特大型高爐聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)水質(zhì)達(dá)標(biāo)實踐

孫 康，蔣學(xué)健，魏開慶

（山東鋼鐵集團日照有限公司煉鐵廠，山東日照 262300）

引言

山東鋼鐵集團日照精品基地兩座5 100 m3高爐冷卻工藝采用了先進的新型聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)（以下簡稱聯(lián)合軟水系統(tǒng)），受密閉循環(huán)系統(tǒng)工藝特點限制，施工階段殘留在系統(tǒng)內(nèi)的焊渣、泥沙、鐵銹等很難完全去除，導(dǎo)致系統(tǒng)投運初期濁度、總硬、總鐵等關(guān)鍵指標(biāo)，對循環(huán)水泵運行安全、板式換熱器效率等影響極大。聯(lián)合軟水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是高爐穩(wěn)定順行的重要條件，因此，聯(lián)合軟水水質(zhì)快速改善是高爐投產(chǎn)初期的迫切需要。

1 聯(lián)合軟水系統(tǒng)工藝流程

主供水泵組將冷卻后的軟水送至高爐冷卻壁供水環(huán)管，一部分水冷卻高爐冷卻壁直冷管，一部分水冷卻爐底梁。兩部分回水經(jīng)回水環(huán)管收集，部分回水經(jīng)脫氣罐脫氣后回到泵房，由熱風(fēng)爐中套增壓泵和風(fēng)口小套增壓泵分別增壓后供各系統(tǒng)冷卻。此部分串級使用后再匯入回水總管，與未增壓利用部分經(jīng)混合后進入脫氣罐脫氣，再經(jīng)回水總管進入板式換熱器冷卻后，進入主供水泵組吸水總管循環(huán)使用。流程如圖1所示（臨時設(shè)施用虛線表示）。

圖1 新型聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)工藝流程圖

系統(tǒng)補水泵組配置：1 臺變頻、2 臺工頻補水泵（Q≈25 m3/h），1 臺緊急補水泵（Q≈175 m3/h），1 臺柴油機泵（Q≈200 m3/h）。

系統(tǒng)設(shè)置精密過濾器一套，濾芯采用PP噴熔材質(zhì)，過濾精度50 μm。旁濾流量Q≈180 m3/h，利用主泵供水主管與吸水主管的壓差對系統(tǒng)進行旁濾，通過定期排污及更換濾芯的方式去除不溶固體，降低系統(tǒng)濁度。

2 目標(biāo)制定及實施

參考國標(biāo)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50050-2017）[1]中循環(huán)水水質(zhì)相關(guān)條款，結(jié)合山東鋼鐵集團內(nèi)部煉鐵工序生產(chǎn)實際，制定聯(lián)合軟水系統(tǒng)循環(huán)水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)，具體如表1所示。

表1 高爐聯(lián)合軟水循環(huán)水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)

為實現(xiàn)2# 5 100 m3高爐聯(lián)合軟水系統(tǒng)循環(huán)水水質(zhì)在開爐一個月內(nèi)全面達(dá)標(biāo)的目標(biāo)，依次采取了水力沖洗、化學(xué)清洗、鈍化預(yù)膜、水質(zhì)置換、階段性淺層砂旁濾、精密過濾等一系列措施，取得了良好效果。

2.1 水力沖洗

水力沖洗是指利用現(xiàn)有水泵向管路系統(tǒng)快速注入大量工業(yè)新水，產(chǎn)生高速水流，帶動系統(tǒng)殘余的焊渣、泥沙、鐵銹排出的沖洗方法。根據(jù)聯(lián)合軟水系統(tǒng)管路特性及高爐給排水系統(tǒng)的現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施，采取了先分部分段沖洗、后整體運行沖洗的方案，具體步驟如下：

⑴清除凈環(huán)水池及吸水井內(nèi)雜物，人工清掃干凈，通過工業(yè)新水補水管道將水池注滿。

⑵對二次冷卻水系統(tǒng)水泵逐臺進行試車，每臺水泵最初10 min 的出水經(jīng)排污口直接排入污水系統(tǒng)，不得進入冷卻塔及凈環(huán)水池。全部試車合格后，同時啟動所有水泵，以8 000 m3/h的最大設(shè)計流量、2.5 m/s 以上的高流速運行30 min，將二次冷卻水系統(tǒng)管路沖洗干凈。二次冷卻水系統(tǒng)試車及沖洗期間，板式換熱器、冷卻塔配水系統(tǒng)走旁路，避免雜物進入。

⑶再次將凈環(huán)水池注滿，切斷聯(lián)合軟水風(fēng)口小套系統(tǒng)、中套熱風(fēng)閥系統(tǒng)進回水主管閥門，打開冷卻壁系統(tǒng)所有通路閥門。啟動二次冷卻水系統(tǒng)所有水泵，以8 000 m3/h 的流量按圖2 所示流程進行沖洗。

圖2 冷卻壁、爐底水冷管及供回水總管沖洗流程圖

排污口見水后，同時啟動2 臺冷環(huán)壁循環(huán)泵運行，維持流量8 000 m3/h 左右，直至外排口排水顏色正常后打開凈環(huán)水池回水閥門并關(guān)閉排污閥，回水進入凈環(huán)水池循環(huán)運行，確保主泵組所有水泵運行時間均不小于30 min。沖洗期間密切關(guān)注各運行水泵工藝參數(shù)，確保設(shè)備安全，維持循環(huán)運行2 h，冷卻壁系統(tǒng)及爐底水冷系統(tǒng)沖洗結(jié)束。

⑷再次將凈環(huán)水池注滿，打開聯(lián)合軟水風(fēng)口小套系統(tǒng)、中套熱風(fēng)閥系統(tǒng)所有通路閥門，切斷回水主管調(diào)節(jié)閥組。依次啟動二次冷卻水循環(huán)、冷卻壁循環(huán)泵、二級加壓循環(huán)泵，按圖3 所示流程進行沖洗。

圖3 串級加壓循環(huán)系統(tǒng)及剩余管路沖洗流程圖

沖洗期間，高爐風(fēng)口區(qū)及熱風(fēng)閥組供回水支路全部短接，水流不得通過冷卻元件。逐臺交替啟動風(fēng)口小套及中套熱風(fēng)閥系統(tǒng)循環(huán)泵，每臺水泵運行30 min以上，系統(tǒng)總管流量保持4 000 m3/h左右，風(fēng)口小套系統(tǒng)總管流量保持2 000 m3/h 以上、中套熱風(fēng)閥系統(tǒng)總管流量保持2 600 m3/h以上。兩系統(tǒng)交替切換循環(huán)水量大小，維持2.5 m/s 以上的流速，直至外排口排水顏色正常后打開凈環(huán)水池回水閥門、關(guān)閉外排閥門，回水進入凈環(huán)水池循環(huán)運行2 h，聯(lián)合軟水系統(tǒng)水力沖洗完成。

水力沖洗結(jié)束以后，拆除系統(tǒng)間聯(lián)通管、濾網(wǎng)及旁通管路，各系統(tǒng)閥門、軟管調(diào)整至正常生產(chǎn)狀態(tài)，組織聯(lián)合軟水系統(tǒng)負(fù)荷試車100 h，確認(rèn)各系統(tǒng)循環(huán)泵工作正常，期間進行工業(yè)新水置換，當(dāng)系統(tǒng)濁度低于80 NTU時，即可進入化學(xué)清洗環(huán)節(jié)。

2.2 化學(xué)清洗

采用以有機酸為主要成分的JH308復(fù)合型清洗劑實施化學(xué)清洗，去除聯(lián)合軟水系統(tǒng)管道及冷卻元件內(nèi)壁鐵氧化物及附著物，同時提高表面反應(yīng)活性，為系統(tǒng)預(yù)膜創(chuàng)造良好條件。具體步驟及控制要點如下：

⑴通過各排污口將系統(tǒng)中的存水全部排凈，按500 mg/L 的濃度將藥液分批加入軟水池，通過補水泵組將混合了藥液的工業(yè)新水注滿聯(lián)合軟水系統(tǒng)，以高爐爐頂脫氣罐頂部見水為注水終點。完成注水后，聯(lián)合軟水系統(tǒng)正常開機循環(huán)，1 h 后開始分析pH、總鐵、濁度、Ca2+等指標(biāo)。

⑵運行過程中，當(dāng)pH 大于6.0 時，用JH-308 調(diào)節(jié)至3.0～6.0 范圍，在此范圍內(nèi)維持運行24 h 以上。當(dāng)系統(tǒng)鐵離子含量保持穩(wěn)定、pH 值回升至6.5 左右時，化學(xué)清洗結(jié)束，此時系統(tǒng)濁度約240 NTU。

⑶打開爐頂膨脹罐氮氣進氣閥，向系統(tǒng)注入氮氣，打開系統(tǒng)各排污口排空系統(tǒng)。排空時控制各排污點的排污速度，保持系統(tǒng)氣相壓力0.02 MPa 以上，發(fā)揮氮氣的惰性氣體保護作用，保持管道及設(shè)備內(nèi)壁的反應(yīng)活性，為鈍化預(yù)膜創(chuàng)造良好條件。

2.3 系統(tǒng)預(yù)膜

采用高濃度JH-422A 型緩釋阻垢劑鈍化運行的方式進行預(yù)膜，基礎(chǔ)投加濃度800 mg/L 以上，投加完成后聯(lián)合軟水系統(tǒng)開機循環(huán)。開機1～2 h后開始分析循環(huán)水藥劑含量，保持每4 h 分析1 次。若循環(huán)水中藥劑濃度小于800 mg/L，及時補加JH-422A 預(yù)膜劑，系統(tǒng)pH 值保持在7～11 范圍，連續(xù)運行168 h預(yù)膜結(jié)束。

2.4 運行階段的管理

2019 年4 月2 日，2# 5 100 m3高爐雖未開爐，但聯(lián)合軟水系統(tǒng)已具備正常生產(chǎn)運行條件，但聯(lián)合軟水濁度、總硬和鐵離子含量仍較高，為快速解決上述問題，采取了以下措施。

⑴2# 5 100 m3高爐計劃于4 月11 日正式開爐，為快速改善各項指標(biāo)，盡量為高爐生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件，決定實施分批次水質(zhì)置換。置換介質(zhì)采用一級除鹽水，排污點選在脫氣罐下方、爐底供水環(huán)管下方等流速緩慢、雜物易沉積的部位，置換速度控制在200 t/天。置換期間每8 小時對鉬酸鹽含量進行一次監(jiān)測，低于10 mg/L時及時補加緩釋阻垢劑。

4 月12 日，經(jīng)過10 天置換，聯(lián)合軟水系統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)有了明顯改善。

⑵充分利用凈環(huán)水系統(tǒng)已有設(shè)施，實施臨時旁濾。鑒于聯(lián)合軟水循環(huán)水濁度已下降至74NTU，雖不符合系統(tǒng)自帶精密過濾器進水水質(zhì)要求，但是已經(jīng)滿足凈環(huán)水系統(tǒng)淺層砂過濾器的使用條件。為加快水質(zhì)處理進度，決定充分利用凈環(huán)水系統(tǒng)淺層砂過濾器，對聯(lián)合軟水系統(tǒng)實施旁路過濾。

具體實施方案：從中套熱風(fēng)閥出口總管敷設(shè)DN100 臨時管路至凈環(huán)水系統(tǒng)淺層過濾器進水管，從淺層過濾器出口總閥前接DN100 臨時管路，將過濾器出水引至軟水池并加裝控制閥門。旁濾過程中控制過濾器工作壓力0.35～0.4 MPa，過濾流量120～150 m3/h。過濾器通水后就地啟動補水系統(tǒng)緊急補水泵，調(diào)整其供水流量略小于過濾流量5～15 m3/h。流量調(diào)節(jié)完成后開啟補水系統(tǒng)聯(lián)鎖程序，通過膨脹罐液位及壓力變化控制補水泵啟停，實現(xiàn)臨時旁濾期間聯(lián)合軟水系統(tǒng)自動水平衡。

臨時旁濾初始階段設(shè)定自動反洗周期為2 h一次，隨著濁度逐步降低，逐漸延長至8 h 一次；每班人工巡檢2次，如出現(xiàn)壓差信號及時進行手動反洗。

隨著旁路過濾的逐步實施，聯(lián)合軟水水質(zhì)進一步改善。

⑶及時投運精密過濾器，進一步改善水質(zhì)。鑒于聯(lián)合軟水系統(tǒng)pH 值、總硬、氯離子、總鐵等已達(dá)標(biāo)，濁度已降至20.7NTU，淺層砂過濾器實際過濾效果已微乎其微，此時凈環(huán)水系統(tǒng)亦面臨降濁問題，于是決定退出臨時旁路過濾，將精密過濾器投入使用，以進一步降低系統(tǒng)濁度。精密過濾器通水后調(diào)整運行壓力在0.7 MPa左右，確保過濾器運行安全。運行期間每隔12 h打開底部排污閥進行排污；每隔24 h 對聯(lián)合軟水水質(zhì)指標(biāo)進行分析，當(dāng)濁度不再下降時對濾芯進行更換。

通過以上措施的實施，聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

表2 2#高爐聯(lián)合軟水循環(huán)水水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

從水質(zhì)分析結(jié)果可以看出，高爐聯(lián)合軟水水質(zhì)指標(biāo)自4月26日起已全面達(dá)標(biāo)，提前15天實現(xiàn)了開爐1個月水質(zhì)全面達(dá)標(biāo)的既定目標(biāo)。

3 實施效果

2019 年4 月26 日以后，2# 5 100 m3高爐聯(lián)合軟水系統(tǒng)進入全面穩(wěn)定運行階段，由于各類指標(biāo)長期保持優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，高爐給排水系統(tǒng)整體始終保持高效運行，各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)均處于較好水平，2019 年下半年統(tǒng)計指標(biāo)如表3 所示(*泵房工序不包含鼓風(fēng)機站泵房)。

表3 2# 5 100 m3高爐2019年下半年部分經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)