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(shí)踐

孫 康，蔣學(xué)健，魏開(kāi)慶

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司煉鐵廠，山東日照 262300）

引言

山東鋼鐵集團(tuán)日照精品基地兩座5 100 m3高爐冷卻工藝采用了先進(jìn)的新型聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱聯(lián)合軟水系統(tǒng)），受密閉循環(huán)系統(tǒng)工藝特點(diǎn)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(yùn)初期濁度、總硬、總鐵等關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)循環(huán)水泵運(yùn)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(yùn)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(jí)使用后再匯入回水總管，與未增壓利用部分經(jīng)混合后進(jìn)入脫氣罐脫氣，再經(jīng)回水總管進(jìn)入板式換熱器冷卻后，進(jìn)入主供水泵組吸水總管循環(huán)使用。流程如圖1所示（臨時(shí)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(bǔ)水泵組配置：1 臺(tái)變頻、2 臺(tái)工頻補(bǔ)水泵（Q≈25 m3/h），1 臺(tái)緊急補(bǔ)水泵（Q≈175 m3/h），1 臺(tái)柴油機(jī)泵（Q≈200 m3/h）。

系統(tǒng)設(shè)置精密過(guò)濾器一套，濾芯采用PP噴熔材質(zhì)，過(guò)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行旁濾，通過(guò)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(shí)施

參考國(guó)標(biāo)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)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(tuán)內(nèi)部煉鐵工序生產(chǎn)實(shí)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(shí)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(kāi)爐一個(gè)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(guò)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(dòng)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(yùn)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(guò)工業(yè)新水補(bǔ)水管道將水池注滿。

⑵對(duì)二次冷卻水系統(tǒng)水泵逐臺(tái)進(jìn)行試車，每臺(tái)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(jìn)入冷卻塔及凈環(huán)水池。全部試車合格后，同時(shí)啟動(dòng)所有水泵，以8 000 m3/h的最大設(shè)計(jì)流量、2.5 m/s 以上的高流速運(yùn)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(jìn)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(jìn)回水主管閥門，打開(kāi)冷卻壁系統(tǒng)所有通路閥門。啟動(dòng)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(jìn)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(jiàn)水后，同時(shí)啟動(dòng)2 臺(tái)冷環(huán)壁循環(huán)泵運(yùn)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(kāi)凈環(huán)水池回水閥門并關(guān)閉排污閥，回水進(jìn)入凈環(huán)水池循環(huán)運(yùn)行，確保主泵組所有水泵運(yùn)行時(shí)間均不小于30 min。沖洗期間密切關(guān)注各運(yùn)行水泵工藝參數(shù)，確保設(shè)備安全，維持循環(huán)運(yùn)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(kāi)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(dòng)二次冷卻水循環(huán)、冷卻壁循環(huán)泵、二級(jí)加壓循環(huán)泵，按圖3 所示流程進(jìn)行沖洗。

圖3 串級(jí)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(guò)冷卻元件。逐臺(tái)交替啟動(dòng)風(fēng)口小套及中套熱風(fēng)閥系統(tǒng)循環(huán)泵，每臺(tái)水泵運(yùn)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(kāi)凈環(huán)水池回水閥門、關(guān)閉外排閥門，回水進(jìn)入凈環(huán)水池循環(huán)運(yùn)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(jìn)行工業(yè)新水置換，當(dāng)系統(tǒng)濁度低于80 NTU時(shí)，即可進(jìn)入化學(xué)清洗環(huán)節(jié)。

2.2 化學(xué)清洗

采用以有機(jī)酸為主要成分的JH308復(fù)合型清洗劑實(shí)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(shí)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(diǎn)如下：

⑴通過(guò)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(guò)補(bǔ)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(jiàn)水為注水終點(diǎn)。完成注水后，聯(lián)合軟水系統(tǒng)正常開(kāi)機(jī)循環(huán)，1 h 后開(kāi)始分析pH、總鐵、濁度、Ca2+等指標(biāo)。

⑵運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)pH 大于6.0 時(shí)，用JH-308 調(diào)節(jié)至3.0～6.0 范圍，在此范圍內(nèi)維持運(yùn)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(shí)，化學(xué)清洗結(jié)束，此時(shí)系統(tǒng)濁度約240 NTU。

⑶打開(kāi)爐頂膨脹罐氮?dú)膺M(jìn)氣閥，向系統(tǒng)注入氮?dú)?，打開(kāi)系統(tǒng)各排污口排空系統(tǒng)。排空時(shí)控制各排污點(diǎn)的排污速度，保持系統(tǒng)氣相壓力0.02 MPa 以上，發(fā)揮氮?dú)獾亩栊詺怏w保護(hù)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(yùn)行的方式進(jìn)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(kāi)機(jī)循環(huán)。開(kāi)機(jī)1～2 h后開(kāi)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(shí)補(bǔ)加JH-422A 預(yù)膜劑，系統(tǒng)pH 值保持在7～11 范圍，連續(xù)運(yùn)行168 h預(yù)膜結(jié)束。

2.4 運(yùn)行階段的管理

2019 年4 月2 日，2# 5 100 m3高爐雖未開(kāi)爐，但聯(lián)合軟水系統(tǒng)已具備正常生產(chǎn)運(yùn)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(wèn)題，采取了以下措施。

⑴2# 5 100 m3高爐計(jì)劃于4 月11 日正式開(kāi)爐，為快速改善各項(xiàng)指標(biāo)，盡量為高爐生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件，決定實(shí)施分批次水質(zhì)置換。置換介質(zhì)采用一級(jí)除鹽水，排污點(diǎn)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(shí)對(duì)鉬酸鹽含量進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，低于10 mg/L時(shí)及時(shí)補(bǔ)加緩釋阻垢劑。

4 月12 日，經(jīng)過(guò)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(shí)施臨時(shí)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(guò)濾器進(jìn)水水質(zhì)要求，但是已經(jīng)滿足凈環(huán)水系統(tǒng)淺層砂過(guò)濾器的使用條件。為加快水質(zhì)處理進(jìn)度，決定充分利用凈環(huán)水系統(tǒng)淺層砂過(guò)濾器，對(duì)聯(lián)合軟水系統(tǒng)實(shí)施旁路過(guò)濾。

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

臨時(shí)旁濾初始階段設(shè)定自動(dòng)反洗周期為2 h一次，隨著濁度逐步降低，逐漸延長(zhǎng)至8 h 一次；每班人工巡檢2次，如出現(xiàn)壓差信號(hào)及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)反洗。

隨著旁路過(guò)濾的逐步實(shí)施，聯(lián)合軟水水質(zhì)進(jìn)一步改善。

⑶及時(shí)投運(yùn)精密過(guò)濾器，進(jìn)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(guò)濾器實(shí)際過(guò)濾效果已微乎其微，此時(shí)凈環(huán)水系統(tǒng)亦面臨降濁問(wèn)題，于是決定退出臨時(shí)旁路過(guò)濾，將精密過(guò)濾器投入使用，以進(jìn)一步降低系統(tǒng)濁度。精密過(guò)濾器通水后調(diào)整運(yùn)行壓力在0.7 MPa左右，確保過(guò)濾器運(yùn)行安全。運(yùn)行期間每隔12 h打開(kāi)底部排污閥進(jìn)行排污；每隔24 h 對(duì)聯(lián)合軟水水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，當(dāng)濁度不再下降時(shí)對(duì)濾芯進(jìn)行更換。

通過(guò)以上措施的實(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)了開(kāi)爐1個(gè)月水質(zhì)全面達(dá)標(biāo)的既定目標(biāo)。

3 實(shí)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(jìn)入全面穩(wěn)定運(yùn)行階段，由于各類指標(biāo)長(zhǎng)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(yùn)行，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均處于較好水平，2019 年下半年統(tǒng)計(jì)指標(biāo)如表3 所示(*泵房工序不包含鼓風(fēng)機(jī)站泵房)。

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