能源系统为平台，各子系统之间相互转化和互换的优化调整技术不仅能有效解决仅仅能过子系统内部相互转化无法化解的矛盾，也是现实大

通过实

施上述优化大能源系统综合调整，大

能源系统整体优化的必然选择和前进的方向。上述富余的 C G优化分配就是子系统之间相互转 R化和互换的优化调整技术的典型案例，C G优 R

大提高了能源的利用效率，各种副产煤气的回收利用、空分系统中 O、N、A产品利用率和蒸 r汽系统的生命周期效益在国内外冶金企业中都稳居前茅；吨钢综合能耗、吨钢综合电耗等主要能源指标继续保持世界先进水平，能源系统综合调整和管控效益显著，能源成本占生产总成本比例

先用于直属大院煤气系统间调整时，C G依然 R是作为副产煤气的角色来保证煤气系统内部稳定高效运行。当富余的 C G用 C P R C P机组多发电，以保证罗泾区域不存在下网电量，然后再用于满

持续下降。参考文献

足直属大院电厂最大发电需求以减少其下网电量时，C G就开始作为纽带实现了煤气系统与电 R

[]新华网 .国民经济和社会发展第十二个五年规划纲 1

力系统两种不同能源介质之间互换，并且有效的

要[ B O] t:/e s x hae cm pl E/ L .hp/nw. i unt o/o— t n . it s2 1 i/ 0 e 1—0/ 6 e 3 1/一

降低了大能源系统的下网电量及其外购成本。当C G满足直属大院电厂最大发电需求的情况下， R 同时直属大院依然存在下网电量时，则将富余的 C G用于罗泾区域 C P R C P发电，并且通过大能源

. t 1 1 9 9 6 3 h m. 2 3 1 1—

[]尹伯成 . 2西方经济学简明教程[ .上海：上海 M]人民出版社，2 0 . 03

[]束 3

庆，张

旭.生命周期评价和生命周期成本分

析的整合方法研究[] J.同济大学学报 (会科学社版 ) 0 3 4:8— 6,20,( ) 1 8 .

系统中空分系统调整，借助 O、N、A等空分： r产品的形势实现电量从罗泾区域向直属大院之间的输送时，即通过 O、N、A等空分产品的形 r式实现了煤气系统、空分系统与电力系统三种不

万

雷编辑

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