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高炉水冷却工艺的技术比较和经济分析
王 苓 陈继亮
(中冶京诚工程技术有限公司,北京100176)
摘要：以2500 m3高炉为例,通过对不同循环水冷却工艺流程、特点及其经济效益进行比较,建议采用高炉各部分单独软水密闭循环冷却工艺和蒸发式空冷器换热设备,这对钢铁厂节水节电,降低运行费用,提高经济效益和节约成本具有重要意义。
关键词：高炉 单独软水密闭循环 净环水开路循环 蒸发式空冷器 板式换热器 经济效益
钢铁行业是用水大户,采用技术先进、经济实用的水处理工艺,不仅可以节能减排,降低吨钢耗水量,而且节约投资和降低运行费用,具有重要的经济效益和社会效益。
1 工艺技术比较和经济分析
以2 500 m3高炉为例来比较几种不同工艺流程的特点及其经济分析。在大中型高炉设计时,高炉冷却壁、热风阀和风口小套全部采用净环水开路冷却水的工艺已经不再使用,这里就不再参与比较了。下面就常用工艺做一下比较,仅供同行参考与交流。
1·1 工艺流程及技术经济比较
高炉冷却壁、热风阀采用软水密闭循环,该软水密闭循环系统目前较常用的有两种方式,一种是采用蒸发式空冷器软水密闭循环,另一种是采用板式换热器软水密闭循环;其工艺流程分别如图1、图2所示。
高炉冷却壁、热风阀采用软水冷却,冷却后水利用余压回到蒸发式空冷器或板式换热器进行降温,然后再用水泵加压送至高炉冷却壁和热风阀使用。蒸发式空冷器采用冷热风换热和净环水喷淋两种方式对管道内介质进行冷却降温;而板式换热器则采用二次冷却净环水对高炉冷却回水进行降温。以高炉冷却壁冷却水量为4 650 m3/h、热风阀冷却水量为550 m3/h为例,合计软环水量为5 200 m3/h。蒸发式空冷器工艺与板式换热器工艺,其技术经济比较如下:
(1)初期投资:若采用蒸发式空冷器工艺时,其蒸发式空冷器设备(不锈钢)投资约700万元,水泵和机械通风冷却塔投资约52万元,两者合计投资约752万元;若采用板式换热器工艺时,其板式换热器设备(不锈钢)投资约400万元,水泵和机械通风冷却塔投资约199万元,两者合计投资约599万元。
(2)电耗费用:采用蒸发式空冷器时,喷淋冷却水量约为总循环水量30%即1 560 m3/h,喷淋水泵扬程为35 m,水泵效率按70%计,则消耗电能约为213 kW;采用板式换热器时,二次冷却水量约等于循环水量即6 000 m3/h,二次冷却水泵扬程为35 m,水泵效率按70%计,则消耗电能约为817 kW。蒸发式空冷器和二次冷却水的风机功率大致相同。由上可知,采用蒸发式空冷器比采用板式换热器全年可节约电量为604 kW,若按0·5元/(kW·h)计,年节约电费为264·55万元。
(3)水耗费用:采用蒸发式空冷器时,喷淋冷却水量为1 560 m3/h,其补充水量为48 m3/h;采用板式换热器时,二次冷却水量为6 000 m3/h,其补充水量为136 m3/h;若每吨水费(包括工业新水、水资源费和排污费)按2·5元计,则年节约水费为192·72万元。
(4)水质稳定药剂费用:若每吨补充水投加药剂费用按0·5元计,则采用蒸发式空冷器时年节约费用为38·544万元。
(5)以一年运行时间为依据,对这两种工艺的初期投资和运行费用进行列表比较,见表1。
上述可知,采用蒸发式空冷器时,虽然初期投资费用较高,但运行费用较低,同时节约电能和水耗。
1·2 工艺流程及技术经济比较
高炉风口小套冷却方式目前有两种,一种是采用高压净环水系统;一种是采用软水密闭循环冷却水系统;此以2 500 m3高炉为例就这两种方式进行经济分析比较(冷却水量按1 500 m3/h考虑):净环水冷却系统工艺流程见图3。软水密闭循环冷却水工艺流程见图4。
软水密闭循环冷却水系统与净环水冷却系统其技术经济比较如下:
(1)初期投资:软水密闭循环若采用蒸发式空冷器(铜管)投资约225万元;水泵扬程设计为95 m,水泵及阀门投资约28万元,两者合计投资约253万元。若采用高压净环水系统冷却塔采用钢结构玻璃钢冷却塔投资约45万元;水泵扬程设计为170 m,水泵及阀门投资约80万元,两者合计投资约125万元。
(2)水耗费用:软水密闭循环系统由于介质水不与空气接触,不会被蒸发,系统补充软水量为0·6 m3/h,系统补充水量很小;蒸发式空冷器喷淋水一般为系统水量的30%,即喷淋水量为450 m3/h,蒸发水量按2%考虑(浓缩倍数为3),补充新水量为13·5 m3/h。若工业新水水价(包括水费、水资源费和排污费)每吨按2·5元计,软水每吨按5·0元计,则每年合计水费为32·193万元。
若采用高压净环水系统,由于介质水与空气接触,水分蒸发量较大,系统蒸发水量按2%考虑,补充新水量为45 m3/h。若工业新水水价(含水费、水资源费和排污费)按2·5元计,则每年合计水费为98·55万元。
(3)电耗费用:软水密闭循环系统,水泵扬程按95 m计(扬程是用来克服整个密闭系统的介质管道阻力),配电功率为550 kW;而采用高压净环水系统,水泵(扬程按170 m计)配电功率为990 kW;蒸发式空冷器风机功率和玻璃钢通风冷却塔功率相互抵消,喷淋冷却水泵功率很小,在此不加考虑。则采用软水密闭循环系统比采用高压净环水系统每年可节约电费[按0·5元/(kW·h)]为192·72万元。另外,由于软水密闭循环系统的电功率较小,配电设施费用也较低。
(4)以一年运行时间为依据,对这两种工艺的初期投资和运行费用进行列表比较,见表2。
上述可知,虽然初期投资软水密闭循环系统比高压净环水系统多,但运行费用较低。这不仅节约水电消耗,节约能源,降低钢铁吨钢耗水量,而且有利于环境保护。
1·3 软水密闭联合冷却系统和高炉各部分单独软水密闭冷却系统的比较
软水密闭联合冷却系统是高炉冷却水经冷却壁冷却后,部分冷却水经增压泵组加压后供风口小套、热风阀和风口中套等用户使用后一起流回到炉顶平台上的脱气罐和膨胀罐,再利用余压回到中心循环水泵站的蒸发式空冷器或板式换热器进行降温后重新循环使用。而高炉各部分单独软水密闭冷却系统在整个运行过程中炉体和风口小套系统各自单独软水密闭循环。软水密闭联合冷却系统工艺流程见图5。高炉各部分单独软水密闭冷却系统工艺流程见图6。
采用这种密闭联合冷却与采用高炉各部分单独密闭循环比较优劣如下:
优点:节省2套脱气膨胀罐系统。
缺点:
(1)由于多级串联造成系统管理复杂,一个系统出故障,另一个系统也受影响,维护管理不方便。
(2)若水泵采用集中布置,造成整个系统管路来回往复,系统容积增大,造成泄露几率升高,系统补充水量大。
(3)若水泵采用分散布置,又造成管理不方便,人力成本高。
(4)经上述综合分析,采用联合式密闭循环与采用高炉各部分单独密闭循环相比是弊大于利,建议积极推广采用高炉各部分单独密闭循环冷却方式。
2 结论
通过以上几种冷却方式的技术比较和经济分析,采用高炉各部分单独软水密闭循环冷却工艺和蒸发式空冷器换热设备,节水节电,运行费用低,经济效益明显;建议进一步对高炉风口小套采用单独软水密闭循环方式进一步总结研究,推广采用,以提高我国高炉冷却技术水平,降低吨钢耗水量,节能降耗,以便取得更大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] GB50050-2007工业循环冷却水处理设计规范
[2] 王芴曹,钱平.钢铁给排水设计手册.北京:冶金工业出版社,2002
作者通信处 王苓 100176 北京市亦庄经济技术开发区建安街7号
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