CN102927812A - 一种冷却竖炉大水梁的双冷却系统及其利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于冷却竖炉大水梁的双冷却系统利用其冷却竖炉大水梁的方法。该双冷却系统包括常温冷却系统和汽化冷却系统，汽化冷却系统下降管分水包分出的分水管与常温系统进水管相接，而汽化冷却系统上升管与常温系统出水管相接，从而实现双冷却系统功能，常温系统进水管一侧设置的阀门实现常温冷却系统和汽化冷却系统之间相互切换。汽化冷却系统是主要的冷却系统，常温冷却系统是备用系统。汽包的优化以及直上直下的连接方式解决了管网爆震问题和寿命问题，该双冷却系统保证了系统的冷却效果及运行稳定性。

Description

一种冷却竖炉大水梁的双冷却系统及其利用方法

技术领域

本发明属于冶金领域，具体地讲，涉及一种用于竖炉大水梁的冷却系统。

背景技术

目前，竖炉大水梁的冷却工艺主要采用常温冷却法，为了保证冷却效果，必须用大量循环水在竖炉大水梁及其附属管道中循环，循环水的流速较快，因此在竖炉大水梁中易产生涡流现象，使局部冷却效果变差。例如，目前钢厂广泛用的10m²竖炉为导风墙式竖炉，其大水梁采用常温冷却法，根据经验，竖炉大水梁在更换后3-6个月即出现漏水现象，虽采取多种措施，竖炉大水梁的整体寿命仅可维持一年左右，同时循环水带走的热量不可再利用，造成了较大的能源浪费。

到目前为止，为了提高冷却效率并且解决上述问题，从而达到延长大水梁的整体寿命的目的，大水梁汽化冷却工艺已在国内部分球团厂使用。然而，这些冷却系统在生产中仍存在一些隐患，例如：当汽化系统出现设备、工艺故障时，因无备用系统，必须停产处理，对生产影响较大，并且在生产实践中，冷却系统管线不同程度地存在抖动现象，这对汽化系统、炉内砖衬的安全生产带来隐患。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种双冷却系统，解决了当汽化系统出现设备、工艺故障时，因无备用系统而必须停产处理带来的影响。

根据本发明的另一发明，提供一种双冷却系统，该双冷却系统扩大汽包尺寸，增大上升、下降管直径，确保了汽包充足的蒸汽空间，减少了管网阻力，加强水汽循环，保证了系统的冷却效果及运行稳定性。

根据本发明的另一方面，提供一种双冷却系统的冷却方法，对大水梁的冷却效果提高，并且解决了常温冷却系统由于涡流而产生的局部冷却效果差的现象，延长了冷却标的的寿命，带来极大的经济效益。

根据本发明的另一方面，提供了一种双冷却系统的冷却方法，该方法中采用脱氧软化水，有效地避免了管道内结构引起的管道堵塞及水中杂质对管道的腐蚀，有利于延长大水梁的使用寿命。

根据本发明的一方面，提供了一种用于冷却竖炉大水梁的双冷却系统，其特征在于，所述双冷却系统包括常温冷却系统和汽化冷却系统，其中，常温冷却系统包括：第一水箱，容纳水；进水管，连接到第一水箱和竖炉大水梁，并且进水管的一侧设置有阀门，用于实现常温冷却系统和汽化冷却系统之间的相互切换；出水管，排出流过竖炉大水梁的水；其中，汽化冷却系统包括：第二水箱，容纳水；汽包，设置在竖炉的出水端顶端并且包括蒸汽阀和排空阀，在汽包内形成液气分离空间；供水通道，连接到第二水箱，以将第二水箱中的水供应到汽包；下降管，与汽包连接，以将汽包中的水排出；分水包，连接到下降管，以收集由下降管排出的水；分水管，一端连接到分水包；多个上升管，每个上升管的一端连接到竖炉大水梁，每个上升管的另一端连接到汽包，以将在冷却竖炉大水梁的过程中产生的蒸汽收集到汽包，其中，通过将汽化冷却系统的分水管的另一端与常温冷却系统中的进水管相接，且上升管与常温系统出水管相接，实现双冷却功能。

常温冷却系统还可以包括分水装置，设置在第一水箱和进水管之间。

汽化冷却系统的供水通道还可以包括泵，以将第二水箱中的水泵送到汽包。

上升管与竖炉大水梁垂直连接，上升管和下降管可以直接穿过放置汽包的平台。

第二水箱可以容纳的水为软水。

进水管、分水管和上升管可以为多根。

进水管、分水管和上升管可以为4根。

汽包的直径为1600mm，汽包的长度为4800mm，上升管和下降管为直径为189-219mm的无缝钢管。

根据本发明的另一方面，提供一种利用双冷却系统冷却竖炉大水梁的方法，该冷却方法包括下述步骤：打开分水管，依次关闭出水管、关闭进水管，待汽包正常产生蒸汽后，开启蒸汽阀，关闭排空阀，完成汽化冷却系统的切换；将水从第二水箱供应到汽包，汽液混合物在汽包内彼此分离，水从下降管流到分水包，分水包中的水流到竖炉大水梁，产生的蒸汽流到汽包，当汽包压力达到一定的值后，蒸汽送往外部管网并到用户处，随着蒸汽往外送，汽包水位下降，当汽包的水位下降到设定的安全位置后，第二水箱通过泵自动向汽包供水，汽化冷却循环完成；当切换到常温冷却系统时，开启汽包排空阀，关闭主蒸汽阀，待汽包压力低于0.2Mpa后，依次开启出水管、打开进水管，常温冷却系统中水的循环路径为从进水管到竖炉大水梁，水由出水管排出，其中，汽化冷却系统是主要的冷却系统，常温冷却系统是备用系统。

所述冷却方法中的汽化冷却系统中使用的水可以是软水。

附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是双冷却系统流程图。

具体实施方式

为了避免大水梁中的涡流现象，采用了汽化冷却系统，从而延长水梁使用寿命，并且可回收部分热量，使其通过蒸汽的形式能得以再利用，从而产生显著的经济、社会效益。汽化冷却的优点在于，首先，有效地利用了冷却余热，余热所产生的蒸汽用于生产或发电，提高了能源利用率，其次，解决了常温冷却法易在大水梁形成的涡流现象，延长了大水梁使用寿命，再次，汽化冷却系统采用脱氧软化水，有效地避免了管道内结垢引起的管道堵塞及水中杂质对管道的腐蚀，有利于延长大水梁使用寿命。目前，汽化冷却系统已在国内部分竖炉得到了较成功的应用。但是汽化冷却系统仍存在以下问题，第一，汽化冷却系统在日常生产中或多或少地存在管网振动问题，这对相关设备及炉内砖衬的使用寿命造成不利影响，第二，汽化冷却系统工作于高温、高压环境下，外部条件较为恶劣，设备发生故障的概率较大，当设备出现故障时，不得不停产处理，对生产影响较大。

针对上述问题，经多方改进，采用汽化、常温并存的双冷却系统。本发明提供了一种以汽化冷却系统为主且常温系统用于备用的双冷却系统，当汽化系统因故需停机时，在线切换为常温系统，确保竖炉生产不受任何影响。

下面，将参照图1详细描述本发明的双冷却系统。该双冷却系统包括常温冷却系统和汽化冷却系统，常温冷却系统包括第一水箱1、进水管2、出水管4，常温冷却系统的水循环是从第一水箱1经进水管2流到竖炉大水梁，而后经出水管4排出。常温系统中还可以包括分水装置12，连接第一水箱1和进水管2，可以将第一水箱1中的水分流到多个进水管2中。

汽化冷却系统包括第二水箱5、汽包6、供水通道13、下降管7、分水包8、分水管9和多个上升管10。汽化系统的上述部件构成汽化冷却系统的循环。经由供水通道13及泵11，供应到汽包6，汽包6中将水与从上升管10供应的蒸汽分离，分离后的液体(也就是水)经下降管7流到分水包8，分水包8中的水经由分水管9流到竖炉大水梁，以冷却竖炉大水梁，被竖炉大水梁蒸发的蒸汽进入到汽包6，汽化冷却系统的循环如此反复进行。

在该双冷却系统中，汽化冷却系统由分水包8分出的分水管9与常温冷却系统中的进水管2相接，上升管与出水管4相接，从而实现双冷却系统功能，常温冷却系统中的进水管2及出水管4一侧设置的阀门3用于实现常温冷却系统和汽化冷却系统之间相互切换。

下面，该竖炉大水梁的双冷却系统中的汽化冷却采用自然循环冷却方式，其原理是：大水梁内水被加热后，形成的汽水混合物沿上升管10进入汽包6；在汽包6内汽水混合物分离，蒸汽由蒸汽出口排出到外部管网，水沿下降管7向下流动，重新进入大水梁，形成循环；因上升管10中水汽介质密度小，下降管7中水介质密度大，从而形成压头，这即为汽化系统的总动力。介质在管网中流动时，受到的总阻力由以下两部分构成：1、管网的阻力，即管网的口径、管网长度、管网布置所形成的阻力。2、循环水阻力，即因循环水流动产生的阻力；该阻力随流量增加而增大。为确保大水梁冷却效果，我们希望提高循环水流量，因此，当水压头不变时，为提高循环水流量，必须尽可能减小管网阻力。网管振动的原因：当管网阻力大，液汽沿上升管10上行不畅，液汽在管网内产生振荡，引起管网振动，此时，循环水流量相应下降，恶化了大水梁冷却。汽包6的蒸汽空间选择；汽包6作为水、汽分离场所，它的蒸汽空间是否合适决定了汽、液分离好坏，当汽液分离不良时，汽泡进入下降管7，减少了下降管7中水的密度，降低了压头，从而降低了循环水流量，影响大水梁冷却，严重时形成水击，产生管网振动。同时，对汽化管网振动的机理进行了分析，出现该现象的原因在于一些关键参数的选择上，为了解决这种蒸汽对管网振动的影响，本发明进行了下述改进。

汽包6设置在竖炉大水梁的出水端顶端，上升管10与竖炉大水梁垂直连接，上升管10和下降管7直接穿过汽包6放置处的平台。这样设置的管线将上升管10、下降管7直接穿入下层平台，不再经平台边缘绕行，以达到大幅缩短管线长度的目的。通过管线的重新布置，弯头数量尽可能的少，弯头也由直角改为斜角。上升管10与竖炉大水梁的接头由大水梁侧面接入改为由上面连接，符合了水、汽流动方向，减少了管线阻力。经上述改造后，上升、下降管7长度大幅缩短，大水梁与汽包6的汽、液通道基本形成了“直上、直下”的关系，每根上升、下降管7仅保留3个弯头，且弯头角度均大于120。确保了液、汽流动的顺畅，管网振动得到解决。

上面的上升、下降管7可以为多根，例如，4根，也可以根据所需要的蒸汽量以及冷却效率进行设置。汽包6的直径为1600mm，长度为4800mm，上升管10和下降管7为189-219mm的无缝钢管。

利用选择的参数对蒸汽空间进行计算，使用根据汽包6的蒸汽空间计算公式： $V=L*[r^2*3.14/2-(r-h)\sqrt{2\mathrm{rh}-h^2-r^2}-{\sin }^{-1}(1-h/r)],$ 在上式中，L指汽包直筒部分长度，单位为m；h指弓形截面高度，单位为m；r指汽包半径，单位为m。

计算出汽包蒸汽空间为3.48m³，较传统汽包1.5-2.5m³显著偏高；根据这种参数选择的汽包尺寸充裕，不仅使蒸汽空间体积较大，而且使蒸汽空间高度达到0.6m，根据资料，当汽包蒸汽空间高度达到0.5m后，汽、液分离效果接近最佳。

该双冷却系统中的各关键参数的选择充分考虑了生产的需求，与国内同类型的汽化系统相比，设备的关键参数均较大，具有充分的余量。

第二水箱5可以容纳软水。从而有效地避免了管道内结构引起的管道堵塞及水中杂质对管道的腐蚀，有利于延长竖炉大水梁的使用寿命。

下面将描述利用本发明的双冷却系统冷却竖炉大水梁的方法。

在正常情况下，使用汽化冷却系统，在打开分水管9后，依次关闭出水管4、关闭进水管2，待汽包6正常产生蒸汽，汽包6内的蒸汽压力值的测定可以根据需求进行设定，本发明实施例的汽包6压力的正常工作压力为0.6-0.8Mpa，达到正常工作压力后，开启蒸汽阀，关闭排空阀，完成汽化冷却系统的切换；随后将水从第二水箱5供应到汽包6，汽液混合物在汽包6内彼此分离，水从下降管7流到分水包8，分水包8中的水流到竖炉大水梁，产生的蒸汽流到汽包6，当汽包6压力达到一定的值后，蒸汽送往外部管网并到用户处，随着蒸汽往外送，汽包6水位下降，当汽包6的水位下降到设定的安全位置后，第二水箱通过泵11自动向汽包6供水，汽化冷却循环按照此循环进行。

当汽化冷却系统出现故障等需要切换到常温冷却系统时，开启汽包6排空阀，关闭主蒸汽阀，待汽包6压力低于0.2Mpa后，依次开启出水管4、打开进水管2，常温冷却系统中水的循环路径为从进水管2到竖炉大水梁，水与竖炉大水梁交换热量后经与上升管10连接的出水管4排出，其中，汽化冷却系统是主要的冷却系统，常温冷却系统是备用系统。该冷却过程中的汽化冷却系统中可以使用软水。排空阀和蒸汽阀是控制汽包内气压的阀门，以使用户根据需要进行切换、开关等，并且可以通过上述阀门利用蒸汽，在此不再赘述。

下面，利用本发明的双冷却系统冷却攀长钢10m²竖炉大水梁的作为示例说明，从攀成钢双冷却系统的实践来看，该系统有效地延长了竖炉大水梁使用寿命，该系统自投入使用已近10个月时间，未发现大水梁漏水现象，而采用该系统的常温冷却法一般初次发现漏水现象在3-6个月，因而明显提高了大水梁的使用寿命，双冷却系统中的主要冷却方式，即，汽化冷却避免了常温冷却存在的涡流现象，大水梁冷却更均匀，不会出现局部冷却不良的现象，并且汽化冷却采用脱氧软化水，管线中不易出现结垢现象，避免了因管线堵塞引起的冷却不良，且软化水中氧等杂质含量较低，减小了对管壁的腐蚀程度，从而利于提高大水梁寿命。

为了说明的简要，不再赘述其他实施例，虽然在实施例中仅描述了一部分实施例，但是本领域技术人员应该理解的是，本发明不限于在此描述的实施例，只要能够满足相同的效果即可，这些改变均包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于冷却竖炉大水梁的双冷却系统，其特征在于，所述双冷却系统包括常温冷却系统和汽化冷却系统，其中，常温冷却系统包括：第一水箱(1)，容纳水；进水管(2)，连接到第一水箱(1)和竖炉大水梁，并且进水管(2)的一侧设置有阀门(3)，用于实现常温冷却系统和汽化冷却系统之间的相互切换；出水管(4)，排出流过竖炉大水梁的水；

其中，汽化冷却系统包括：第二水箱(5)，容纳水；汽包(6)，设置在竖炉的出水端顶端并且包括蒸汽阀和排空阀，在汽包内形成液气分离空间；供水通道(13)，连接到第二水箱(5)，以将第二水箱(5)中的水供应到汽包(6)；下降管(7)，与汽包(6)连接，以将汽包(6)中的水排出；分水包(8)，连接到下降管(7)，以收集由下降管(7)排出的水；分水管(9)，一端连接到分水包(8)；多个上升管(10)，每个上升管(10)的一端连接到竖炉大水梁，每个上升管(10)的另一端连接到汽包(6)，以将在冷却竖炉大水梁的过程中产生的蒸汽收集到汽包(6)，

其中，通过将汽化冷却系统的分水管(9)的另一端与常温冷却系统中的进水管(2)相接，且上升管(10)与常温系统出水管(4)相接，实现双冷却功能。

2.如权利要求1所述的双冷却系统，其特征在于，常温冷却系统还包括分水装置(12)，设置在第一水箱和进水管之间。

3.如权利要求1所述的双冷却系统，其特征在于，汽化冷却系统的供水通道(13)包括泵(11)，以将第二水箱(5)中的水泵送到汽包(6)。

4.如权利要求1所述的双冷却系统，其特征在于，上升管(10)与竖炉大水梁垂直连接，上升管(10)和下降管(7)直接穿过放置汽包(6)的平台。

5.如权利要求1所述的双冷却系统，其特征在于，第二水箱(5)容纳的水为软水。

6.如权利要求4所述的双冷却系统，其特征在于，进水管(2)、分水管(9)和上升管(10)为多根。

7.如权利要求6所述的双冷却系统，其特征在于，进水管(2)分水管(9)和上升管(10)为4根。

8.如权利要求1所述的双冷却系统，其特征在于，汽包(6)的直径为1600mm，汽包(6)的长度为4800mm，上升管(10)和下降管(7)为直径为189-219mm的无缝钢管。

9.一种利用如权利要求1到8项中至少一项所述的双冷却系统冷却竖炉大水梁的方法，其特征在于，所述冷却方法包括下述步骤：

打开分水管(9)，依次关闭出水管(4)、关闭进水管(2)，待汽包(6)正常产生蒸汽后，开启蒸汽阀，关闭排空阀，完成汽化冷却系统的切换；

将水从第二水箱(5)供应到汽包(6)，汽液混合物在汽包(6)内彼此分离，水从下降管(7)流到分水包(8)，分水包(8)中的水流到竖炉大水梁，产生的蒸汽流到汽包(6)，当汽包(6)压力达到一定的值后，蒸汽送往外部管网并到用户处，随着蒸汽往外送，汽包水位下降，当汽包的水位下降到设定的安全位置后，第二水箱通过泵(11)自动向汽包(6)供水，汽化冷却循环完成；

当切换到常温冷却系统时，开启汽包排空阀，关闭主蒸汽阀，待汽包(6)压力低于0.2Mpa后，依次开启出水管(4)、打开进水管(2)，常温冷却系统中水的循环路径为从进水管(2)到竖炉大水梁，水由出水管(4)排出，

其中，汽化冷却系统是主要的冷却系统，常温冷却系统是备用系统。

10.如权利要求9所述的冷却方法，其特征在于，所述冷却方法中的汽化冷却系统中使用的水是软水。

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