提高高爐軟化水系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究與應(yīng)用

劉曉兵

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東萊蕪 271104）

0 引言

山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠共有6座煉鐵高爐及配套熱風(fēng)爐，每套高爐都有獨(dú)立的軟化水冷卻系統(tǒng)，高爐軟化水主要為煉鐵高爐冷卻壁[1]、大中小套及熱風(fēng)爐冷卻。高爐軟化水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)利用軟化水循環(huán)進(jìn)行冷卻，有清除結(jié)垢、冷卻效果良好、提高高爐和冷卻設(shè)備的使用壽命等特點(diǎn)。然而，如果該系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定而又未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)影響高爐的壽命和生產(chǎn)能力，造成經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。

1 高爐冷卻水系統(tǒng)存在的問題研究

高爐軟化水系統(tǒng)主要包括補(bǔ)水箱、補(bǔ)水泵、穩(wěn)壓罐、循環(huán)泵（含柴油機(jī)組）、供水管道、回水管道、空冷器及加藥系統(tǒng)[2]。整個(gè)軟化水冷卻系統(tǒng)屬于密閉循環(huán)系統(tǒng)，工作流程為：由軟化水站補(bǔ)水至補(bǔ)水箱，通過補(bǔ)水泵輸送至穩(wěn)壓罐，穩(wěn)壓罐輸出至循環(huán)泵入口，通過循環(huán)泵加壓從出口進(jìn)入供水管道，經(jīng)過高爐需冷卻設(shè)備后利用余壓從回水管道回至循環(huán)泵入口（圖1）。通過對(duì)軟化水系統(tǒng)運(yùn)行的觀察，發(fā)現(xiàn)其主要存在以下4個(gè)問題。

（1）蒸發(fā)式空冷器管束及噴頭結(jié)垢?，F(xiàn)場(chǎng)蒸發(fā)式空冷器均安裝于室外，受粉塵影響較大，粉塵及噴淋工業(yè)新水中含有的游離金屬離子使得冷卻管束表面及噴頭出現(xiàn)結(jié)垢[3]，冷卻管束表面結(jié)垢造成熱交換能力下降，噴頭結(jié)垢造成噴淋量減少，嚴(yán)重影響冷卻效果。

（2）軟化水循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)水壓力波動(dòng)大。軟化水循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)水通過2臺(tái)變頻補(bǔ)水泵實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)一用一備。補(bǔ)水壓力信號(hào)進(jìn)入PLC，在PLC中設(shè)置壓力上、下限，當(dāng)壓力達(dá)到下限時(shí)，PLC輸出啟動(dòng)信號(hào)至變頻器，變頻器運(yùn)行開始補(bǔ)水，當(dāng)壓力達(dá)到上限時(shí)，PLC輸出停止信號(hào)至變頻器，變頻器停止運(yùn)行，補(bǔ)水結(jié)束。因?yàn)楣に囆枨笠约按嬖诘男孤┑惹闆r，需頻繁調(diào)節(jié)空冷器風(fēng)機(jī)、噴淋泵運(yùn)行數(shù)量，造成軟化水回水壓力波動(dòng)，變頻器頻繁開停，對(duì)所帶電機(jī)及水泵影響較大。

（3）補(bǔ)水箱不能實(shí)現(xiàn)高、低限液位報(bào)警。這一問題會(huì)造成水箱補(bǔ)水不及時(shí)或過量，影響軟化水系統(tǒng)穩(wěn)定性，從而影響高爐生產(chǎn)。

（4）控制方式落后，未進(jìn)行集中監(jiān)控。部分循環(huán)泵、空冷器冷卻風(fēng)機(jī)只有機(jī)旁操作（圖2），運(yùn)行狀態(tài)只有現(xiàn)場(chǎng)巡檢時(shí)進(jìn)行查看，設(shè)備發(fā)生故障時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。如：當(dāng)水溫變化較大時(shí)再去現(xiàn)場(chǎng)查看、確認(rèn)，倒用備用設(shè)備，會(huì)極大延時(shí)；不能及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度，波動(dòng)較大，對(duì)高爐正常生產(chǎn)影響很大。

圖1 蒸發(fā)式空冷器剖面示意

2 改造措施的研究與應(yīng)用

2.1 蒸發(fā)式空冷器的改造措施

（1）新增自動(dòng)加藥在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。經(jīng)分析研究，噴淋水濃縮倍數(shù)通過人工化驗(yàn)后再加藥，造成了水質(zhì)改善滯后，是導(dǎo)致蒸發(fā)式空冷器結(jié)垢的主要原因。因此，新增一套自動(dòng)加藥在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)有中央處理器，可存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，匹配水質(zhì)濃縮倍數(shù)及對(duì)應(yīng)加藥方案。噴淋水流經(jīng)該系統(tǒng)，通過定時(shí)取樣，在線分析噴淋水濃縮倍數(shù)，根據(jù)濃縮倍數(shù)選擇最佳加藥量。系統(tǒng)上線后，減緩了空冷器管束表面結(jié)垢速度，改善了空冷器冷卻效果，更好地滿足高爐冶煉生產(chǎn)工藝需求。

圖2 電氣控制系統(tǒng)原理

（2）改變空冷器管束垢層管控方式。對(duì)于蒸發(fā)式空冷器冷卻管束的結(jié)垢現(xiàn)狀，分析認(rèn)為，通過實(shí)施高爐循環(huán)水噴淋代替工業(yè)新水噴淋措施，改變噴淋循環(huán)水流程以增大“泄漏量”、降低噴淋水濃縮倍數(shù)，形成“大循環(huán)帶動(dòng)小循環(huán)，降低濃縮倍數(shù)”的解決思路。合理選擇水處理藥劑，同時(shí)增設(shè)軟化水應(yīng)急噴淋系統(tǒng)，最終減緩了管束表面結(jié)垢速度，改善了空冷器冷卻效果。

（3）改造噴淋管及噴頭。蒸發(fā)空冷器運(yùn)行過程中，噴頭底部噴水效果不佳部位、管箱周邊及水流量小的部位，結(jié)垢情況嚴(yán)重。通過創(chuàng)新性實(shí)施增大噴淋水量、增加噴頭數(shù)量、噴淋管優(yōu)化及噴頭換型、排污防堵等措施，有效改善了噴淋水布水不均勻問題，結(jié)垢現(xiàn)象明顯改善，空冷器冷卻能力得到進(jìn)一步提高

2.2 提高軟化水循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性

補(bǔ)水系統(tǒng)的改造措施主要有以下3個(gè)。

（1）補(bǔ)水系統(tǒng)增加1臺(tái)應(yīng)急補(bǔ)水泵。每個(gè)高爐軟化水系統(tǒng)一般配有2臺(tái)補(bǔ)水泵（流量12 m3/h），在系統(tǒng)出現(xiàn)較大泄漏量時(shí)暴露出補(bǔ)水能力不足問題。因此，在水泵房2水箱間增加安裝1臺(tái)應(yīng)急補(bǔ)水泵（流量50 m3/h），給爐體及熱風(fēng)閥套軟化水系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)水，在系統(tǒng)出現(xiàn)較大泄漏量時(shí)可維持正常運(yùn)行，提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定性。由于新增應(yīng)急補(bǔ)水泵的流量較大，軟化水來水無法滿足其泵長時(shí)間運(yùn)行，為此在泵房補(bǔ)水箱設(shè)應(yīng)急工業(yè)新水管道，備用。

（2）在原有穩(wěn)壓補(bǔ)水罐基礎(chǔ)上增加1臺(tái)穩(wěn)壓補(bǔ)水罐，由一管道連接至軟化水泵房原DN80 mm應(yīng)急補(bǔ)水管，并在應(yīng)急補(bǔ)水管上增加閥門，防止穩(wěn)壓補(bǔ)水管與應(yīng)急補(bǔ)水管串水，影響系統(tǒng)穩(wěn)壓。

（3）各高爐補(bǔ)水系統(tǒng)增加軟化水直補(bǔ)水，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)大流量應(yīng)急補(bǔ)水，穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 補(bǔ)水箱實(shí)現(xiàn)高低限液位報(bào)警

在補(bǔ)水箱上安裝水囊，利用連桿延伸至箱體外部，連桿頂端焊接1個(gè)20 mm×20 mm鐵片擋塊。在箱體外部制作支架，并安裝上下DC 24 V接近開關(guān)2個(gè)，上部接近開關(guān)作為液位低限報(bào)警、下部接近開關(guān)作為液位高限報(bào)警。并將兩個(gè)接近開關(guān)通過電纜連接至PLC，在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)液位報(bào)警監(jiān)控，及時(shí)控制水箱液位，防止補(bǔ)水過量或水量不足（圖3）。

2.4 進(jìn)行集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電腦畫面操作

現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁操作箱上加裝轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)機(jī)旁/自動(dòng)切換，并通過控制電纜連接至配電室內(nèi)控制柜，在控制柜增加自動(dòng)控制繼電器，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至自動(dòng)位時(shí)，自動(dòng)控制繼電器得電（圖4）。通過屏蔽電纜將控制柜與PLC柜連接，自動(dòng)控制繼電器開點(diǎn)及主回路接觸器輔助觸點(diǎn)的開點(diǎn)通過屏蔽電纜引入PLC，通過IFIX4.0進(jìn)行組態(tài)，在電腦上實(shí)現(xiàn)手自動(dòng)及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。PLC輸出開、關(guān)信號(hào)至PLC柜內(nèi)繼電器，繼電器開點(diǎn)串接入自動(dòng)啟?？刂苹芈?，實(shí)現(xiàn)電腦上啟?？刂疲▓D5）。

圖3 補(bǔ)水箱高低限液位報(bào)警改造原理

圖4 電氣控制原理

圖5 集中監(jiān)控原理

3 實(shí)施效果

（1）增加自動(dòng)加藥在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)后，大大縮短了降低噴淋水濃縮倍數(shù)時(shí)間，能夠及時(shí)改善噴淋水濃縮倍數(shù)。噴淋管及噴頭改造及表面垢層管控改造的實(shí)施使空冷器管束及噴頭結(jié)垢得到有效改造，減緩了空冷器銅管束結(jié)垢速度，延長了噴頭使用壽命，提高了空冷器的冷卻能力。

（2）軟化水補(bǔ)水系統(tǒng)穩(wěn)壓改造，尤其增加穩(wěn)壓補(bǔ)水罐后，系統(tǒng)回水壓力波動(dòng)較小甚至不波動(dòng)，有效解決了泵房系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定問題。同時(shí)，相應(yīng)延長了原系統(tǒng)變頻補(bǔ)水泵使用壽命。

（3）進(jìn)行集中監(jiān)控、操作之后，提高了工人對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況的掌握程度，優(yōu)化了操作流程，對(duì)于設(shè)備運(yùn)行情況能夠及時(shí)反應(yīng)，能夠準(zhǔn)確判斷出故障設(shè)備所在位置，及時(shí)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行方式，提高了軟化水冷卻的穩(wěn)定性。

［1］周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

［2］余經(jīng)海.工業(yè)水處理技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］金熙，項(xiàng)成林，齊冬子.工業(yè)水處理技術(shù)問答及常用數(shù)據(jù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.