汽化冷却介绍

汽化冷却介绍

发布日期：2010-6-17 [ 收藏评论没有找到想要的知识 ]

一、简单原理

（一）什么是汽化冷却

把加热炉炉底水管敞开式的水冷却系统改装成封闭系统。炉底水管吸收了加热炉的热量后被封闭系统中不断流动的热水带走。这样，系统中带有一定压力的热水吸收并带走了炉膛内炉底水管的热量。在流动过程中热水冷却了处于1200多度高温中的炉底水管并使自身转变成汽水混合物。系统产生的蒸汽可供外部用户使用，并不断向系统中补充消耗掉的水。周而复始，这样一个过程和系统即称为汽化冷却（系统）。

（二）原理

汽化冷却和余热锅炉的原理都很简单：就是将带有大量热量余（废）气（如高温烟气）、高温产品的余热（如焦炭、高温钢锭、待冷却的高温钢坯等）、冷却介质余热（如冷却水等）、化学反应后产生的余热等等引向一个吸热装置，使烟气等带有的热量被吸热装置中的水吸收，使水变成蒸汽或热水供用户使用。

二、特点及循环方式

（一）特点

采用汽化冷却来代替水冷却，除了可以充分利用余热回收大量热量外，还有如下优点

1. 节省大量冷却水（约30倍）；

2. 改善了钢锭的加热质量（减少“黑印”）；

3. 提高了炉底水管的使用寿命；

4. 节约用电；

5. 产生的蒸汽能得到充分利用。投资约4个月即可回收；

6. 回收蒸汽节约能源。

（二）循环方式

汽化冷却和余热锅炉的水循环方式均有强制循环和自然循环两种。

1. 强制循环是借用外力（如水泵、引射）来推动系统中的水，使之流动产生循环。设计强制循环系统的关键之处是由于各循环回路阻力不同。使各回路的循环水量会因阻力的大小而产生差异。有时会造成流量很小发生事故。一般采取的办法是在各循环回路的进口安装不同孔径的节流圈来控制阻力小的回路不能有过大流量。但是由于以下原因目前较少采用强制循环。

①管路较复杂、设备较多限制了气压的提高，维护成本相应增加；

②一次性投资大，经常运行成本较高；

③循环泵耗电，一旦电力故障，将引起循环破坏影响正常生产。

2. 自然循环即不借助外力，而是依靠循环系统本身上升管中的汽水混合物与下降管中水之间的比重差及汽包下降管入口之间距离的乘积这一较小的循环动力进行循环流动。在加热炉点火开始时，循环系统中上升管和下降管中都是水，故没有比重差也没有循环动力。再加上加热炉炉底水管在生产时处于水平状态，特别对小时产量较大的大型加热炉来讲，炉底水管的长度比较长使阻力增大，更增加了循环的困难。在燃料锅炉中，受热面禁止使用水平管，但在汽化冷却中基本上受热面全部是水平管。因此，要保证自然循环汽化冷却能正常运行，在设计和施工及操作的时候就必须注意以下几点：

①必须保证循环系统中水的流动是定向流动。即只能向我们要求的方向流动。要做到这一点就必须增加下降管的阻力同时要减小上升管的阻力。即在施工时，上升管走向管道越短越好。不能追求漂亮而应走最短距离为佳。对下降管来讲，应有一定的下弯深度，即炉底管中心线向下要有一定的距离。视加热炉的长度，下弯距离也有一定的要求，但最短不能小于

1.8米。

②循环供水量充足，即循环倍率适中；

③循环系统中汽水混合物的流动需保证一定的流速，即不能小于临界流速，否则会造成循环停滞、间断循环。严重时还会引起因炉底水管中发生“汽水分层”现象而引起损坏事故。根据循环回路中产气量的大小决定采用何种管径的上升管

④正常运行时，整个循环系统的运行压力不得低于0.3～0.35MPa，保证系统有一定的循环动力；

⑤尽量保持水位以保证循环流动的连续性，水位上下波动不能太大；水位波动不大，水中的“欠热”就少，吸热后能连续产生蒸汽，使之流动。若“欠热”太大，即水量补给太多时，汽包内水温较低，要吸收较多热量后才能达到汽化目的，这时就可能产生流动停滞现象，如运行时多次产生这种现象将会使炉底水管产生损坏，影响使用寿命。

⑥各循环回路中所受的热负荷一般应相差不大。

由此可知：在操作时，我们一定要严格控制给水量的大小。不能太多也不能太少。最好是消耗多少即产多少汽，就补多少水。保持水量恒定。同时此时压力变化也基本不变。若补水太多甚至超过了上升管的出口，则将使上升管中也充满了水。使整个系统失去了循环动力（无比重差）。就会发生循环停止，甚至不流动，将使炉底水管过热，或发生汽水分层现象。时

间一长，炉底水管损坏造成重大事故。另外运行时应保证压力在0.3MPa以上。压力越大。汽水混合物的比重越小。造成的循环动力也越多。据多年运行经验，只有当压力大于0.3MPa 时，汽化冷却系统才能建立循环流动。

3. 自然循环的启动方式

加热炉开炉时炉内为常温，同时上升管、下降管等循环回路中无蒸汽产生，故比重差为零。系统中没有循环动力，系统内水无法产生循环。为了保证系统顺利投入正常运行，必须采用一定的外力给予启动循环，一般采用以下三种方式:

①强制启动；

②在上升管一定部位接入蒸汽，采用蒸汽引射启动；

③不采用外力，利用系统本身缓慢升温逐渐进入自然循环状态，称为“自启动”。

由于强制循环启动增加较多设备、系统复杂，还须用电，一般不采用。现在一般采用蒸汽引射方式启动系统。但是，若没有蒸汽时只能采取“自启动”时，除精心设计外，在施工时，若条件许可，可将上升管与热风管道相接触并包扎在一起，或尽量靠近炉墙安装也可以起到“引射”作用。采用自启动时，加热炉升温速度宜逐渐缓慢升温，以避免突然升温使炉底水管突然受高温又来不及传热而产生变形、裂纹等现象。在“自启动”时，有的管道会发生水击声或管道发生振动现象。操作人员对之一定要引起重视。

三、加热炉汽化冷却系统和布置

（一）汽化冷却系统

1. 循环系统按循环分：有强制循环和自然循环两种

2. 按水循环回路分有以下几种:

①单独下降，单独上升；

②分组下降，单独上升；

③几种下降，单独上升；

④分组下降，分组上升；

⑤集中下降，分组上升；

按此系统分时，应注意各循环的热负荷（如纵管或横管）应基本接近。

汽化冷却系统主要是由汽包→下降管→炉底水管→上升管→汽包这样一个闭式循环组成。这个系统称为水循环系统，也称为“循环回路”。一座加热炉的汽化冷却系统是由若干个“循环回路”组成。

3. 水循环管路的布置

水循环管路特别是上升管，应尽量减少阻力。可采用大曲率半径的煨弯而少用冲压弯和三通，并且尽可能缩短上升管的长度等。安装时尽可能走最近的距离。在炉底水管与上升管的连接出口处，管道尽量不要向下弯曲。如不得已要下弯，也应尽可能缩短下弯间距。上升管的汽包入口应高于汽包最高水位面。在正常运行时，严禁汽包水位高于上升管入口。对于下降管来讲，则应尽可能的增加其阻力。一般是在下降管与炉底水管连接采用“U”形弯头或“水封”装置，并且尽可能的增加下弯深度以保证水循环系统能按照汽包→下降管→炉底水管→上升管→汽包这个方向进行循环。

（二）汽化冷却设备的布置

1. 汽包及操作室的布置

汽包是“工质”（即汽水及其混合物）在炉底水管、下降管、上升管中完成水循环过程的连接枢纽。特别对自然循环汽化冷却装置来讲，汽包的位置、高度将直接影响到系统运行的安全可靠性。一般对汽包的布置有如下几点要求：

①保证系统中各循环回路有足够的压头和尽可能小的流动阻力；

②为加热炉和汽化冷却的操作人员、维修人员提供方便和安全工作的条件；

③选定位置应便于施工安装

④在可能的情况下，尽可能的节省一次投资。

由上可知：汽包最佳位置是布置在加热炉厂房内靠近加热炉加热段的附近。高度一般为7～10米左右。或者是炉头上方等。此种布置要求此跨厂房内的行车能从上方通过，但也可安排在加热炉旁及厂房边行车不必通行的区域。

再有就是安排在厂房外距加热炉不远的另外建筑物（汽化楼）内。

如厂房内实在无法安置，则也可安放在加热炉上方两跨厂房之间的屋面上。但这样的布置虽然有足够的压头。但管道的长度增加很多。对汽包的支架也有特殊要求。其他如仪表、吊装、维护检修和人员操作等都带来不便，一次投资也增加。故小型的加热炉汽化冷却基本不采用这种不置，但是由于大型加热炉汽化冷却管路太多，难免与其它风、煤气等管路发生冲突，采用这种布置能较好的解决这个问题。

2. 操作室及设备的布置

操作室是操作人员操作汽化冷却的地方。该处应能让操作人员便于监视和操作汽化水位、压力，便于监视软水箱水位、给水泵的运作和软水设备的运行等全面情况。

在一般情况下，汽包平台若是单独设置则可分为二层或三层：汽包在三层（操作室也可在三层），操作室在一层或二层，给水泵、软化器、软水箱放底层；若二层，汽包在二层，给水

泵、软水箱、软化器在一层，操作室可在一层也可在汽包旁。

若汽包放在加热炉上方屋面上，则操作室及其他设备可另行选置安装。汽包水位、压力可用仪表及工业电视引至操作室。

总之要视现场情况妥然考虑。

四、安装附件及汽包内部装置及其作用

见余热锅炉讲义。

五、汽化冷却自动控制简单介绍

自然循环汽化冷却的运行有其特殊性。它要求水循环连续不断的稳定运行。而良好的操作可以保证做到这一点。根据第四次钢铁企业热力设计专业会议的决定。1978年2～3月上海院、鞍山院、重庆院、包头院和北京总院及上钢二厂等在上钢二厂630轧钢加热炉上进行的自然循环汽化冷却运行热力测定的情况表明：对于自然循环汽化冷却来讲，给水的变化和压力的变化对系统的安全运行有很大的关系。持续不断的供水（即消耗多少供给多少），对运行最有利，供水时间相差越长，对安全运行影响越大。有时还会产生“脉动”现象（使流动暂停，待产汽量足够时再次恢复流动）水位最低时产汽量最大。压力也随之增大，大量进水后造成炉水“欠热”增大，压力大幅度下降，使产汽量达最小，有时甚至产生“停滞”现象。故对自然循环汽化冷却来讲，对控制水位和压力就尤为重要。

一般主要对汽化冷却设置如下自动调节和远程控制仪表：汽包水位自动调节、汽包压力自动调节（放气阀的遥控调节、排污自动调节）、汽包高低水位报警、汽包高低压力报警。（注：为尽可能减少事故，括号内很少使用）

（一）给水自动控制

一般给水自动控制可分为两种：

1. 间断给水控制

本控制的给水泵在需要补水时自动打开，补水至规定水位时自动停泵（尽量做到勤补水，少补水并做到补水时压力变化不大），可以节省用电，且补水量可以由操作工自行调节。能保证正常生产，安全运行。

2. 连续给水控制

（二）汽包压力自动调节

六、汽化冷却的事故与事故处理

汽化冷却和余热锅炉都是工业炉热能综合利用的一种辅助设备。它们运行的安全与否不仅对工业炉的热效率的提高有直接关系，而且对轧钢、炼钢生产影响很大。特别是汽化冷却与工业炉戚戚相关。汽化冷却系统上的缺陷或操作不妥都会造成停产。少则停产几个钟头，多则甚至几天。严重时甚至会造成设备和人员事故，造成重大损失。安全为了生产，没有汽化冷却和余热锅炉的安全正常运行，也就没有轧钢、炼钢的高产量。

遇到下列情况是，汽化冷却应立即采取紧急停炉措施：

1. 发生炉底水管损坏（如红管、严重弯管、爆管等）；

2. 严重缺水，满水（经过处理判定为严重者）；

3. 五大附件之一损坏、失效（排污阀，只要一组失效）；

4. 水电故障

对于紧急停炉，不能采取立即降压换大量冷水的办法。因为汽化冷却是加热炉的一部分，一定要随加热炉的降温而逐步降压。不能脱离实际操作从而加重事故发生。

其他事故可参阅余热锅炉事故处理讲义。

七、交接班制度

要使汽化冷却能长期安全运行，建立各种规章制度给予很好的管理就十分必要。每班除保证有专人负责操作外（因加热炉汽化冷却操作工属于特殊工种，其操作人员必须具有劳动部门颁发的经过专门的培训并考试合格的上岗操作证方能上岗操作），还必须做好交接班工作。交接之前必须对所有设备系统，系统详细检查。确认无任何不正常情况时才可以接班。

交班之前，运行时，除随时巡回检查外，还必须对设备场地进行清洁工作。对所遇到的事情应做好记录。每小时对水位、压力、软水情况、设备状态记录一次。交接班时，二班人员必须当面交清前一班的运行情况，并做好交接班签名记录。