高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的改進(jìn)與實(shí)踐

尉良營，仇志國，孫寶芳，朱傳引，王永波

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島 266409）

1 前言

青鋼煉鐵廠2016 年10 月2 座高爐全部達(dá)產(chǎn)后，中心水泵房供水系統(tǒng)各項(xiàng)供水指標(biāo)滿足高爐各用戶用水需求，工業(yè)水日耗總水量達(dá)1 800 m3，水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到要求，其中高爐除鹽水系統(tǒng)濁度偏高，工業(yè)水系統(tǒng)氯離子、總硬度偏高，水系統(tǒng)水質(zhì)嚴(yán)重制約著煉鐵系統(tǒng)冷卻設(shè)備的壽命和冷卻效果的關(guān)鍵因素，較好的水質(zhì)能夠減緩冷卻設(shè)備的腐蝕與結(jié)垢，延長冷卻設(shè)備使用壽命。噸鐵水耗直接影響著生產(chǎn)成本、制約著公司效益，因此改善水質(zhì)、節(jié)約用水、降低噸鐵水耗是煉鐵廠研究的課題。

2 高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀分析

通過對高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水情況的調(diào)研分析，總結(jié)出目前青鋼1#、2#高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要存在以下問題。

2.1 軟水外排未有效利用

高爐軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)是當(dāng)前國內(nèi)外使用較為廣泛的一種高爐冷卻設(shè)備，利用軟水循環(huán)進(jìn)行冷卻可以有效清除結(jié)垢，腐蝕輕，冷卻效果好，可以提高高爐的使用壽命和冷卻設(shè)備的使用壽命。此外軟水冷卻水量消耗小，耗水量只有循環(huán)水量0.1%～1.0%。但是軟水對水質(zhì)的要求非常高，需要定期向系統(tǒng)投加緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑，以控制設(shè)備和管道的腐蝕、結(jié)垢及細(xì)菌的生長。但是這樣也會(huì)使軟水的濁度升高，影響高爐設(shè)備用水，因此需要定期排水，沒有得到有效利用。

2.2 凈環(huán)水外排未有效利用

由于青鋼特鋼所處地區(qū)的淡水資源供應(yīng)相對緊張，為了在最大程度上節(jié)約有限的水資源，經(jīng)過謹(jǐn)慎權(quán)衡和深思熟慮后，選擇利用富含礦物質(zhì)的海淡水作為凈環(huán)水系統(tǒng)的主要補(bǔ)給用水。然而，海淡水的硬度較低，腐蝕性卻異常強(qiáng)烈（氯離子濃度偏高），這可能會(huì)導(dǎo)致水的質(zhì)量超標(biāo)，從而加劇供水管道和設(shè)備的腐蝕，進(jìn)而可能對生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重影響。為了確保水質(zhì)的合格和衛(wèi)生，必須定期更換一定量的凈環(huán)水。據(jù)計(jì)算，水泵房每日凈環(huán)水的新水消耗量大約為1 200 t，其中蒸發(fā)、飄逸量約占500 t，排污、置換外排量約為700 t。然而，在凈環(huán)水的蒸發(fā)和濃縮過程中，補(bǔ)充的新水量卻相對較少，這導(dǎo)致水質(zhì)經(jīng)常出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，尤其是水的硬度和氯離子指標(biāo)未達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了確保水質(zhì)的合格和達(dá)標(biāo)，必須適當(dāng)增加換水量，以避免頻繁出現(xiàn)水質(zhì)問題，尤其是避免類似硬度和氯離子超標(biāo)的問題。在日常工作中，以往在置換凈環(huán)水時(shí)，直接外排至排水溝，這種做法不僅浪費(fèi)了大量寶貴的水資源，還增加了員工的工作量，增加了高爐生產(chǎn)的成本，也讓生產(chǎn)效率大打折扣［1-3］。

2.3 2#高爐除鹽水泵組與柴油機(jī)連鎖自啟條件未完善

高爐循環(huán)水系統(tǒng)主要有軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)（除鹽水系統(tǒng)），凈環(huán)水系統(tǒng)（工業(yè)水系統(tǒng)）和高爐沖渣水系統(tǒng)。一旦中斷用水，不但會(huì)引起停產(chǎn)造成損失，使連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)失調(diào)，而且還可能會(huì)使某些受冷卻水保護(hù)的設(shè)備被燒壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成重大事故［4］。因此，為了保護(hù)高爐生產(chǎn)設(shè)備的安全，必須要有合理可行的安全供水措施。所以根據(jù)實(shí)際情況和工藝要求設(shè)置了4 臺(tái)柴油機(jī)泵，分別設(shè)在1#爐除鹽水1 系、2#爐除鹽水1 系、2#爐除鹽水2、3 系以及高壓凈環(huán)水4 個(gè)泵組。但在實(shí)際的生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，2#高爐除鹽水泵組與柴油機(jī)連鎖自啟條件存在以下問題。

（1）2#高爐除鹽水2、3 系泵組與柴油機(jī)泵連鎖關(guān)系：初始設(shè)計(jì)條件是當(dāng)2、3兩系統(tǒng)的泵全部停止運(yùn)行后，2、3系柴油機(jī)泵才能自行啟動(dòng)；但當(dāng)2、3系統(tǒng)若有任意一系的泵停止運(yùn)行時(shí)，2、3 系柴油機(jī)泵不能啟動(dòng)?？赡茉斐傻奈：Γ河捎诔}水2系給風(fēng)口中套、直吹管、熱風(fēng)爐閥門供水，3 系給風(fēng)口小套供水，都是高爐的重要冷卻設(shè)備，所以短暫的缺水可能導(dǎo)致高爐風(fēng)口小套、風(fēng)口中套、直吹管、熱風(fēng)爐閥門當(dāng)中的某些設(shè)備溫度過高而燒毀。

（2）2#高爐除鹽水1系與2、3系連鎖關(guān)系：初始設(shè)計(jì)條件是當(dāng)3 個(gè)系的泵組全部停止運(yùn)行時(shí)，2、3系柴油機(jī)泵的啟動(dòng)是在1 系柴油機(jī)泵啟動(dòng)之后5 s才開始啟動(dòng)?？赡茉斐傻奈：Γ焊郀t會(huì)因?yàn)槎虝旱娜彼l(fā)生一些不可預(yù)知的設(shè)備和安全事故。

3 改進(jìn)方法

3.1 軟水循環(huán)再利用

在早期，軟水系統(tǒng)更換水時(shí)產(chǎn)生的排放水直接進(jìn)入排水設(shè)施，由此導(dǎo)致的水資源浪費(fèi)較為嚴(yán)重。然而，通過對軟水化驗(yàn)結(jié)果的全面分析，可以發(fā)現(xiàn)排放的軟水在水質(zhì)方面大致能滿足高爐凈環(huán)水的需求。于是將目光聚焦在如何充分利用這部分排放水的問題上。為此，進(jìn)一步對現(xiàn)有的水處理設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，嘗試將排放水和直補(bǔ)冷卻水源相結(jié)合，將軟水處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的排放水導(dǎo)入凈環(huán)水池。隨著時(shí)間的推移，軟水化驗(yàn)結(jié)果也顯示出了令人欣喜的變化：排放水的水質(zhì)在經(jīng)過一系列處理后，不僅提高了其質(zhì)量，還降低了水質(zhì)對設(shè)備的影響。不僅節(jié)省了大量水資源，也對提高企業(yè)生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本起到了積極作用。

3.2 1#高爐排放水導(dǎo)入凈環(huán)水池的方式

空氣冷卻器內(nèi)的噴淋水排污管道，成為除鹽水流入的通道。經(jīng)過這些管線，除鹽水由噴淋水的排污管道進(jìn)入空氣冷卻器，并通過噴淋水的出水管道進(jìn)入噴淋水回水總管［5-6］。然后，除鹽水會(huì)沿著噴淋水回水管道最終排放到工業(yè)水水池中。

3.3 2#高爐排放水導(dǎo)入凈環(huán)水池的方式

因2#高爐Y 型過濾器排污管道離其凈環(huán)水回水池的位置極近，選擇直接對管道實(shí)施改造，將其接入至工業(yè)水池之中。

3.4 改善水質(zhì)

軟水外排水導(dǎo)入凈環(huán)水池后通過對凈環(huán)池取樣化驗(yàn)分析后得出以下結(jié)論，見表1。

表1 水質(zhì)改造前后分析數(shù)據(jù)

通過對這些改進(jìn)效果的觀察與分析，可以推測出，此次水質(zhì)改良活動(dòng)的成功，離不開科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、先進(jìn)的技術(shù)手段以及合理的維護(hù)管理。

首先，在優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，改造工程有效地對現(xiàn)有的軟水閉路循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整。具體來說，在改造過程中，采用了先進(jìn)的水處理技術(shù)，如離子交換、吸附等，以去除水中的有害物質(zhì)，提高水質(zhì)。此外，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如改進(jìn)水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，可以更準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)，為水質(zhì)改善提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持。

其次，在先進(jìn)技術(shù)手段方面，改造工程采用了多種創(chuàng)新方法。比如，合理選擇藥劑，以及嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝進(jìn)行操作，確保了水質(zhì)的穩(wěn)定性。

最后，在維護(hù)管理方面，改造工程注重精細(xì)化管理，定期對設(shè)備進(jìn)行清洗、維護(hù)，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外，通過對廢水進(jìn)行有效回收和利用，不僅降低了水質(zhì)污染，還節(jié)省了水資源。

綜上所述，此次高爐凈環(huán)水水質(zhì)的改進(jìn)，得益于科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、先進(jìn)的技術(shù)手段和合理的維護(hù)管理。這為其他企業(yè)在水質(zhì)管理方面提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為推動(dòng)水資源的可持續(xù)利用做出了積極的貢獻(xiàn)。

3.5 經(jīng)濟(jì)效益

改造前后水量見表2。

表2 水量改造前后數(shù)據(jù)t/周

從數(shù)據(jù)清晰可見，經(jīng)過設(shè)備的智能化改造后，每周工業(yè)用水的消耗量大幅減少了2 000 t，這個(gè)量的下降是非常顯著的。依照標(biāo)準(zhǔn)水價(jià)每噸4 元的規(guī)定，通過詳細(xì)的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，設(shè)備改造的成果可以為公司每年節(jié)省資金超過40 萬元，為企業(yè)節(jié)省了成本，也使得資源利用更加合理。

在效率和經(jīng)濟(jì)效益上，改造的效果非常顯著。在改造前，每周的凈環(huán)水排放量高達(dá)3 500 t，不僅造成了極大的資源浪費(fèi)，也對環(huán)境造成了影響，這樣的污染量顯然不利于公司的可持續(xù)發(fā)展。然而，通過智能化改造之后，這樣的情況得到了根本性的改善，每周的凈環(huán)水排放量大幅度下降至1 500 t，僅為改造前的三分之一，這無疑減少了資源浪費(fèi)，同時(shí)也減輕了對環(huán)境的壓力。

與此同時(shí)，改造后的設(shè)備還具備了更加高效的節(jié)水功能，在凈環(huán)水蒸發(fā)量方面，設(shè)備每小時(shí)可以吸收和轉(zhuǎn)化水蒸氣的效率較改造前增加了5%，這使得每周的凈環(huán)水蒸發(fā)量減少了700 t，這對于節(jié)省水資源有著非常顯著的效果。

綜上所述，從改造前后的數(shù)據(jù)對比可以看出，智能化改造后的設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在降低能源消耗的同時(shí)，減少了水資源的浪費(fèi)，而且在經(jīng)濟(jì)效益上也為公司節(jié)省了大量資金。這一成果的獲得是智能化改造成功的一個(gè)縮影，也是現(xiàn)代企業(yè)追求可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。

3.6 優(yōu)化供水方式

考慮到高爐整個(gè)水系統(tǒng)的全局大框架的背景下，每日沖洗轉(zhuǎn)鼓所需新水為1 100 t。同時(shí)，沖洗轉(zhuǎn)鼓用水對水質(zhì)的要求并不高。在與高爐工藝、設(shè)備、水沖渣等部門的相關(guān)技術(shù)人員探討并研究后，提議對水沖渣系統(tǒng)的沖洗轉(zhuǎn)鼓用水進(jìn)行調(diào)整和改造。

2#高爐水沖渣系統(tǒng)的沖洗轉(zhuǎn)鼓進(jìn)水用水已從水泵房的凈環(huán)高壓水改為該水源。2#高爐使用的凈環(huán)高壓水與水沖渣轉(zhuǎn)鼓用水管道連接在一起，利用2#高爐的一部分凈環(huán)高壓水來增加凈環(huán)水的置換量，每天可多置換凈環(huán)水約400 t。泵房的凈環(huán)水無須再進(jìn)行置換外排，只需進(jìn)行少量排污，每天排污量不超過50 t。這樣的改造使水質(zhì)得到顯著改善，凈環(huán)水水質(zhì)全部合格，極大地減緩了水對管道和冷卻設(shè)備的腐蝕與結(jié)垢，減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)，同時(shí)為煉鐵廠每日減少補(bǔ)充新水約650 t。按新水4元/t計(jì)算，每年可節(jié)約水費(fèi)約949 000元。此次改造在改善水質(zhì)和降低噸鐵水耗兩方面都取得了顯著的成效。

3.7 修改柴油機(jī)泵與除鹽水泵組的連鎖關(guān)系

在這次改造中，對柴油機(jī)泵與2#高爐2系、3系除鹽水泵組之間的連鎖關(guān)系進(jìn)行修改。具體的改動(dòng)包括：當(dāng)任何一系的泵（無論是2系還是3系）停止運(yùn)行時(shí)，柴油機(jī)泵將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以確保高爐用水的穩(wěn)定供應(yīng)。這樣的設(shè)計(jì)更新將極大地提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性，同時(shí)也將帶來更高效的運(yùn)行效果。

修改2#高爐1系柴油機(jī)泵與2、3系柴油機(jī)泵的連鎖關(guān)系，將1 系柴油機(jī)泵與2、3 系柴油機(jī)泵進(jìn)行獨(dú)立分離，以消除1 系柴油機(jī)泵啟動(dòng)后5 s 的延遲，才能確保2臺(tái)柴油機(jī)泵可以同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，從而保證高爐安全用水迅速到位。

改進(jìn)后的效果。通過及時(shí)的措施和改進(jìn)，成功消除了2#高爐除鹽水系統(tǒng)中2、3系柴油機(jī)泵啟動(dòng)延遲的隱患。這一改進(jìn)確保了高爐供水的順暢性和安全性，使其更加可靠、高效。在解決問題過程中，采取了周密的計(jì)劃和嚴(yán)格的監(jiān)控，確保改進(jìn)措施的有效實(shí)施。此外，還對高爐供水系統(tǒng)進(jìn)行了全面的檢查和測試，以確保其性能更加穩(wěn)定可靠。

通過此次精細(xì)的修改，成功地確保了2#高爐除鹽水的2、3系列供水安全性，有效地避免了因任何1 系列供水故障導(dǎo)致的短暫缺水現(xiàn)象，進(jìn)而避免了可能引發(fā)的事故，對高爐的安全生產(chǎn)產(chǎn)生了積極的影響。經(jīng)過改進(jìn)后，各柴油機(jī)泵組之間互不干擾，每一系的柴油機(jī)泵都能夠獨(dú)立工作，互不干擾，從而提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。這種設(shè)計(jì)使得柴油機(jī)泵組在運(yùn)行過程中更加穩(wěn)定可靠，同時(shí)也能更好地滿足各種復(fù)雜的工作需求。此外，這種獨(dú)立的設(shè)計(jì)也使得每一系的柴油機(jī)泵都具有更高的工作效率和更低的故障率，從而大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。

4 總結(jié)

水循環(huán)的有效再利用不僅提升了循環(huán)利用效率，同時(shí)也節(jié)約了水資源，并且通過改善水質(zhì)，從而降低了煉鐵生產(chǎn)的成本。就青鋼的高爐水系統(tǒng)而言，觀察到存在著系統(tǒng)間串水、循環(huán)水利用率低下以及滴漏等問題。這些問題可能也是其他鋼廠所面對的共性問題。期望煉鐵高爐水系統(tǒng)的問題分析與對策研究，能夠引發(fā)技術(shù)人員對鋼鐵企業(yè)合理用水、高效用水問題的關(guān)注，實(shí)現(xiàn)相互借鑒與學(xué)習(xí)，共同做好企業(yè)水系統(tǒng)工藝優(yōu)化以及水資源高效利用的工作。