某钢厂水处理蒸发式空冷器技术改造

文_陈雅露 尹玲焕 武汉华德环保工程技术有限公司

1 改造项目的背景

某钢厂1号水站于2007年11月投产运行，主要负责主体厂1号炼钢连铸机和冶炼炉部分冷却用水及水处理任务，分开路循环水系统、闭路循环水系统、开路浊循环水系统3个循环水系统。闭路循环水系统现状共有19台蒸发式空冷器，分别为转炉氧枪（A1）、转炉副枪（A2）、连铸结晶器（A3）、连铸设备（A4）、LF炉设备（A5）的设备提供冷却水，由于有4台空冷器目前系统回水温度较低，热负荷也相对较低，暂时还可以满足系统温度需求，因此本次改造对象为其中的15台蒸发式空冷器。

表1 1号水站原有蒸发式空冷器技术参数

某钢厂2号水站是1996年配套二号炼钢平改转时所建，其主要任务是向2号炼钢转炉及连铸机系统供水及其回水的处理，装机容量7300kW，196余台设备。2007年由于转炉扩容，新建大方坯水处理系统，其任务是向2号炼钢新增大方坯3#连铸机、2#LF炉和RH真空炉供水及其回水处理，装机容量3139kW，80余台设备。本站共分净循环水系统、软水密闭循环系统（闭路系统）、烟气洗涤水处理系统、VD浊循环水处理系统、RH浊循环水处理系统、过滤器反洗水处理系统以及污泥脱水系统。软水密闭循环系统有13台蒸发式空冷器，分别服务于3#连铸结晶器、3#连铸设备、RH和LF炉，由于RH系统和LF炉目前系统回水温度较低，热负荷也相对较低，暂时还可以满足系统温度需求，因此本次改造对象为系统中的9台蒸发式空冷器。

表2 2号水站原有蒸发式空冷器技术参数

2 改造的必要性

某钢厂原有蒸发式空冷器设备自2007年投产至今已满负荷运行13年，设备长期处于高污染、大湿度环境下运行，加快了设备的折旧和不可逆的损毁，并且由于主体厂产量提升，连铸机连铸坯吨钢产量增加约13%，导致蒸发式空冷器降温效果不能满足生产需求。夏季高温高产状态，回水温度为54～55℃，通过空冷器降温，加上置换水，软水外供水温度在42℃左右，已无法满足主体厂≤40℃的供水标准。水站被迫大量置换一、二次新水来维持生产，导致新水量和用电量大幅增加。

原有蒸发式空冷器箱体外部腐蚀，不仅造成局部漏水，影响作业区的环境，同时给其他零部件也带来了不同程度的安全隐患。原有盘管材质为整体热浸镀锌或者碳钢，耐腐蚀性能较差，局部已经锈蚀严重甚至出现穿孔，造成软水泄漏。污垢和破碎的填料污染二次水水质，引起喷淋系统堵塞，喷淋不均匀，导致空冷器降温效果下降，不能满足工艺要求；喷头的堵塞也导致二次冷却水在水箱处大量外溢，污染现场环境。为确保主体厂正常生产，近两年水处理分厂加大蒸发式空冷器设备维修和备件更换力度，耗费高额维修费用。在国家大力倡导节能环保、绿色生产的大背景下，鉴于水站中各软水密闭系统蒸发式空冷器设备均已超过设计使用年限，人力和检修成本日益增长，对原有蒸发式空冷器进行升级改造迫在眉睫。

3 改造方案

为了恢复设备的降温能力同时满足现场基础条件及配管位置安装的要求，我们依据现场条件进行了重新设计，外形尺寸、电机功率及设备的温降满足设计要求，同时通过对重要零部件的材质提升来稳定设备降温能力，延长设备的使用寿命。对蒸发式空冷器重要零部件的材质进行比选，以选出适合现场需求的使用寿命更长的设备。

3.1 蒸发式空冷器

蒸发式空冷器是将板式换热器置于冷却塔中，结构紧凑、设备占地面积小。系统工作时，热工艺流体在蛇形盘管内由下向上流动，与外部的喷淋水完成热交换过程。低温喷淋水从盘管上方流过盘管表面，管内外冷热流体逆流形式热交换，升高温度的喷淋水经由顺流的冷干空气初步降温后再流经二次热交换层，由侧面进入的冷干空气进一步冷却后流到集水盘，重新循环利用。管外喷淋循环水的冷却过程采用了复合流技术，轴流风机带动空气均匀通过盘管和PVC热交换层，使得少部分喷淋水蒸发，以潜热和部分显热形式带走工艺流体放出的热量。闭式循环很好的保证了软水循环水的水质，从而保证了主体厂设备的高效运行。

3.1.1 耐腐蚀的不锈钢箱体

蒸发式空冷器常用的箱体材质有玻璃钢板、镀锌板、镀铝锌板、不锈钢板等。考虑到玻璃钢的刚性不足，容易老化变形，长期耐高温性差；镀锌板的镀锌层易脱落造成钢板整体腐蚀及施工时容易划伤；镀铝锌钢板一旦出现局部腐蚀，锈蚀现象会很快扩散到整个板面。不锈钢板表面光洁，有较高的塑性、韧性和机械强度，耐酸、碱性气体、溶液和其他介质的腐蚀，更适合于厂内的环境。

3.1.2 高效换热的盘管

在密闭循环中被冷却水在换热盘管内流动，把热量传给管外流体，实现降温。盘管对于蒸发式空冷器能否实现高效、节能的把水温降到设计要求，起着举足轻重的地位。常用的盘管管材有铜管、镀锌钢管、碳钢管和不锈钢管等。从使用寿命方面考虑，铜管和不锈钢管能够承受的使用环境更为广泛。不锈钢管的表面氧化层更加致密，水垢无法存留在表层，即使长期使用，也不会产生明显的水垢，相比之下，铜管虽然传热效率更高，但是铜管表面产生水垢的速度较快，容易影响水质和盘管的散热能力。厂内运行环境粉尘高，对水质水垢要求严格，故采用不锈钢材质的盘管。盘管的布置形式有错排和顺排之分，采用不同布置形式时设备效率存在差别，错排布置的传热系数较大，在相同条件下所需的盘管换热面积比顺排布置小，故选择错排布置的不锈钢盘管。

3.1.3 改性PVC薄膜填料

蒸发式空冷器中填料的作用是加大喷淋水与空气之间的接触面积，水在填料表面能够充分湿润形成均匀的水膜，达到强化热质交换的效果。因此理想的填料应该具有良好亲水性能，气流阻力小、价格便宜等特性。填料可分为：点滴式、薄膜式和点滴薄膜式；根据使用材料可分为：木材、石棉水泥、水泥网格、塑料、PVC、金属及陶瓷等等；根据形状可分为：S波、斜交错、台阶式梯形斜波、双向波以及斜折波等。常用的空冷器填料为淋水填料、S波（ST型）填料散热性强、通风阻力小，刚性大、表面积大，对水的再分配能力强，水膜形成均匀、停留时间长，孔径大，适合各种水质。

改性PVC薄膜填料，使用全新树脂粉经制基片后压制而成。填料片基片厚度>0.40±0.03mm，阻燃氧指数≥40；亲水憎油性能优越、耐温差变化，在65℃条件下时不发生几何变形，在-40℃条件下不破碎、不脆裂。本次改造使用阻燃型改性PVC薄膜型淋水填料。

3.1.4 均匀的配水系统

配水的均匀性直接影响着喷淋水膜的分布，从而影响冷却塔的效率。喷淋布水器结构简单、坚固、耐用，对水压适应能力强，一般由干管和支管组成，其上安装有若干喷嘴，喷嘴呈正方形排列。喷淋布水器的干管通常为钢制圆管或水箱，材质有普通碳钢和不锈钢等，支管有PVC管、不锈钢管等。本次改造采用喷淋布水器，配套使用大流量防堵塞的提篮式喷嘴，保证布水均匀、可靠。

3.1.5 风机直连传动

风机驱动系统用于将冷却塔散热排入大气环境中。直连传动的设备中间环节减少，出故障的几率降低，减少了购买成本和维修成本，节约资源。直接传动，降低了中间传动能量的损耗，效率较高；操作简单，可靠性强；设备维修方便，便于管理。故本次改造采用直连传动。

3.2 改造内容

拆除原有24台空冷器，依据现有尺寸重新设计，在原址重新安装24台经过升级改造后的空冷器，以恢复现有系统的设计值。

某钢厂1号水站拆除蒸发式空冷器共15台：氧枪系统4台；副枪系统1台；结晶器系统4台；连铸设备系统5台；LF系统1台。2号水站拆除蒸发式空冷器共9台：结晶器系统4台；连铸设备系统5台。某钢厂1号水站新增YCF-120蒸发式空冷器2台，YCF-500蒸发式空冷器9台，YCF-165蒸发式空冷器4台；2号水站新增YCF-200蒸发式空冷器9台；合计24台。

表3 1号水站改造后蒸发式空冷器技术参数

表4 2号水站改造后蒸发式空冷器技术参数

4 改造后经济及环境效益

分别对两个水站的24台蒸发式空冷器进行升级改造后，恢复软水密闭系统设备降温能力，保证主体厂正常生产情况下供水温度，同时满足主体厂在高产、高温工况下（4～10月）的供水温度达到设计指标（≤40℃），保障主体厂产品质量、生产顺行和安全生产。每年节省电费54.7万元，节约新水费280.8万元，合计约335.5万元；节约检修和备件消耗费用每年约73.82万元。减少软水补水量43.8万m3，减少净化水补水量36万m3。

5 结语

通过本次升级改造，恢复了蒸发式空冷器的降温能力，满足主体厂产能提升的同时节省大量电费，新水费，检修及备件消耗费用；消除软水和二次喷淋水的泄漏现象，减少了软水及净化水补水量，从而减小后续工序的环保压力；改善了现场排水水质及状况，有利于实现雨污分流。不仅满足了主体厂正常生产所需供水温度，同时产生了可观的经济及环境效益。