專利名稱:一種冷卻豎爐大水梁的雙冷卻系統(tǒng)及其利用方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域,具體地講,涉及一種用于豎爐大水梁的冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù):
目前,豎爐大水梁的冷卻工藝主要采用常溫冷卻法,為了保證冷卻效果,必須用大量循環(huán)水在豎爐大水梁及其附屬管道中循環(huán),循環(huán)水的流速較快,因此在豎爐大水梁中易產(chǎn)生渦流現(xiàn)象,使局部冷卻效果變差。例如,目前鋼廠廣泛用的IOm2豎爐為導(dǎo)風(fēng)墻式豎爐,其大水梁采用常溫冷卻法,根據(jù)經(jīng)驗,豎爐大水梁在更換后3-6個月即出現(xiàn)漏水現(xiàn)象,雖采取多種措施,豎爐大水梁的整體壽命僅可維持一年左右,同時循環(huán)水帶走的熱量不可再利用,造成了較大的能源浪費。到目前為止,為了提高冷卻效率并且解決上述問題,從而達(dá)到延長大水梁的整體 壽命的目的,大水梁汽化冷卻工藝已在國內(nèi)部分球團廠使用。然而,這些冷卻系統(tǒng)在生產(chǎn)中仍存在一些隱患,例如當(dāng)汽化系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備、工藝故障時,因無備用系統(tǒng),必須停產(chǎn)處理,對生產(chǎn)影響較大,并且在生產(chǎn)實踐中,冷卻系統(tǒng)管線不同程度地存在抖動現(xiàn)象,這對汽化系統(tǒng)、爐內(nèi)磚襯的安全生產(chǎn)帶來隱患。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供一種雙冷卻系統(tǒng),解決了當(dāng)汽化系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備、工藝故障時,因無備用系統(tǒng)而必須停產(chǎn)處理帶來的影響。根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明,提供一種雙冷卻系統(tǒng),該雙冷卻系統(tǒng)擴大汽包尺寸,增大上升、下降管直徑,確保了汽包充足的蒸汽空間,減少了管網(wǎng)阻力,加強水汽循環(huán),保證了系統(tǒng)的冷卻效果及運行穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供一種雙冷卻系統(tǒng)的冷卻方法,對大水梁的冷卻效果提高,并且解決了常溫冷卻系統(tǒng)由于渦流而產(chǎn)生的局部冷卻效果差的現(xiàn)象,延長了冷卻標(biāo)的的壽命,帶來極大的經(jīng)濟效益。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種雙冷卻系統(tǒng)的冷卻方法,該方法中采用脫氧軟化水,有效地避免了管道內(nèi)結(jié)構(gòu)引起的管道堵塞及水中雜質(zhì)對管道的腐蝕,有利于延長大水梁的使用壽命。根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供了一種用于冷卻豎爐大水梁的雙冷卻系統(tǒng),其特征在于,所述雙冷卻系統(tǒng)包括常溫冷卻系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng),其中,常溫冷卻系統(tǒng)包括第一水箱,容納水;進水管,連接到第一水箱和豎爐大水梁,并且進水管的一側(cè)設(shè)置有閥門,用于實現(xiàn)常溫冷卻系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng)之間的相互切換;出水管,排出流過豎爐大水梁的水;其中,汽化冷卻系統(tǒng)包括第二水箱,容納水;汽包,設(shè)置在豎爐的出水端頂端并且包括蒸汽閥和排空閥,在汽包內(nèi)形成液氣分離空間;供水通道,連接到第二水箱,以將第二水箱中的水供應(yīng)到汽包;下降管,與汽包連接,以將汽包中的水排出;分水包,連接到下降管,以收集由下降管排出的水;分水管,一端連接到分水包;多個上升管,每個上升管的一端連接到豎爐大水梁,每個上升管的另一端連接到汽包,以將在冷卻豎爐大水梁的過程中產(chǎn)生的蒸汽收集到汽包,其中,通過將汽化冷卻系統(tǒng)的分水管的另一端與常溫冷卻系統(tǒng)中的進水管相接,且上升管與常溫系統(tǒng)出水管相接,實現(xiàn)雙冷卻功能。常溫冷卻系統(tǒng)還可以包括分水裝置,設(shè)置在第一水箱和進水管之間。汽化冷卻系統(tǒng)的供水通道還可以包括泵,以將第二水箱中的水泵送到汽包。上升管與豎爐大水梁垂直連接,上升管和下降管可以直接穿過放置汽包的平臺。第二水箱可以容納的水為軟水。進水管、分水管和上升管可以為多根。進水管、分水管和上升管可以為4根。
汽包的直徑為1600mm,汽包的長度為4800mm,上升管和下降管為直徑為189-219mm的無縫鋼管。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供一種利用雙冷卻系統(tǒng)冷卻豎爐大水梁的方法,該冷卻方法包括下述步驟打開分水管,依次關(guān)閉出水管、關(guān)閉進水管,待汽包正常產(chǎn)生蒸汽后,開啟蒸汽閥,關(guān)閉排空閥,完成汽化冷卻系統(tǒng)的切換;將水從第二水箱供應(yīng)到汽包,汽液混合物在汽包內(nèi)彼此分離,水從下降管流到分水包,分水包中的水流到豎爐大水梁,產(chǎn)生的蒸汽流到汽包,當(dāng)汽包壓力達(dá)到一定的值后,蒸汽送往外部管網(wǎng)并到用戶處,隨著蒸汽往外送,汽包水位下降,當(dāng)汽包的水位下降到設(shè)定的安全位置后,第二水箱通過泵自動向汽包供水,汽化冷卻循環(huán)完成;當(dāng)切換到常溫冷卻系統(tǒng)時,開啟汽包排空閥,關(guān)閉主蒸汽閥,待汽包壓力低于O. 2Mpa后,依次開啟出水管、打開進水管,常溫冷卻系統(tǒng)中水的循環(huán)路徑為從進水管到豎爐大水梁,水由出水管排出,其中,汽化冷卻系統(tǒng)是主要的冷卻系統(tǒng),常溫冷卻系統(tǒng)是備用系統(tǒng)。所述冷卻方法中的汽化冷卻系統(tǒng)中使用的水可以是軟水。
通過下面結(jié)合示例性地示出一例的附圖進行的描述,本發(fā)明的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚,其中圖I是雙冷卻系統(tǒng)流程圖。
具體實施例方式為了避免大水梁中的渦流現(xiàn)象,采用了汽化冷卻系統(tǒng),從而延長水梁使用壽命,并且可回收部分熱量,使其通過蒸汽的形式能得以再利用,從而產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟、社會效益。汽化冷卻的優(yōu)點在于,首先,有效地利用了冷卻余熱,余熱所產(chǎn)生的蒸汽用于生產(chǎn)或發(fā)電,提高了能源利用率,其次,解決了常溫冷卻法易在大水梁形成的渦流現(xiàn)象,延長了大水梁使用壽命,再次,汽化冷卻系統(tǒng)采用脫氧軟化水,有效地避免了管道內(nèi)結(jié)垢引起的管道堵塞及水中雜質(zhì)對管道的腐蝕,有利于延長大水梁使用壽命。目前,汽化冷卻系統(tǒng)已在國內(nèi)部分豎爐得到了較成功的應(yīng)用。但是汽化冷卻系統(tǒng)仍存在以下問題,第一,汽化冷卻系統(tǒng)在日常生產(chǎn)中或多或少地存在管網(wǎng)振動問題,這對相關(guān)設(shè)備及爐內(nèi)磚襯的使用壽命造成不利影響,第二,汽化冷卻系統(tǒng)工作于高溫、高壓環(huán)境下,外部條件較為惡劣,設(shè)備發(fā)生故障的概率較大,當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時,不得不停產(chǎn)處理,對生產(chǎn)影響較大。
針對上述問題,經(jīng)多方改進,采用汽化、常溫并存的雙冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明提供了一種以汽化冷卻系統(tǒng)為主且常溫系統(tǒng)用于備用的雙冷卻系統(tǒng),當(dāng)汽化系統(tǒng)因故需停機時,在線切換為常溫系統(tǒng),確保豎爐生產(chǎn)不受任何影響。下面,將參照圖I詳細(xì)描述本發(fā)明的雙冷卻系統(tǒng)。該雙冷卻系統(tǒng)包括常溫冷卻系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng),常溫冷卻系統(tǒng)包括第一水箱I、進水管2、出水管4,常溫冷卻系統(tǒng)的水循環(huán)是從第一水箱I經(jīng)進水管2流到豎爐大水梁,而后經(jīng)出水管4排出。常溫系統(tǒng)中還可以包括分水裝置12,連接第一水箱I和進水管2,可以將第一水箱I中的水分流到多個進水管2中。汽化冷卻系統(tǒng)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和多個上升管10。汽化系統(tǒng)的上述部件構(gòu)成汽化冷卻系統(tǒng)的循環(huán)。經(jīng)由供水通道13及泵11,供應(yīng)到汽包6,汽包6中將水與從上升管10供應(yīng)的蒸汽分離,分離后的液體(也就是水)經(jīng)下降管7流到分水包8,分水包8中的水經(jīng)由分水管9流到豎爐大水梁,以冷卻豎爐大水梁,被豎爐大水梁蒸發(fā)的蒸汽進入到汽包6,汽化冷卻系統(tǒng)的循環(huán)如此反復(fù)進行。 在該雙冷卻系統(tǒng)中,汽化冷卻系統(tǒng)由分水包8分出的分水管9與常溫冷卻系統(tǒng)中的進水管2相接,上升管與出水管4相接,從而實現(xiàn)雙冷卻系統(tǒng)功能,常溫冷卻系統(tǒng)中的進水管2及出水管4 一側(cè)設(shè)置的閥門3用于實現(xiàn)常溫冷卻系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng)之間相互切換。下面,該豎爐大水梁的雙冷卻系統(tǒng)中的汽化冷卻采用自然循環(huán)冷卻方式,其原理是大水梁內(nèi)水被加熱后,形成的汽水混合物沿上升管10進入汽包6 ;在汽包6內(nèi)汽水混合物分離,蒸汽由蒸汽出口排出到外部管網(wǎng),水沿下降管7向下流動,重新進入大水梁,形成循環(huán);因上升管10中水汽介質(zhì)密度小,下降管7中水介質(zhì)密度大,從而形成壓頭,這即為汽化系統(tǒng)的總動力。介質(zhì)在管網(wǎng)中流動時,受到的總阻力由以下兩部分構(gòu)成1、管網(wǎng)的阻力,即管網(wǎng)的口徑、管網(wǎng)長度、管網(wǎng)布置所形成的阻力。2、循環(huán)水阻力,即因循環(huán)水流動產(chǎn)生的阻力;該阻力隨流量增加而增大。為確保大水梁冷卻效果,我們希望提高循環(huán)水流量,因此,當(dāng)水壓頭不變時,為提高循環(huán)水流量,必須盡可能減小管網(wǎng)阻力。網(wǎng)管振動的原因當(dāng)管網(wǎng)阻力大,液汽沿上升管10上行不暢,液汽在管網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生振蕩,引起管網(wǎng)振動,此時,循環(huán)水流量相應(yīng)下降,惡化了大水梁冷卻。汽包6的蒸汽空間選擇;汽包6作為水、汽分離場所,它的蒸汽空間是否合適決定了汽、液分離好壞,當(dāng)汽液分離不良時,汽泡進入下降管7,減少了下降管7中水的密度,降低了壓頭,從而降低了循環(huán)水流量,影響大水梁冷卻,嚴(yán)重時形成水擊,產(chǎn)生管網(wǎng)振動。同時,對汽化管網(wǎng)振動的機理進行了分析,出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因在于一些關(guān)鍵參數(shù)的選擇上,為了解決這種蒸汽對管網(wǎng)振動的影響,本發(fā)明進行了下述改進。汽包6設(shè)置在豎爐大水梁的出水端頂端,上升管10與豎爐大水梁垂直連接,上升管10和下降管7直接穿過汽包6放置處的平臺。這樣設(shè)置的管線將上升管10、下降管7直接穿入下層平臺,不再經(jīng)平臺邊緣繞行,以達(dá)到大幅縮短管線長度的目的。通過管線的重新布置,彎頭數(shù)量盡可能的少,彎頭也由直角改為斜角。上升管10與豎爐大水梁的接頭由大水梁側(cè)面接入改為由上面連接,符合了水、汽流動方向,減少了管線阻力。經(jīng)上述改造后,上升、下降管7長度大幅縮短,大水梁與汽包6的汽、液通道基本形成了“直上、直下”的關(guān)系,每根上升、下降管7僅保留3個彎頭,且彎頭角度均大于120。確保了液、汽流動的順暢,管網(wǎng)振動得到解決。
上面的上升、下降管7可以為多根,例如,4根,也可以根據(jù)所需要的蒸汽量以及冷卻效率進行設(shè)置。汽包6的直徑為1600mm,長度為4800mm,上升管10和下降管7為189-219mm的無縫鋼管。利用選擇的參數(shù)對蒸汽空間進行計算,使用根據(jù)汽包6的蒸汽空間計算公式V=L*[Γ*3.14/2-(r-h)」2rh_h2 _r2 *sin'1(l-h/r)],在上式中,L指汽包直筒部分長度,單位為
m ;h指弓形截面高度,單位為m ;r指汽包半徑,單位為m。計算出汽包蒸汽空間為3. 48m3,較傳統(tǒng)汽包I. 5-2. 5m3顯著偏高;根據(jù)這種參數(shù)選擇的汽包尺寸充裕,不僅使蒸汽空間體積較大,而且使蒸汽空間高度達(dá)到O. 6m,根據(jù)資料,當(dāng)汽包蒸汽空間高度達(dá)到O. 5m后,汽、液分離效果接近最佳。該雙冷卻系統(tǒng)中的各關(guān)鍵參數(shù)的選擇充分考慮了生產(chǎn)的需求,與國內(nèi)同類型的汽化系統(tǒng)相比,設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)均較大,具有充分的余量。
第二水箱5可以容納軟水。從而有效地避免了管道內(nèi)結(jié)構(gòu)引起的管道堵塞及水中雜質(zhì)對管道的腐蝕,有利于延長豎爐大水梁的使用壽命。下面將描述利用本發(fā)明的雙冷卻系統(tǒng)冷卻豎爐大水梁的方法。在正常情況下,使用汽化冷卻系統(tǒng),在打開分水管9后,依次關(guān)閉出水管4、關(guān)閉進水管2,待汽包6正常產(chǎn)生蒸汽,汽包6內(nèi)的蒸汽壓力值的測定可以根據(jù)需求進行設(shè)定,本發(fā)明實施例的汽包6壓力的正常工作壓力為O. 6-0. 8Mpa,達(dá)到正常工作壓力后,開啟蒸汽閥,關(guān)閉排空閥,完成汽化冷卻系統(tǒng)的切換;隨后將水從第二水箱5供應(yīng)到汽包6,汽液混合物在汽包6內(nèi)彼此分離,水從下降管7流到分水包8,分水包8中的水流到豎爐大水梁,產(chǎn)生的蒸汽流到汽包6,當(dāng)汽包6壓力達(dá)到一定的值后,蒸汽送往外部管網(wǎng)并到用戶處,隨著蒸汽往外送,汽包6水位下降,當(dāng)汽包6的水位下降到設(shè)定的安全位置后,第二水箱通過泵11自動向汽包6供水,汽化冷卻循環(huán)按照此循環(huán)進行。當(dāng)汽化冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障等需要切換到常溫冷卻系統(tǒng)時,開啟汽包6排空閥,關(guān)閉主蒸汽閥,待汽包6壓力低于O. 2Mpa后,依次開啟出水管4、打開進水管2,常溫冷卻系統(tǒng)中水的循環(huán)路徑為從進水管2到豎爐大水梁,水與豎爐大水梁交換熱量后經(jīng)與上升管10連接的出水管4排出,其中,汽化冷卻系統(tǒng)是主要的冷卻系統(tǒng),常溫冷卻系統(tǒng)是備用系統(tǒng)。該冷卻過程中的汽化冷卻系統(tǒng)中可以使用軟水。排空閥和蒸汽閥是控制汽包內(nèi)氣壓的閥門,以使用戶根據(jù)需要進行切換、開關(guān)等,并且可以通過上述閥門利用蒸汽,在此不再贅述。下面,利用本發(fā)明的雙冷卻系統(tǒng)冷卻攀長鋼IOm2豎爐大水梁的作為示例說明,從攀成鋼雙冷卻系統(tǒng)的實踐來看,該系統(tǒng)有效地延長了豎爐大水梁使用壽命,該系統(tǒng)自投入使用已近10個月時間,未發(fā)現(xiàn)大水梁漏水現(xiàn)象,而采用該系統(tǒng)的常溫冷卻法一般初次發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象在3-6個月,因而明顯提高了大水梁的使用壽命,雙冷卻系統(tǒng)中的主要冷卻方式,即,汽化冷卻避免了常溫冷卻存在的渦流現(xiàn)象,大水梁冷卻更均勻,不會出現(xiàn)局部冷卻不良的現(xiàn)象,并且汽化冷卻采用脫氧軟化水,管線中不易出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象,避免了因管線堵塞引起的冷卻不良,且軟化水中氧等雜質(zhì)含量較低,減小了對管壁的腐蝕程度,從而利于提高大水梁壽命。為了說明的簡要,不再贅述其他實施例,雖然在實施例中僅描述了一部分實施例,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是,本發(fā)明不限于在此描述的實施例,只要能夠滿足相同的效果即可,這些改變均包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻豎爐大水梁的雙冷卻系統(tǒng),其特征在于,所述雙冷卻系統(tǒng)包括常溫冷卻系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng),其中,常溫冷卻系統(tǒng)包括第一水箱(I),容納水;進水管(2),連接到第一水箱(I)和豎爐大水梁,并且進水管(2)的一側(cè)設(shè)置有閥門(3),用于實現(xiàn)常溫冷卻系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng)之間的相互切換;出水管(4),排出流過豎爐大水梁的水; 其中,汽化冷卻系統(tǒng)包括第二水箱(5),容納水;汽包¢),設(shè)置在豎爐的出水端頂端并且包括蒸汽閥和排空閥,在汽包內(nèi)形成液氣分離空間;供水通道(13),連接到第二水箱(5),以將第二水箱(5)中的水供應(yīng)到汽包(6);下降管(7),與汽包(6)連接,以將汽包(6)中的水排出;分水包(8),連接到下降管(7),以收集由下降管(7)排出的水;分水管(9),一端連接到分水包(8);多個上升管(10),每個上升管(10)的一端連接到豎爐大水梁,每個上升管(10)的另一端連接到汽包¢),以將在冷卻豎爐大水梁的過程中產(chǎn)生的蒸汽收集到汽包(6), 其中,通過將汽化冷卻系統(tǒng)的分水管(9)的另一端與常溫冷卻系統(tǒng)中的進水管(2)相接,且上升管(10)與常溫系統(tǒng)出水管(4)相接,實現(xiàn)雙冷卻功能。
2.如權(quán)利要求I所述的雙冷卻系統(tǒng),其特征在于,常溫冷卻系統(tǒng)還包括分水裝置(12),設(shè)置在第一水箱和進水管之間。
3.如權(quán)利要求I所述的雙冷卻系統(tǒng),其特征在于,汽化冷卻系統(tǒng)的供水通道(13)包括 泵(11),以將第二水箱(5)中的水泵送到汽包(6)。
4.如權(quán)利要求I所述的雙冷卻系統(tǒng),其特征在于,上升管(10)與豎爐大水梁垂直連接,上升管(10)和下降管(7)直接穿過放置汽包¢)的平臺。
5.如權(quán)利要求I所述的雙冷卻系統(tǒng),其特征在于,第二水箱(5)容納的水為軟水。
6.如權(quán)利要求4所述的雙冷卻系統(tǒng),其特征在于,進水管(2)、分水管(9)和上升管(10)為多根。
7.如權(quán)利要求6所述的雙冷卻系統(tǒng),其特征在于,進水管(2)分水管(9)和上升管(10)為4根。
8.如權(quán)利要求I所述的雙冷卻系統(tǒng),其特征在于,汽包(6)的直徑為1600mm,汽包(6)的長度為4800mm,上升管(10)和下降管(7)為直徑為189_219mm的無縫鋼管。
9.一種利用如權(quán)利要求I到8項中至少一項所述的雙冷卻系統(tǒng)冷卻豎爐大水梁的方法,其特征在于,所述冷卻方法包括下述步驟 打開分水管(9),依次關(guān)閉出水管(4)、關(guān)閉進水管(2),待汽包(6)正常產(chǎn)生蒸汽后,開啟蒸汽閥,關(guān)閉排空閥,完成汽化冷卻系統(tǒng)的切換; 將水從第二水箱(5)供應(yīng)到汽包¢),汽液混合物在汽包¢)內(nèi)彼此分離,水從下降管(7)流到分水包(8),分水包(8)中的水流到豎爐大水梁,產(chǎn)生的蒸汽流到汽包¢),當(dāng)汽包(6)壓力達(dá)到一定的值后,蒸汽送往外部管網(wǎng)并到用戶處,隨著蒸汽往外送,汽包水位下降,當(dāng)汽包的水位下降到設(shè)定的安全位置后,第二水箱通過泵(11)自動向汽包(6)供水,汽化冷卻循環(huán)完成; 當(dāng)切換到常溫冷卻系統(tǒng)時,開啟汽包排空閥,關(guān)閉主蒸汽閥,待汽包(6)壓力低于O.2Mpa后,依次開啟出水管(4)、打開進水管(2),常溫冷卻系統(tǒng)中水的循環(huán)路徑為從進水管(2)到豎爐大水梁,水由出水管(4)排出, 其中,汽化冷卻系統(tǒng)是主要的冷卻系統(tǒng),常溫冷卻系統(tǒng)是備用系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9所述的冷卻方法,其特征在于,所述冷卻方法中的汽化冷卻系統(tǒng)中使用的水是軟水。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于冷卻豎爐大水梁的雙冷卻系統(tǒng)利用其冷卻豎爐大水梁的方法。該雙冷卻系統(tǒng)包括常溫冷卻系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng),汽化冷卻系統(tǒng)下降管分水包分出的分水管與常溫系統(tǒng)進水管相接,而汽化冷卻系統(tǒng)上升管與常溫系統(tǒng)出水管相接,從而實現(xiàn)雙冷卻系統(tǒng)功能,常溫系統(tǒng)進水管一側(cè)設(shè)置的閥門實現(xiàn)常溫冷卻系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng)之間相互切換。汽化冷卻系統(tǒng)是主要的冷卻系統(tǒng),常溫冷卻系統(tǒng)是備用系統(tǒng)。汽包的優(yōu)化以及直上直下的連接方式解決了管網(wǎng)爆震問題和壽命問題,該雙冷卻系統(tǒng)保證了系統(tǒng)的冷卻效果及運行穩(wěn)定性。
文檔編號F27B1/24GK102927812SQ20121050549
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者熊澤明, 陳少軍, 陳定鈞, 吳蜀劍, 朱強 申請人:攀鋼集團成都鋼釩有限公司