全冷却壁高炉热负荷分布在线调节系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种全冷却壁高炉热负荷分布在线调节系统，包括膨胀罐、冷却水换热器、脱气罐、底层冷却管路、中层冷却管路、上层冷却管路、输入端均与冷却水换热器的输出端连接的第一供水泵、第二供水泵和第三供水泵，第一供水泵、第二供水泵和第三供水泵的控制端均连接对应的可编程控制器，底层冷却管路的一端连接第一供水泵的输出端，底层冷却管路的另一端连接脱气罐的输入端，中层冷却管路的一端连接第二供水泵的输出端，中层冷却管路的另一端连接脱气罐的输入端，上层冷却管路的一端连接第三供水泵的输出端，上层冷却管路的另一端连接脱气罐的输入端。本实用新型能使高炉不同高度区域得到均匀的冷却，从而提高高炉寿命。
【专利说明】全冷却壁高炉热负荷分布在线调节系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及新型高炉软水密闭循环冷却系统【技术领域】，具体地指一种全冷却壁高炉热负荷分布在线调节系统。
【背景技术】
[0002]高炉冷却从工业水冷却、汽化冷却，一直发展到软水闭路循环冷却，目前国内外所有大型高炉基本都采用软水(纯水)密闭循环冷却系统，实际上早在60年代国外就开始采用软水密闭循环冷却技术，上世纪80年代以后陆续在西欧和日本等一些大型高炉上推广，获得了良好的效果。我国从1987年开始在太钢1200m3高炉炉腰和炉身下部共4段冷却壁部位采用软水进行冷却(冷却壁之间的冷却板仍采用工业水冷却)，在运行的4年零10个月内，采用软水冷却的144块冷却壁中仅有4块烧损漏水，显示了软水冷却的优势，从上世纪1990年起，唐钢、鞍钢和武钢等钢厂开始大规模采用软水密闭循环冷却系统，虽然刚开始唐钢和鞍钢等企业因技术不过关，付出了惨重的代价，但武钢3200m3级高炉和宝钢4000m3级高炉采用该技术却取得了重大的成功，高炉寿命超过15年，单位炉容产铁量超过IOOOOt/m3，达到世界先进水平，目前国内超过IOOOm3的几百座高炉几乎全部采用了软水密闭循环冷却技术。
[0003]尽管目前软水密闭循环系统被广泛采用，但随着高炉运行环境、操作要求的变化还是存在一些问题。文献“顾德章，《高炉软水闭路循环冷却系统设计探讨》，炼铁，1994年3期”以武钢5号高炉为例从设计上介绍了目前广为采用的全冷却壁软水密闭循环系统，该系统由冷却元件、循环管路、控制阀门、脱气罐、膨胀罐(包括充氮装置)、换热器、软水循环水泵、软水补充、软水降温设备以及事故水塔等组成。该系统采用了 3个冷却回路，即冷却壁冷却回路，炉底冷却回路，风口、热风阀和煤气取样器等冷却回路。对于高炉本体冷却壁采用了一个从下到上的串联冷却回路，圆周方向共计192根支管，每根支管分别与上、下段冷却壁相应的支管串联，该冷却回路完成高炉本体的冷却，因高炉冶炼过程的特点，一个回路需要同时满足高炉不同高度的不同热负荷要求，高炉管内径为Φ70πιπι，厚度为6mm，水速为1.5m/s，为加强高热负荷区的冷却强度，部分冷却壁设置了双层冷却管，均采用独立供水。该高炉在一代炉役时间内发生了几十次严重炉墙粘结，每次都会耗费大量的人力、物力来处理，由于采用了串联冷却，而渣皮只是粘结在高炉的某一个区域，如果采用水量调剂方式维护炉型，将影响未粘结的部分，同时限于渣皮脱落的不可预知性，一般不会轻易采用调节水量、提高水温的措施来维护操作炉型。实际上自高炉操作过程中，实际热负荷分布是随时变化的，局部热负荷有时会远远超过设计热负荷，如文献“王宝海等，《鞍钢铜冷却壁高炉的热负荷管理》，炼铁，2008年4月”介绍了鞍钢3200m3高炉在操作过程中热负荷的变化情况，设计炉身热负荷为40000MJ/h，实际炉身热负荷有时达到了 180000MJ/h，而冷却水量是按照40000MJ/h设计的，从高炉的实际运行看冷却能力有些不足，长时间维持这种状况将造成冷却系统的破损。文献“唐顺兵，杨志荣等，《太钢4350m3高炉稳定炉体热负荷的实践》，炼铁，2010年2月”中介绍了采用板壁结合的软水密闭循环冷却系统，该系统按照高炉不同部位冷却强度的要求，采用不同的冷却器进行冷却，在热负荷大的区域采用冷却板进行冷却，太钢4350m3高炉采用了 2个冷却回路，一个供冷却壁，一个供冷却板，这种系统设计较好地协调了不同部位冷却要求不同的需求，必要时可以对高热负荷区加大供水量，这种设计思路可以被全冷却壁高炉所借鉴。文献“周南夫，《高炉长寿与冷却水量自动调节》，马钢技术，1998年第I期”也提出了进行冷却水量自动调节来满足高炉热负荷波动要求的建议。文献“张景致，于启顺等，《关于高炉软水冷却系统的改进意见》，鞍钢技术，1994年第I期”基于鞍钢的生产经验提出了将高炉冷却系统进行分段式冷却的设想，这种设想可以根据生产需要在适当的范围内调节水量以满足高炉冷却的要求，这种思路很好地满足高炉热负荷分布的要求，这种冷却模式在高热负荷区从下到上同样采用一根串联水管进行冷却，也存在一种潜在的危险，高炉高热负荷区的实际热负荷波动总是远远高于设计值，在大渣皮脱落时，如果处理不及时同样会造成冷却水管的破损，由于该区域从下到上采用一根冷却水管冷却，一旦水管破损将严重削弱冷却壁的冷却能力。
[0004]综上所述，目前高炉软水密闭循环冷却系统均采用串联式冷却结构，但是由于高炉不同高度区域的热负荷差异极大所以传统的串联式冷却结构会造成冷却不均匀的问题，从而导致高炉寿命减少。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的就是要提供一种全冷却壁高炉热负荷分布在线调节系统，该系统能使高炉不同高度区域得到均匀的冷却，从而提高高炉寿命。
[0006]为实现此目的，本实用新型所设计的全冷却壁高炉热负荷分布在线调节系统，包括膨胀罐、输入端与膨胀罐输出口连接的冷却水换热器、输出端与膨胀罐输入口连接的脱气罐、位于高炉炉缸内的底层冷却管路、位于高炉炉腹上的中层冷却管路、位于高炉炉身下部的上层冷却管路，其特征在于:它还包括输入端均与冷却水换热器的输出端连接的第一供水泵、第二供水泵和第三供水泵，其中，所述第一供水泵、第二供水泵和第三供水泵的控制端均连接有对应的可编程控制器，所述底层冷却管路的一端连接第一供水泵的输出端，底层冷却管路的另一端连接脱气罐的输入端，中层冷却管路的一端连接第二供水泵的输出端，中层冷却管路的另一端连接脱气罐的输入端，上层冷却管路的一端连接第三供水泵的输出端，上层冷却管路的另一端连接脱气罐的输入端。
[0007]进一步地，它还包括位于高炉炉腹内部的蛇形管、输入端与冷却水换热器的输出端连接的第四供水泵，其中，所述蛇形管的一端连接第四供水泵的输出端，蛇形管的另一端连接脱气罐的输入端，所述第四供水泵的控制端连接有对应的可编程控制器。
[0008]更进一步地，它还包括位于高炉外部的热风阀、输入端与冷却水换热器的输出端连接的第五供水泵，其中，所述热风阀的一端连接第五供水泵的输出端，热风阀的另一端连接脱气罐的输入端，所述第五供水泵的控制端也连接有对应的可编程控制器。
[0009]本实用新型按照高炉不同高度热负荷差异极大的事实，将从下到上的一体式冷却结构，改造为多段由可编程控制器独立控制的冷却管路，可编程控制器根据高炉不同高度的热负荷，控制各段对应的冷却管路中的水量，这样能使高炉不同高度区域得到均匀的冷却，从而提闻闻炉寿命。【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的管路原理框图；
[0011]其中，I一膨胀罐、2—冷却水换热器、3—脱气罐、4一蛇形管、5—底层冷却管路、6—中层冷却管路、7—上层冷却管路、8—第一供水泵、9 一第二供水泵、10—可编程控制器、11一热风阀、12—第五供水泵、13—第二供水泵、14一第四供水泵。
【具体实施方式】
[0012]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明:
[0013]一种全冷却壁高炉热负荷分布在线调节系统，如图1所示，包括膨胀罐1、输入端与膨胀罐I输出口连接的冷却水换热器2、输出端与膨胀罐I输入口连接的脱气罐3、位于高炉炉缸内的底层冷却管路5、位于高炉炉腹上的中层冷却管路6、位于高炉炉身下部的上层冷却管路7，它还包括输入端均与冷却水换热器2的输出端连接的第一供水泵8、第二供水泵9和第三供水泵13，其中，所述第一供水泵8、第二供水泵9和第三供水泵13的控制端均连接有对应的可编程控制器10，底层冷却管路5的一端连接第一供水泵8的输出端，底层冷却管路5的另一端连接脱气罐3的输入端，中层冷却管路6的一端连接第二供水泵9的输出端，中层冷却管路6的另一端连接脱气罐3的输入端,上层冷却管路7的一端连接第三供水泵13的输出端，上层冷却管路7的另一端连接脱气罐3的输入端。
[0014]上述技术方案中，它还包括位于高炉炉腹内部的蛇形管4、输入端与冷却水换热器2的输出端连接的第四供水泵14，其中，所述蛇形管4的一端连接第四供水泵14的输出端，蛇形管4的另一端连接脱气罐3的输入端，所述第四供水泵14的控制端连接有对应的可编程控制器10。
[0015]上述技术方案中，它还包括位于高炉外部的热风阀11、输入端与冷却水换热器2的输出端连接的第五供水泵12，其中，所述热风阀11的一端连接第五供水泵12的输出端，热风阀11的另一端连接脱气罐3的输入端，所述第五供水泵12的控制端也连接有对应的可编程控制器10。
[0016]本实用新型中冷却水进水温度的确定方法为:对于软水密闭循环冷却的高炉而言，在维持系统N2压力为0.8Mpa的状态下，冷却水最大冷却能力所对应的温度在36°C，在选择冷却水进水温度时，应该充分考虑当地的自然环境，原则上进水温度应该稍高于夏季最高温度，以降低能源消耗。
[0017]本实用新型中软水流速的确定方法为:软水系统的冷却能力取决于软水在冷却管路中的流速，流速越高，冷却器形成汽塞的可能性越小，冷却效果就越好。对于传统上下串联冷却的软水密闭循环系统而言，流速高，对应的阻损就大，系统运行消耗的能量大，因此，必须选择合适的水速。本专利和传统的上下部串联的软水冷却系统相比，由于采取了分段冷却的模式，不同冷却段可以根据炉况的特点，通过可编程控制器10针对每一段自主选择合适的水速。
[0018]本实用新型中总水温差的确定方法为:高炉软水闭路循环冷却系统中，设定冷却元件的进出水温差既不能过高，也不能过低，定得太高，系统冷却能力有限，当炉况发生大波动时，尤其是大渣皮脱落时易在冷却器局部区域形成汽塞，烧坏冷却设备，同时将过高的水温降下来，同样需要加大换热器能力和二次冷却能力，从而增加了基建和设备投资。本专利和传统的上下部串联的软水冷却系统相比，由于采取了分段冷却的模式，每一段的设定水温差可以根据炉况的变化在必要时进行调整。
[0019]本实用新型中热负荷的确定方法为:确定合适的热负荷将直接决定上下串联的软水系统的成败，因高炉所面对的外部条件在一代炉役内会发生比较大的变化，同时高炉炉况也会随着冶炼的进行随时进行演化，故高炉自下到上的热负荷是动态变化的，在炉况稳定时和炉况异常时同一区段的热负荷可能相差几倍，在确定高炉各段的合适热负荷时应根据实测数据来决定。一方面满足正常生产的需要，另一方面满足炉况异常时的需要。本专利将上下串联的冷却改为几段独立冷却，其目的就是要应对热负荷变化的特点，更加灵活地调剂高炉炉况。
[0020]本实用新型中总冷却水量的确定方法为:根据前面确定的高炉各段的热负荷，计算高炉本体冷却壁总热负荷，求得总热负荷后，再根据软水闭路循环系统总进出口水温差，即可确定冷却壁的总循环水量。
[0021]本实用新型中冷却壁支管流量的确定方法为:在满足高炉热负荷需要的总水量确定以后，尚需对冷却壁各支管的水量进行分配，根据高炉圆周方向的冷却壁块数，每块冷却壁的水管数目，水速，水管内径即可确定冷却壁支管的流量。
[0022]本实用新型中水压确定的确定方法为:因管道网络长，管路复杂，管路长，循环冷却水要从较远距离的泵房送到高炉，首先流经冷却管路对高炉进行冷却，然后经过脱气罐、膨胀罐后的回水经换热后回流到泵房，整个管道系统阻损较大。软水闭路循环冷却系统的水压计算比较复杂，冷却系统的阻损大小直接影响到循环加压泵扬程的大小，泵的能力选得过大或过小，就会造成能源浪费，或导致系统不能正常运转而失败。
[0023]本实用新型的工作过程为:根据高炉不同高度区域热负荷，第一供水泵8、第二供水泵9、第三供水泵13、第四供水泵14和第五供水泵12分别在对应的可编程控制器10的控制下，向底层冷却管路5、中层冷却管路6、上层冷却管路7、蛇形管4和热风阀11供水，底层冷却管路5、中层冷却管路6、上层冷却管路7、蛇形管4和热风阀11内的冷却水流入脱气罐3进行脱气处理，脱气后的脱气罐3进入膨胀罐1，膨胀罐I吸收冷却水中因温度变化而膨胀的那部分体积，减缓系统的压力波动，膨胀罐I输出的冷却水进入冷却水换热器2进行换热处理后流回泵站中。
[0024]本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种全冷却壁高炉热负荷分布在线调节系统，包括膨胀罐(I )、输入端与膨胀罐(I)输出口连接的冷却水换热器(2 )、输出端与膨胀罐(I)输入口连接的脱气罐(3 )、位于高炉炉缸内的底层冷却管路(5)、位于高炉炉腹上的中层冷却管路(6)、位于高炉炉身下部的上层冷却管路(7)，其特征在于:它还包括输入端均与冷却水换热器(2)的输出端连接的第一供水泵(8)、第二供水泵(9)和第三供水泵(13)，其中，所述第一供水泵(8)、第二供水泵(9)和第三供水泵(13)的控制端均连接有对应的可编程控制器(10)，所述底层冷却管路(5)的一端连接第一供水泵(8)的输出端,底层冷却管路(5)的另一端连接脱气罐(3)的输入端，中层冷却管路(6)的一端连接第二供水泵(9)的输出端，中层冷却管路(6)的另一端连接脱气罐(3)的输入端，上层冷却管路(7)的一端连接第三供水泵(13)的输出端，上层冷却管路(7)的另一端连接脱气罐(3)的输入端。
2.根据权利要求1所述的全冷却壁高炉热负荷分布在线调节系统，其特征在于:它还包括位于高炉炉腹内部的蛇形管(4)、输入端与冷却水换热器(2)的输出端连接的第四供水泵(14)，其中，所述蛇形管(4)的一端连接第四供水泵(14)的输出端，蛇形管(4)的另一端连接脱气罐(3)的输入端，所述第四供水泵(14)的控制端连接有对应的可编程控制器(10)。
3.根据权利要求1或2所述的全冷却壁高炉热负荷分布在线调节系统，其特征在于:它还包括位于高炉外部的热风阀(11)、输入端与冷却水换热器(2)的输出端连接的第五供水泵(12)，其中，所述热风阀(11)的一端连接第五供水泵(12)的输出端，热风阀(11)的另一端连接脱气罐(3)的输入端，所述第五供水泵(12)的控制端也连接有对应的可编程控制器(10)。
【文档编号】C21B7/10GK203393172SQ201320491430
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】陈令坤, 胡正刚, 邹祖桥, 尹腾, 姜本熹 申请人:武汉钢铁(集团)公司