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)
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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)。
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)