CN100582247C

CN100582247C - 一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置

Info

Publication number: CN100582247C
Application number: CN200510032356A
Authority: CN
Inventors: 俞天兰; 俞秀民; 彭德其; 蒋少青; 金俊杰; 吴琦华; 吴金香; 支校衡
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2025-11-09
Also published as: CN1962881A

Abstract

一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置，其显著特点是水冷器与流态化粒子循环槽系统连接，并且冷却水流道和进出管线的水平段或倾斜段内设置有螺旋线。水冷器内的螺旋线不仅使流道内的对流传热系数提高了50%左右，而且使基本对称流态化清洗的速度要求下降到0.5m/s以上即可。因此，对不是采用纯水或软水的闭式冷却系统的炉体高炉特别适用，对冷却水水质几乎无要求，可以直接采用天然水冷却直接排放，具有不需改变水冷壁的原结构、对冷却水的压力与流量无特殊要求、设备费和运行费均几乎不增加、清洗费用十分低廉、新造高炉与现有高炉维修改造通用等诸多优点，综合经济效益很高。

Description

一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置

技术领域

本发明专利涉及一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置，涉及炼铁高炉炉体冷却器内冷却强化和水垢的在线清洗的装置。它适应于炼铁高炉各种不同结构的水冷器，例如钢铁水冷壁、铜冷却壁、冷却模块、非金属冷却壁等等，尤其适合不是纯水或软水闭路循环冷却的炼铁高炉。

背景技术

炼铁高炉长寿的效益是巨大的。例如，包钢的高炉寿命如果减少一次中修，费用可以节省6000～8000万元(丁志云、董伟君、段维民，包钢高炉寿命现状及长寿工作对策，包钢科技，2000，v29n4p33)。根据实验，1mm厚的水垢，炉体冷却壁的换热量会下降80％左右，将对冷却壁造成50～100℃的温升(胡源申、袁晓敏、黄达方等，马钢300m高炉灰铸铁与球墨铸铁冷却壁破损行为比较及长寿对策，钢铁，1999，v34n10p276～278)。因此，水冷壁的冷却效率在很大程度上决定着炼铁高炉的寿命。提高炉体水冷器冷却效率的基本途径。一是防止冷却水垢，二是提高冷却壁的导热性。

防止冷却水垢以纯水或软水密闭循环冷却技术(王大中，马维国、赵锐锐，高炉密闭循环冷却水系统的设计，工业用水与废水，2000，v31n2p16～18)为代表。每小时数千顿纯水或软水的密闭循环冷却系统，需要相当大的二次循环水设施，不仅设备费庞大、运行费用相当高，而且二次循环水的水-水热交换器依然存在一个水垢问题，并且还使进入高炉水冷却器的循环冷却水的温度较高，影响其冷却效率。

提高炉体冷却器的导热性以铜冷却壁技术(带凸台铜冷却壁，专利号200320129955.4，2005.1.5.)为代表。虽然铜的导热性非常好，但是价格比铸铁高许多倍，也还有冷却水流道的水垢问题，只不过水垢生长的速度比钢铁水冷壁缓慢些、污垢也容易清除一些而已，因此后者的水垢依然是冷却壁冷却效率的控制因素。

发明内容

本发明专利不仅要解决炼铁高炉炉体水冷器的水垢问题，而且要同时强化水冷器的冷却效率，提出一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置，不仅能够大幅度地提高水冷壁内的对流传热膜系数，而且能够实现在线流态化清洗其水垢，还具有不改变水冷器的原结构、新造高炉与现有高炉维修改造通用、制造安装维修简便、设备费几乎不增加、清洗费用十分低廉等诸多优越性。

本发明专利的技术方案为：

一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置，由水冷器、冷却水流道、螺旋线、进水管、回水管、回沙槽、加沙阀、加沙管、流态化液总管、配送管、三通阀、液态化粒子等组成。水冷壁的冷却水流道可以是钢铁水冷壁内的水冷管，也可以是铜冷却壁内的冷却水通道孔，还可以是炉身冷却模块的厚壁钢管。冷却水流道的中心线可以是直的、或弯的复杂形状。凡是水冷壁内的冷却水流道、进水管、回水管、流态化液总管的水平段或倾斜段内都设置有螺旋线。冷却水流道内部的螺旋线是裸露的钢丝螺旋线。进水管、回水管、流态化液总管内的螺旋线可以是裸露的钢丝螺旋线，也可以是有厚度0.5mm～3.0mm的塑料包层的钢丝螺旋线。螺旋线的外径分别比冷却水流道、进水管、回水管、流态化液总管的内径小1.0mm～10mm，以免清洗过程中流态化粒子被卡住。螺旋线的螺距分别为冷却水流道、进水管、回水管、流态化液总管的内径的0.5～1.5倍。螺旋线可以是分段结构，也可以是整体结构。螺旋线可以是一端固定，也可以是两端固定。回沙槽内装有流态化粒子和稳流板.流态化粒子一般是粒度为3目～16目的河沙，也可以是适当粒度的金属球、塑料球、玻璃球或瓷球。进水管、回水管与回沙槽连接。流态化液总管与各进水管通过分送管、三通阀连接。分送管都是垂直向上或倾斜向上的，以免不清洗时被流态化粒子堵塞。

生产运行期间，水冷壁冷却水流道内的螺旋线，在不清洗时是一种高效冷却强化元件，可以使冷却水流道内的对流传热膜系数提高50％左右。在进行流态化清洗时，由于螺旋线的作用，使水平段实现基本对称流态化流动的均匀清洗速度要求大大降低，由无螺旋线时要求的2.5m/s～3.0m/s下降到0.5m/s以上即可。因此，无论对大中小型炉体高炉在线清洗时与不清洗时都没有不同的流速要求；并且由于流速要求大大降低后，相应的流体阻力更是大大减少，对供水压力也没有不同的要求。由于流速要求大大降低后，粒子的动量大大减少，清洗时不会造成流道内壁的损伤，安全可靠性更高。

若某一水冷器的回水管出口处的流速偏小，就意味着冷却水流道内的水垢需要清洗。清洗时，只要打开清洗阀和连接该水冷壁进水管的三通阀，回沙糟内的流态化粒子借助文丘里循环回流到流态化液总管，也可以是借助设置在高位的回沙槽的加沙管内的沙水混合物的静压回流到流态化液总管，而后进入水冷器进行流态化清洗。流态化粒子经过回水管、软管到回沙槽的下部再循环使用。稳流板的作用是防止流态化粒子跑失。流态化粒子的体积浓度在2％～10％范围，浓度愈大，清洗愈快，一般在3％～5％为好，流态化粒子的体积浓度借助加沙阀来控制加沙速度实现。加沙速度则通过加沙管透明的加沙速度监测管直接观测确定，或在流态化液总管的入口处借助流态化粒子浓度仪测量。清洗过程中，回水管出口处的流速逐渐增大，达到正常流速后，就可以结束清洗作业。其操作十分方便，只需要切换三通阀，关闭三通阀。通清水1～5分钟，使冷却水流道、进水管、回水管内的流态化粒子全部回到回沙槽以后，再将其软管与回水管的的出口脱离，使冷却水回流到回沙槽的上部即可。

附图说明

图1是本发明专利的一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置示意图。

图2是本发明专利的一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷壁装置的冷却水流道、回水管进水管、流态化液总管的剖视图。

图3是本发明专利的一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷壁装置的冷却模块示意图。

图4是发明专利的一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷壁装置的铜冷却壁示意图。

图中的1钢铁水冷壁2水冷器3水冷管4冷却水流道5回水管6回沙槽7软管8稳流板9流态化粒子10加沙阀11加沙速度监测管12加沙管13供水管14排水管15压力表16三通阀17进水管18流态化液总管19分送管20文丘里21清洗阀22螺旋线23钢丝螺旋线24塑料包层31冷却模块32厚壁钢管41铜冷却壁42冷却水孔道

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利进一步详细的描述。

一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置，由水冷器2、冷却水流道4、螺旋线22、进水管17、回水管5、回沙槽6、加沙阀10、加沙管12、流态化液总管18、分送管19、三通管16、流态化粒子9等组成。水冷壁2的冷却水流道4可以是钢铁水冷壁1内的水冷管2，也可以是铜冷却壁41内的冷却水通道孔42，还可以是炉身冷却模块31的厚壁钢管32。冷却水流道4的中心线可以是直的、或弯的复杂形状。凡是水冷壁2内的冷却水流道4、进水管17、回水管5、流态化液总管18的水平段或倾斜段内都设置有螺旋线22。冷却水流道4内的螺旋线22是裸露的钢丝螺旋线23。进水管17、回水管5、流态化液总管18内的螺旋线22可以是裸露的钢丝螺旋线23，也可以是有厚度为0.5mm～3.0mm的塑料包层24的钢丝螺旋线。螺旋线22的外径分别比冷却水流道4、进水管17、回水管5、流态化液总管18的内径小1.0mm～10mm，以免清洗过程中流态化粒子被卡住。螺旋线22的螺距分别为冷却水流道4、进水管17、回水管5、流态化液总管18的内径的0.5～1.5倍。螺旋线22可以是分段结构的，也可以是整体一条结构的；螺旋线22可以是一端固定的，也可以是两端固定的。回沙槽6内装有流态化粒子9。流态化粒子9一般是粒度为3目～16目的河沙，也可以是适当粒度的金属球、塑料球、玻璃球或瓷球。进水管17、回水管5与回沙管6连接。流态化液总管18与各进水管17通过分送管19、三通管16连接。分送管19都是垂直向上或倾斜向上的，以免不清洗时被流态化粒子堵塞。

生产运行期间，水冷壁2冷却水流道4内的螺旋线22，在不清洗时是一种高效冷却强化元件，可以使冷却水流道内的对流传热膜系数提高50％左右。在进行流态化清洗时，由于螺旋线22的作用，使水平段或倾斜段实现基本对称流态化流动的速度要求大大降低，由无螺旋线22时要求的2.5m/s～3.0m/s左右下降到0.5m/s以上，因此，无论对大中小型高炉炉体，高炉在线清洗时与不清洗时没有不同的流速要求。并且，由于流速要求大大降低后，相应的流体阻力更是大大下降，对供水压力也没有不同的要求，由于流速要求大大降低以后，粒子的动量大大减少，不会造成流道内壁的损伤，安全可靠性更高。若某一块水冷器2的回水管5出口处的流速偏小，就意味着冷却水流道4内的水垢需要清洗。清洗时，只要打开清洗阀21和连接该水冷壁2进水管17的三通阀16，回沙槽6内的流态化粒子9借助文丘里20循环回流到流态化液总管18，也可以是借助设置在高位的回沙槽6的加沙管12内的沙水混合物的静压回流到流态化液总管18，进入冷水壁2进行流态化清洗。流态化粒子9经过回水管5、软管7到回沙槽6的下部再循环使用。稳流板8的作用是防止流态化粒子9跑失。流态化粒子9的体积浓度借助加沙阀10来控制加沙速度而达到目的。流态化粒子9的浓度在2％～10％范围，浓度愈大，清洗愈快，一般在3％～5％为好。加沙速度则通过加沙管12上的透明的加沙速度监测管11直接观测确定，或在流态化液总管液18的入口处借助流态化粒子浓度仪28测量。清洗过程中，回水管5出口处的流速会慢慢增大，达到正常流速或基本正常流速就可以结束清洗作业，以免过度清洗。其操作只需要切换三通阀16，关闭清洗阀21，通清水1～5分钟，使冷却水流道4、进水管17、回水管5内的流态化粒子9全部回到回沙槽6以后，再将其软管7与回水管5的出口脱离，使冷却水回流到回沙槽6的上部即可。

Claims

1.一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置，由水冷器(2)、冷却水流道(4)、螺旋线(22)、进水管(17)、回水管(5)、回沙槽(6)、加沙阀(10)、流态化液总管(18)、分送管(19)、三通阀(16)、加沙管(12)、流态化粒子(9)组成，其特征在于：凡是水冷器(2)内的冷却水流道(4)、进水管(17)、回水管(5)、流态化液总管(18)的水平段与倾斜段内都设置有螺旋线(22)，安装在冷却水流道(4)、进水管(17)、回水管(5)、流态化液总管(18)内的螺旋线(22)的外径，都比相应流道内径或管内径小；进水管(17)、回水管(5)与回沙槽(6)连接；回沙槽(6)内装有流态化粒子(9)。

2.根据权利要求1的一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置，其特征在于：水冷器(2)的冷却水流道(4)是钢铁水冷壁(1)内的水冷管(3)，或是铜冷却壁(41)内的冷却水通道孔(42)，或是炉身冷却模块(31)的厚壁钢管(32)，冷却水流道(4)的中心线是直的、或弯的复杂形状，冷却水流道(4)内的螺旋线(22)是裸露的钢丝螺旋线(23)。

3.根据权利要求1的一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置，其特征在于：进水管(17)、回水管(5)、流态化液总管(18)内的螺旋线(22)是裸露的钢丝螺旋线(23)，或是有厚度0.5mm～3.0mm的塑料包层(24)的钢丝螺旋线(23)。

4.根据权利要求1的一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置，其特征在于：螺旋线(22)的外径分别比冷却水流道(4)、进水管(17)、回水管(5)、流态化液总管(18)的内径小1.0mm～10mm；螺旋线(22)的螺距分别为冷却水流道(4)、进水管(17)、回水管(5)、流态化液总管(18)的内径的0.5～1.5倍；螺旋线(22)是分段结构的，或是整体一条结构的；螺旋线(22)是一端固定的，或是两端固定的。

5.根据权利要求1的一种炼铁高炉炉体自洁式高效水冷器装置，其特征在于：流态化液总管(18)与各进水管(17)通过分送管(19)、三通阀(16)连接，分送管(19)都是垂直向上或倾斜向上的。