蒸发式空冷器的运行

蒸发式空冷器的运行实践

摘要：通过了解蒸发式空冷器的工作原理和结构,在运行实践过程中,对组成设备出现的问题提出相应的解决方案,并对部分组成设备提出改进的建议,以方便检修和维护,并提出了在冬季长时间高炉休风情况下保证水温不下降过低的解决方案。

关键词：蒸发式空冷器;出现的问题;解决的方案;设备改造。

1、蒸发式空冷器的工作原理

蒸发式空冷器工作过程:喷淋水泵(一开一备)将下部水箱中的循环冷却水输送到位于水平放置的光管管束上方的4 根喷淋水管, 每根喷淋水管上安装有60 个喷嘴,由喷嘴将冷却水向下喷淋到光管表面,在其外表面形成连续均匀的薄水膜；同时风机将空气从蒸发式空冷器下部四周通过百叶窗吸入,使空气自下向上流动,横掠水平放置的光管管束。此时光管的管外换热除依靠水膜与空气流间的显热传递外,光管外表面水膜的迅速蒸发吸收了大量的热量,强化了光管管外传热。见图1 示。

水具有较高的汽化潜热( 水在一个大气压下的汽化潜热为2 386.48 kJ/kg) , 光管外表面水膜的蒸发大大地强化了光管管外传热, 使蒸发式空冷器总体传热效率明显提高。光管外表面水膜的蒸发使得空气穿过光管管束后湿度增加而接近饱和,风机将饱和湿空气从光管管束中抽出, 并使其穿过位于喷嘴上方的除水器, 除去饱和湿空气中夹带的水滴后从蒸发式空冷器顶部风机出口排入大气中。由于风机位于上部,向上抽吸空气,在风机下部空间形成负压区域,加速了光管外表面水膜的蒸发,有利于强化光管管外传热。蒸发式空冷器中,除

盐水在光管管内水平流动,空气、喷淋水走管外,空气由下向上流动,喷淋水则由上往下流动,水、空气与除盐水为交叉错流,水与空气为逆流。这样一来,从流程布置上也强化了传热过程。

从结构上看, 蒸发式空冷器是将冷却塔和板式换热器合为一体,省去了单独的循环水冷却系统,减少了设备占地面积,同时也改变了传热方式。由于工业水水头损失、流量的减小,大大降低了循环泵的功率,节约了能耗。

2、蒸发式空冷器作用简介及出现的问题

以及热风炉各阀采用除盐水闭路循环冷却,蒸发式空冷器的作用就是冷却除盐水,使除盐水温度维持在35～40 ℃之间,并使蒸发式空冷器出口水温度在比较小的区间浮动, 保证高炉冷却设备的长寿。

2003 年4 月,新1# 高炉建成投产,蒸发式空冷器运行状况一直良好,随着设备的运行,静电水处理器阻垢效果不明显, 光管管束外表面结垢问题日益凸现,蒸发式空冷器进出口除盐水温差变小。加上炉尘、烧结灰尘等进入喷淋水中, 管束上方的喷淋水管、喷嘴堵塞,喷嘴喷不下水,蒸发式空冷器调节能力低下。2005 年7 月后,2#、3# 蒸发式空冷器有一半喷嘴不能正常喷水,加上设计方面的原因,管道、喷嘴堵塞处理困难,疏通花费时间长,短时休风无法处理,除盐水温度上升到45～50 ℃之间,此现象一直持续到2005 年12 月,气温低的冬季,水温也未能下降到规定的范围内,给设备维护及管理带来极大麻烦。由于高炉生产的连续性, 蒸发式空冷器其它任何组成设备出现问题, 都无法停机维修。北方天气转冷后, 蒸发式空冷器风机上方的水蒸气弥漫, 能见度低,给维修带来安全隐患,所以改进设备势在必行。

3、影响高炉循环水温度高低的因素

(1)蒸发式空冷器风机运行台数、风量(叶片角度)。

(2) 蒸发式空冷器喷淋水泵运行台数, 水泵流量、压力。

(3)水泵进出口阀门完好程度。

(4)喷淋补充水温度、压力、流量,水箱循环喷淋水的温度,水箱排污能力。

(5)浮球阀的完好程度。

(6)水箱内水的硬度及补充水的硬度,光管管束的结垢情况,喷淋水的加药情况。

(7)喷淋水管及喷嘴的堵塞情况。

(8)冬季百叶窗结冰后,除去的情况。

(9)除水器是否堵塞,间距变化大小。

(10)气温的高低。

(11)高炉循环水管道是铺设在管廊还是架空明设。

(12)送风制度、装料制度、炉况的顺行情况、是否富氧、喷煤。

4、运行中出现的问题及解决的方法

通过对影响高炉循环水温度高低的因素分析,我们可以看出,1-9 项是蒸发式空冷器造成的,水泵、电机、风机常见故障在使用说明书均有详细说明,在此我们只对3-9 项进行讨论。运行过程中,首先必须保证风机和喷淋水泵都能正常运行。

4.1阀门

(1) 备用水泵进出口阀门采用蝶阀,2 台蝶阀如果关闭一台, 关闭的阀门关不到位或密封装置损坏等原因造成关闭不严密,会出现几种后果:工作水泵推动备用水泵反转,水泵采用机械密封,机械密封很容易损坏,然后轴头漏水;工作水泵所抽的水不完全进入喷嘴,而是直接进入水箱,喷淋水量减小,换热效果变差。采取的措施,同时关闭备用水泵进出口阀门,及时检修或更换关闭不严密的阀门。

(2)排污、补水阀门、清扫水箱进水管道控制阀门,全部采用明杆闸阀,楼顶风吹雨淋日晒,不采取任何措施,阀杆生锈,无法开关,蒸发式空冷器直接放置在楼顶,排污阀门紧贴地面,给维修和更换带来极大麻烦。逐步采用暗杆阀门代替或将明杆阀门经常抹甘油,并用塑料将阀体包上或阀杆套胶皮管。

4.2 喷淋补充水

单台蒸发式空冷器喷淋补充水压力小, 流量小时,特别是在夏季,有时为了控制高炉循

环水温度,加大水箱排污水量,如果排污过快,水箱内水位迅速下降,水箱内水位低,喷淋水泵不能抽水进行喷淋;水箱内循环喷淋水水总量变小,水温调节能力变差,导致高炉循环水温度升高。水泵和风机是否运行信号可在操作室内观察,水位、水温却不能,建议增设水位、水温信号并引入操作室内, 以便及时发现异常。

4.3 水箱

水箱内补给的水的硬度本身不高, 由于炼铁环境恶劣, 炉尘和烧结灰尘等进入水箱, 特别是在夏季,水的蒸发使浓缩倍数增加相当快,结垢厚度很快增加; 导致喷淋水管内堆积淤泥, 喷嘴堵塞喷不下水;除水器堵塞,抽风量减小,换热效果低下,水温升高。定期检测水质和水温, 发现硬度高或水温高于35 ℃,立即更换水箱内的循环水。

4.4 浮球阀

浮球阀控制进水水位,浮球如果有裂缝或砂眼,水进入球内,下沉,就不能控制水位,此时进水阀门不关闭,阀门开启度影响补水量,如果控制不好,水会溢出水箱(溢流管内的水靠重力流动,流量小于水箱补水量),在发现以前,浪费大量水资源;如果关闭进水阀门,不勤加水,水位变低,喷淋水泵不能上水进行喷淋。原因在于其它用水点用水造成压力的波动,补水量也在变化。采取的措施:及时检修或更换浮球阀并拧紧。

4.5 百叶窗

冬季, 北方室外气温低, 喷淋水飞溅到其表面上,水在百叶窗内表面结冰,将进风口密封起来,进风量减小或不能均匀进风,降温效果迅速变差。采取的相应措施:及时将百叶窗上所

结的冰除去。损坏的百叶窗及时更换,保证进风均匀,减小风吹损失的水量,节约用水。

4.6 水的除垢

从2005 年气温升高以后,高炉循环水进出口水温差变小,小于1.5 ℃,水温白天一直攀升,然后突破规定的45 ℃,主要原因是光管管束上结垢,垢的厚度2～5 mm,垢严密地将光管包围起来,喷淋水无法正常换热,汽化潜热换热量变小,蒸发式空冷器换热效果变差。从6 月份开始, 首先用人工机械的办法,将包裹管束的垢除掉。为了防止管束受到机械损坏,管束表面剩余少量垢时,停止人工机械除垢。采用人工机械除垢的同时,化验水垢成分,判断加药的类别。同时测量每台空冷器的蒸发量和吹损量等造成的水损失量,计算出浓缩倍数,决定首次加药量和以后每日加药量。最后决定采用:高效镀锌设备清洗剂GR-943E,难融垢溶解促进剂GR-928,用NaOH调节pH 值,对管束进行清洗,使垢变的疏松。最后采用高压水枪从光管管束下方,水流向上清洗水垢,将表面剩余的少量水垢冲洗下来。通过清洗,水温差变大,达到3～4 ℃,水泵入口喷淋水与喷淋下来的水温度明显不同,效果明显。但是由于水垢成分以硫酸钙和硅酸钙为主, 建议以人工除垢和高压水冲洗为主。

4.7 喷淋水管及喷嘴堵塞后喷不下来水

如果喷淋水管及喷嘴堵塞以后, 将两端除水器上方盖板连同风机一起拆出,吊出除水器,喷淋水管管卡打开, 用气焊分别割开前端和末端三分之一管段(堵塞部分都出现在此),移出喷淋水管,从喷淋水管上取出喷嘴。疏通管道后,用水冲洗干净;观察喷嘴是否堵塞,仍能使用的疏通后继续安装使用,坏的和无法使用的更换。喷嘴重新安装后, 焊接喷淋水管,固定后恢复正常。

5 蒸发式空冷器改造建议

5.1 喷淋水泵位于蒸发式空冷器A 端(喷淋水泵侧假设为A 端, 另外一端为B 端),B 端相距A 端9米,由于喷淋水泵扬程为16 m,水泵出口实测压力0.12 MPa,到A 端上部四根喷淋水管时实测压力为0.06 MPa,B 端为盲端, 并且随沿程阻力的增加,压力变的过小,聚集的灰尘很容易造成管道的堵塞,堵塞的部位发生在6～9 m 处,堵塞表现为在喷嘴处的管道及喷嘴内有淤泥,喷嘴喷不下水。建议更换较大扬程水泵;B 端将管道延伸出蒸发式空冷器并加设阀门,平时关闭阀门,定期打开阀门进行冲洗或疏通堵塞的淤泥。

5.2 将喷嘴的开孔旋转在管道的上方,防止淤泥堵塞。

5.3 在蒸发式空冷器长度方向上装设主管道,宽度方向上设置喷淋水管, 喷淋水管与主管道用法兰连接,喷淋水管长度的减小,便于固定(两端固定),便于从蒸发式空冷器内抽出,不用拆卸其它设备,减小维修时间。目前,拆卸、安装喷淋水管上方设备以及管道疏通、喷嘴更换,需要2 天时间。改造后方便移出喷淋水管, 堵塞发生时不拆开设备就可以更换喷

嘴或疏通水管。或将喷淋水管改为水槽,水槽下方开孔,水槽定期抽出清洗,方便维护。

5.4 喷淋水管外侧挡板改为随意拆卸板, 方便维护。

5.5 多增设一台蒸发式空冷器,作为备用。

5.6 浮球阀与喷淋水泵不在同一侧,相距9 m(喷淋水箱长度),补充的冷却水温度低,水箱坡度却坡向进水阀门侧, 不能迅速参与冷却高炉循环水, 夏季水泵进口侧水温与补水阀门

侧水温差为3 ℃。浮球阀出水口与溢流管和排污口相距很近, 如果采用不停喷淋水泵而同时更换水箱内的水, 补充水与排污水形成短流, 低温补充水无法参与循环而直接排放。采取的措施:将浮球阀改在喷淋水泵入口侧。但是改后浮球阀阀杆必须弯曲一定角度,否则水位低。因为水箱的坡度坡向排污阀,两端水箱高度不同。

5.7 电气柜,全部改建在室内,并加电流表和电压表,及时观察水泵和风机运行情况。

6 冬季北方地区高炉休风,停用蒸发式空冷器防止水温低于30采取的相应措施.

6.1 休风前12 h 确认排污阀不冻, 能保证正常开关。

6.2 减风时,关闭喷淋水箱所有进水阀门(关闭补水主管道控制阀门即可),不再对水箱进行补水。

6.3 减风后根据高炉循环水温度决定停止运行风机和喷淋水泵台数。采用多停止运行风机和喷淋水泵台数,将水温逐步调高,休风后水温控制在50 ℃左右。

6.4 减风后, 打开所有喷淋水箱排污阀门放水,当水面不能淹没喷淋水泵入口时,停止运行喷淋水泵。如果高炉循环水温度不能控制在50 ℃以上, 直接停转喷淋水泵和风机。

6.5 停止运行所有喷淋水泵和风机后,休风初期还可能出现水温上升的情况, 此时运行少量风机调节即可。

6.6 清除水箱内残余水,打开喷淋水泵泵壳上丝堵放水,要求水放净。最好用压缩空气将

管道吹净。

6.7 为防止高炉循环水温度低于30 ℃, 风机和喷淋水泵停止运行后,将蒸发式空冷器用棉被包裹,防止热量散失。休风初期,1～2 台蒸发式空冷器不包裹棉被,或者全部包裹后,发现水温高,揭开棉被,运行风机, 以方便控制水温。等水温曲线出现下降趋势后,再全部用包裹棉被。

6.8 根据室外温度判断水箱内的水是否会结冰,考虑放掉水箱内的水的时间。

6.9 据休风时间的长短,决定减风前的水温。

6.10 水温曲线出现下降趋势后, 为防止水温下降过快,高炉循环水泵停止运行一台。

7 结论

通过改造蒸发式空冷器,光管管束外表面除垢,疏通、清洗喷淋水管,更换喷嘴等各种措施,蒸发式空冷器冷却能力增强,水温差变大,调节能力增强。目前, 高炉循环水温度基本维持在35～45 ℃之间,大部分时间维持在35～40 ℃之间,温度浮动区间变小,效果明显,为高炉长寿奠定了基础。