高爐聯合軟水密閉循環系統工程實踐

金玉濤，郝華磊

（河鋼集團邯鋼邯寶公司能源中心，河北邯鄲 056015）

摘  要：介紹了某3200m³高爐的聯合軟水密閉循環冷卻系統的工藝設計、系統特點與運行效果。聯合軟水密閉循環系統采用串級供水理念，通過冷卻水量的合理分配，實現設備的可靠降溫，具有運行水耗低，設備占地小，供水水質優良，可保障高爐的長壽命穩定運行，并通過設置較為完善的事故應急措施，提高系統的供水安全性。

關鍵字：高爐；冷卻水；聯合軟水密閉循環

Project practice of soft water combined closed recycle cooling system in blast furnace

JIN Yu-tao，HAO Hua-lei

（Energy Center of Hanbao，Handan Iron and Steel Company，HeBei Iron and Steel Group，Handan 056015，Hebei，China）

Abstract： Introduce the process design， features and operating results of a soft water combined closed recycle cooling system in the 3200m³ blast furnace. The system adopts rational allocation of cooling water， reliable cooling effect， run water consumption is low， conservation of land， water quality is excellent， may guarantee a long life and stable operation of the blast furnace， and to improve the safety of the water supply by setting a more comprehensive emergency measures.

Key words：blast furnace；cooling water；soft water combined closed recycle

1 工程概況

河北某鋼廠3200m³高爐采用聯合軟水密閉循環系統，為高爐爐底、冷卻壁、直管、蛇形管、風口中套、風口小套、直吹管、熱風閥等部位提供冷卻降溫。系統的設計總循環水量9300 m³/h，保有水量在800 m³左右，補水量0.4 m³/h，水重復利用率達99.95%。

聯合軟水密閉循環系統（下文中簡稱軟閉系統）是串聯和并聯相結合的冷卻供水方式，通過將水量與換熱量的充分平衡，實現串級增壓和冷卻。具有如下特點：系統冷卻強度高、降溫效果好，節水顯著占地小，運行成本較低，能滿足高爐的長壽需要，具有顯著技術優勢。但是由于系統的串聯，彼此干擾顯著，設計和調試難度較大，在運行中，不易調整各冷卻部位的用水量，對系統的設備保障與運行管理水平的要求較高。

2 工藝設計

軟閉系統采用軟水補水，即經過一級反滲透脫鹽的軟化水，以保證在較高的換熱溫度下對換熱面結垢的控制，其補水水質與運行控制水質如下表1所示。

表1 某3200m³高爐聯合軟水密閉循環系統補水水質與運行水質標準

軟閉系統工藝流程圖如下圖1所示。

軟閉系統工作流程如下：主供水泵將水（流量5500m³/h，壓力1.0MPa，水溫≤45℃）送至爐底冷卻壁環管，冷卻直管與蛇型管，出水（水溫≤49℃）至爐頂冷卻主管；回水部分進入中壓泵組（流量2500 m³/h，加壓至1.6MPa，水溫≤52℃）和高壓泵組（流量1300 m³/h，加壓至2.0MPa，水溫≤52℃），經加壓后分別供風口中套、直吹管、熱風閥和封口小套冷卻降溫，其出水與主泵組剩余出水一并進入穩壓膨脹管穩壓和排氣，隨后回到高爐泵站，在12組蒸發式空冷器進行降溫冷卻，空冷器外部由凈環系統提供噴淋水，噴淋水水溫≤35℃，起到蒸發吸熱與接觸換熱的雙重冷卻效果，將回水降溫至45℃以下，再復送至主泵循環使用。系統設有軟水補充水系統、加藥系統（緩蝕阻垢效果的水處理藥劑），實現系統的水量平衡與水質穩定，設有事故應急操作設備和管道，主供水泵組設有4臺電動水泵和2臺采油機泵組，防止停電斷水；同時各供水系統間設有應急聯通閥，在突遇水泵故障時，實現應急串水供應，確保高爐的安全。

3 主要設備設施與工藝運行參數

軟閉系統主要設備設施設計參數如下表2所示。

表2 聯合軟水密閉循環系統主要設備設施設計參數

軟閉系統主要供水運行設計參數如下表3所示。

表3 聯合軟水密閉循環系統供水運行設計參數

4 系統安全運行的保障措施

軟閉系統共設有4臺柴油機泵組和5處管道聯通，以保障事故應急狀態下的供水和系統的安全，柴油機泵組主要針對站區因停電導致斷水的情況，管道聯通是針對柴油機泵組供水時的系統供水水量調整，實現用戶用水點的安全水量保證，具體的措施布置如下：

4.1 柴油機供水系統

1.4.1 柴油機主泵組

裝備兩臺主循環柴油機泵組，是電泵在停電狀態的備用泵組，各設有2個手動閥、1個逆止閥。通常情況下，2個手動閥常開，停電情況時，由壓力連鎖自動啟動，水壓頂開逆止閥直供用戶，10秒達到設計供水量，保證軟水密閉循環主泵用戶不斷水。

1.4.2 柴油機補水泵組

設有2個手動閥、1個逆止閥。通常情況下，2個手動閥常開，停電情況時，柴油機自行啟動，水壓頂開逆止閥直供風口小套，同時為密閉管網中的補水。

1.4.3 柴油機供空冷器降溫泵組

設有2個手動閥、1個逆止閥。通常情況下，2個手動閥常開，停電情況時，柴油機自行啟動，水壓頂開逆止閥直供蒸發式空冷器，保證軟環系統的水溫可控，不至于因汽化引起事故擴大。

4.2 高壓中壓供水聯通

高壓泵組與中壓泵組在總出水管之間設有事故聯通管，管徑450mm，管道上設有2個蝶閥和1個逆止閥，2個蝶閥常開，兩路停電事故情況下，柴油機主泵10秒內自行啟動達到工況，逆止閥會利用管網中壓力打開，實現串水供給，保證系統安全不斷水，保障后續應急措施的響應時間。

4.3 補水泵組直供小套聯通

補水分為兩路：一為正常補水，補到主泵組的吸水管處，通常情況下，補水泵組的開停由穩壓膨脹罐的液位控制。二為事故補水柴油機泵組，在停電時將水池內水加壓送至主泵和風口小套。

4.4 回水直供主泵進口和出口聯通

主泵組的出水總管和吸水總管之間設有一根事故管，事故情況下，兩路電源全停。管路上設置的氣動閥會自行打開，管網中的熱水會在溫度推動下自行流動循環，由于水溫升高而產生的氣體，會在穩壓膨脹罐上的排氣閥（氣動閥）排出，保證循環。過程持續時間約5min，為柴油機泵組的啟動，提供保障。

4.5 生產水事故應急補水

軟水儲池補水設置軟水和生產水補水管道：凈環系統補水管道為DN300，設有一個手動閥門，事故情況下（斷電，柴油機啟動），軟水補水無法滿足供水量，應急打開生產水補水管補水，由補水柴油機泵為系統補水，確保系統的保安供水。

5 運行效果與經濟分析

系統投運后，運行穩定，冬夏季都能保證可靠降溫，且效果良好，運行水耗低，水質優良，設備與管路的腐蝕、結垢等問題基本杜絕。

軟閉系統總裝機功率5391.3 kW；運行功率2445.7 kW （未考慮空冷器凈環消耗）。供水運行成本主要包括：運行電耗、運行水耗、藥劑消耗等，合計噸水成本約為0.24元/m³。

6 總結

1）軟閉系統設計理念先進，串級加壓供水既保證了系統的冷卻水量，又實現了供水冷卻余量和余壓的高效利用，降耗效果顯著；

2）密閉循環系統的節水效果良好，設計總循環水量9300 m³/h的系統，正常運行補水量僅0.4 m³/h，水重復利用率達99.95%，節水效果十分突出；

3）由于密閉系統的保有水量小，僅800m³左右（包括管路與設備內的存水），其水質調整高效簡單，加之補水采用純軟水供應，使系統水質穩定優良，為設備與管路的長壽命運行奠定了基礎；

4）由于串級供水，上下用水工序的彼此影響大，其供水安全性本質上存在隱患，這就需要在實際使用做好運行管理與設備維護，并制定完善的應急措施和實施必要的設備改造，提高供水安全性，實現穩定運行。

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