轧钢加热炉汽化冷却改造可行性分析

轧钢加热炉

改水冷却为汽化冷却可行性分析报告

轧钢厂周剑春

一、概述

加热炉炉内支撑梁（炉筋水梁）的冷却方式有汽化冷却和水冷却两种。其目的均为吸收炉筋管所积聚的热量，将其带出炉外，从而保护炉筋水管，使之不致过热而丧失强度。

目前国外绝大多数钢厂加热炉炉筋管均采用汽化冷却方式进行冷却，国内是有特殊要求才采用，特点是缺水缺电地区应用更为广泛。早期，困扰步进梁式加热炉汽化冷却装置正常运行的关键部件——旋转接头组件的漏水问题，现在有完美的解决方法，已不存在投资汽化冷却系统的技术难题。

二、汽化冷却系统整体方案

目前轧钢厂有棒材线两条，双高线一条，以下为三条轧线加热炉改造的分析。

1.汽化冷却系统设计方案

1.1汽化冷却系统的组成

汽化冷却系统由炉筋水管（固定梁、活动梁及其立柱）等炉内冷却构件、汽水强制循环设备、补给水系统、给水除氧系统、蒸汽系统及排汽系统、排污系统、软水加药系统、取样冷却系统、压力容器（汽包）、管道及附件、阀门和检测控制仪表等组成。

1.2汽化冷却系统设计和运行参数

工作压力：0.8 MPa (一般在0.45-1.2 MPa范围内)

设计压力： 1.27 MPa

工作温度：194 ℃（饱和蒸汽）

产汽量：平均：8～10t/h炉，最大12t/h炉

最大用水量：12t/h炉

1.3汽化冷却系统主要设备配置

1.3.1汽包

汽包数量：1台/炉

容器类别：一类

其它：带就地及远传水位计、压力表、安全阀等

1.3.2电动循环水泵

数量：2台/炉

1.3.3柴油机循环水泵

数量：1台/炉

控制方式：全套带自动控制，10s内启动并达到工况全负荷

1.3.4旋转接头组件

每组旋转接头组件由三个球体转动接头、管件及连接管道组成，依靠三个球体转动接头的转动来完成要求的动作。其动作需灵活、平稳、可靠，故应设置防震装置，导向装置及弹簧吊架等。

数量：8组/炉（24个/炉）

1.3.5排汽消声器

数量：1台/炉

1.3.6软水泵

数量：2台/炉

1.3.7电动给水泵

数量：2台/炉

1.3.8柴油机给水泵

数量：1台/炉

1.3.9常温除氧器

数量：1台/炉

1.3.10软水箱

数量：1台/炉

1.3.11定期排污扩容器

数量：1台/炉

1.3.12磷酸盐加药装置

数量：1台/炉

1.3.13取样冷却器

数量：2台/炉

1.4设备布置

汽化冷却系统设循环水泵站，循环水泵站分二层布置。汽化冷却泵房设置通风设施。

地坑主要布置分配联箱，入口步进装置、出口步进装置，泵站一层布置电动热水循环泵、柴油热水循环泵、软水泵、给水泵、磷酸盐加药装置、取样冷却器、除氧器及排污水系统的定期排污扩容器。二层主要布置汽包，汽包排汽消声器布置于第二层屋顶。

1.5热力管道及其保温

加热炉汽化冷却系统热力管道主要包括蒸汽管道、放散及排放管道、软水管道、给水管道、排污管道、循环回路管道等。

水泵间和炉子地坑部分的保温绝热管道主保温材料采用复合硅酸盐板，其他部位保温绝

热管道主保温材料采用岩棉管壳，外包镀锌铁皮。

1.6汽化冷却系统工艺流程

由软化站来的软化水进入软水箱，通过软水泵经调节阀送入除氧器，除氧后符合《低压锅炉水质》标准的水由给水泵通过给水调节阀送入汽包。

汽包通过下降管，接至循环水泵的进水联箱，供给三台循环水泵（其中两台循环水泵由电机驱动，另一台由柴油机驱动，作为停电事故备用）加压使其在炉筋水管与汽包间进行强制循环。汽化冷却系统共有9个单冷却回路，包括5个固定梁冷却回路和4个活动梁冷却回路。

即从汽包引出的2条下降管，接至循环水泵进口主管，经循环水泵加压后，由出口主管分出两路支管。一路接至炉内固定梁入口联箱，经固定梁各冷却回路至出口联箱，由一根集中上升管送入汽包；另一路接至步进梁入口联箱，经步进梁各冷却回路至出口联箱，并由一根集中上升管送入汽包。返回汽包的汽水混合物经汽水分离后，汽送入蒸汽管网，水重新循环。

正常运行时，保持汽包压力恒定在0.8MPa。

1.7汽化冷却系统运行控制

汽化冷却采用强制循环，配有柴油驱动循环水泵和电动循环水泵，在电力系统发生供电故障或供水不足等紧急状态时，可通过柴油泵维持冷却系统的强制循环，有效地保证炉内冷却构件的安全；同时在断电情况下，汽包给水由备用柴油给水泵供给，保证汽包不断水。

1.7.1仪表控制系统

整个汽化冷却系统设置如下仪器控制项目：

A、汽包液位、给水流量、蒸汽流量的检测、报警、调节控制。

B、汽包压力、给水压力的检测、报警、调节控制

C、包括9个支管汽化水的流量检测、报警。

D、软水箱水位控制。

1.7.1.1汽包设有排污管，满足冲洗和连续排污的需要；同时设有启动放散管、排空气管和就地水位计，还设有两套独立的远传水位信号指示，当汽包水位过低时，发出联锁停炉信号。

1.7.1.2在每一冷却回路（9个回路）的进水管上均设置流量测量及调节装置，调节每一回路循环流量。运行中，当某一回路的循环水量低于设定值时，发出报警，通过调整流量调节装置，使该回路的流量恢复正常。

1.7.1.3在循环水泵的进水和出水联箱之间设置压差测量，压差低时发出报警信号，启动备用电动循环水泵或柴油机循环水泵，当在给定的时间内压差值不能恢复到正常值，同时支管流量发出低流量报警时，发出联锁停炉信号。

1.7.1.4软水箱水位控制：软水箱水位超过高位，关阀；软水箱水位低于下位，开阀。

1.7.1.5汽包压力控制：当汽包压力高于报警值时，开启蒸汽放散阀。

1.7.1.6蒸汽放散控制：汽包蒸汽压力高于设定报警值时，开启放散调节阀。

1.7.2电气控制系统

1.7.

2.1电动给水泵的控制

当运行中的1台电动给水泵发生故障停机时，备用的电动给水泵应自动投入运行，各给水泵应可以同时单独运行；停电时，柴油机给水泵应能自动投入运行。

1.7.

2.2电动循环泵的控制

2台电动循环泵互为联锁备用，1台电动循环泵发生故障停机时，另一台电动循环泵自动投入运行，各循环泵需可以同时运行；停电时，柴油机循环泵自动投入运行。

三、改造工期

整个水冷系统改造成为汽化冷却系统工程包括如下施工过程或阶段：

a、水泵间及汽化平台土建施工；

b、水泵设备安装；

c、汽包安装；

d、水泵房管道安装；

以上施工过程可在不停产的情况下施工完，以下施工过程需在停产后进行：

e、凉炉清渣；

f、炉底耐火材料拆除；

g、原有水梁拆除；

h、下部钢结构安装；

i、水梁立柱安装；

j、炉底汽化管道安装；

k、水梁纵梁安装；

l、水梁探伤、打压及汽化管道系统打压；

m、汽化管道系统冲洗；

n、水泵调试；

o、设备联动试车；

p、烘炉

停产施工包括加热炉烘炉（15天）共需约70天左右时间。

四、汽化冷却系统投资估算

采用汽化冷却，三座加热炉的软水处理设施可以放在一起（可纳入加热炉总包范围）。每座加热炉用软水12t/h，三座加热炉共需补充软水36t/h左右，软水处理设施投资约350万元。

每座炉子汽化冷却装置（包括炉外汽包及所有管道、管接头；不包括炉筋水管）投资额约210万元，电气控制系统约60万元，炉筋水管（包括水梁、滑块及钢结构）改变约增加

投资145万元，耐火材料费用约35万元，拆除原有水冷系统费用约60万元，设计及其他费用约需50万元，即每座加热炉需投资汽冷装置、控制系统及其它设施费用共560万元。

三座加热炉的汽化冷却系统（包括软水处理设施）共需投资改造资金2030万元。

五、效益核算

1.静态投资

三座加热炉的汽化冷却系统共需投资改造资金2030万元。

2.运行费用比较

2.1循环水费用比较

水冷却循环水费用：循环水用水量为650m3/h炉，循环水水价为0.7元/m3，每年加热炉按运行350天计（检修15天），年耗水量650*8400=504万m3/炉，折合人民币352.8万元/年.炉，三座加热炉共需费用1058.4万元/年。

补充水（新水）：加热炉补充新水每小时约0.5m3，全年耗新水约为0.5*8400=0.462万m3，新水价格为0.175元/m3，折合人民币2541元/年炉，三座加热炉耗新水费用7623元/年。

两项合计，采用水冷三座加热炉全年循环水运行费用达1059.1623万元/年。

汽化冷却的软水按12t/h炉计算，三座加热炉年耗软水量为36*8400=30.24万m3，软水水价为2.4元/m3，折合人民币72.576万元/年。

采用汽化冷却与采用水冷却相比，三座加热炉可节约循环水运行费用：

1059.1623-72.576=986.5823万元/年

2.2耗电比较

轧钢两个水站现在配备4台大功率净环水水泵，棒一线每台水泵电机功率为110kw，双高线和二棒线共用每台水泵电机功率为220kw，正常生产时四台泵同时工作。一年内四台泵累计工作时间为8400h（除去年检修时间15天），累计耗电为（110*2+220*2）*8400=554.4万kwh，按使用电价1元/kwh，折合人民币554.4万元。

采用汽化冷却所配用的电机（给水泵、循环泵、软水泵各一台）合计功率约为130kw，年累计耗电量为130*8400=109.2万kwh，按使用电价1元/kwh，折合人民币109.2万元。

采用汽化冷却与采用水冷却相比，年可节约耗电费用：

554.4-109.2*3=226.8万元

故采用汽化冷却与采用水冷却相比，三座加热炉年可节约运行费用：

986.5823+226.8=1213.3823万元。

3.热电联产效益

三座加热炉平均按20t/h产汽量，汽压0.8MPa，温度为194℃的饱和蒸汽计算，每小时可发电约4200kwh。全年按350天（8400h）计，共可发电3528万kwh/年。

按使用电价1元/kwh，可取得发电效益3528万元/年。

2、3项合计减去静态投资，采用汽化冷却可新增效益：

1213.3823+3528-2030=2711.3823万元/年。

4.投资回收周期

三套汽化冷却系统与采用水冷却相比实际投入2030万元，折旧按10年计算，每年折旧费用为203万元，则回收周期为0.82年，10个月左右便可收回投资。

六、结论

采用汽化冷却与采用水冷却相比，可节约用水，节约水处理基础设施投资及其运行成本，还可实现热电联产，如将其与炼钢系统机组联网能起到稳定汽源、提高发电效率的作用，经济效益可观，值得投资。