淺析前置煤氣冷卻器循環(huán)水系統(tǒng)的控制方式

高燕 趙夢(mèng)光 楊力 趙群潤(rùn)

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐一次除塵;煤氣冷卻器前置;循環(huán)水;控制系統(tǒng)

隨著我國(guó)環(huán)保形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，國(guó)家加大了對(duì)鋼鐵行業(yè)的環(huán)保治理力度，相關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)不斷嚴(yán)格。當(dāng)前，煉鋼轉(zhuǎn)爐的粉塵排放值已經(jīng)無(wú)法達(dá)到15mg/m3的超低排放標(biāo)準(zhǔn)，迫使各鋼廠進(jìn)一步提升環(huán)保設(shè)備，并淘汰老舊和排放不達(dá)標(biāo)的設(shè)備，以滿足超低排放要求。針對(duì)目前鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)爐煙氣超低排放要求，我公司采用的煤氣冷卻器前置方案，可將轉(zhuǎn)爐煉鋼煙囪出口粉塵排放值降低到10mmg/m3以下。

1煤氣冷卻器前置控制技術(shù)

由于環(huán)保排放限值更加嚴(yán)格，以往的轉(zhuǎn)爐煙氣一次除塵濕電系統(tǒng)已無(wú)法穩(wěn)定達(dá)到要求，加之濕電的危險(xiǎn)性要高于干法靜電除塵系統(tǒng)，因此目前各大鋼廠的轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)均優(yōu)先選擇干法靜電除塵系統(tǒng)。與濕電除塵系統(tǒng)相比，干法靜電除塵系統(tǒng)的污染物排放和危險(xiǎn)性更低，且產(chǎn)生的回收物可利用率高。

目前各大鋼廠采用的干法除塵項(xiàng)目流程多為：轉(zhuǎn)爐含塵煙氣經(jīng)汽化冷卻煙道降溫，降溫后的煙氣到達(dá)蒸發(fā)冷卻器，由噴槍噴淋霧化水冷卻并去除粗灰以降低含塵量;初步除粗灰后的煙氣流經(jīng)荒煤氣管道到達(dá)靜電除塵器，進(jìn)行電離吸附除去細(xì)灰，最后的凈煤氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)到達(dá)切換站，將一氧化碳含量不合格的凈煤氣經(jīng)切換站放散杯閥排往煙囪點(diǎn)火放散，一氧化碳含量合格的凈煤氣則經(jīng)切換站回收杯閥經(jīng)煤氣冷卻器冷卻后送往氣柜回收利用。

我公司采用的煤氣冷卻器前置技術(shù)是將切換站后的煤氣冷卻器挪移布置在風(fēng)機(jī)之后切換站之前，將從靜電除塵器除塵后的凈煤氣先進(jìn)入煤氣冷卻器進(jìn)行噴淋冷卻和除塵，使得排往煙囪放散煙氣中的含塵量進(jìn)一步降低。其系統(tǒng)配置與煤氣冷卻器后置系統(tǒng)相同，均由煤氣冷卻器、冷水池、熱水池、供水泵、上塔泵、冷卻塔、淺層砂過濾器、補(bǔ)水閥及其他儀表組成。最大的不同在于煤冷前置系統(tǒng)需在煤氣冷卻器中加裝除霧器，并增加除霧器反沖洗電動(dòng)閥，最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煙氣的超低排放。煤氣冷卻器前置系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

煤氣冷卻器前置系統(tǒng)中的所有電氣設(shè)備均由PLC控制，現(xiàn)場(chǎng)冷、熱水池液位、供水總管溫度、壓力、流量、煤冷內(nèi)液位、煤冷上下層噴淋水管流量和壓力以及從熱水池到冷卻塔流量等信號(hào)全部經(jīng)隔離器反饋給PLC，PLC根據(jù)水池液位實(shí)時(shí)信息對(duì)供水泵、上塔泵、冷卻塔和補(bǔ)水電動(dòng)閥進(jìn)行控制，同時(shí)判斷是否發(fā)出報(bào)警信息。

煤冷前置循環(huán)水控制系統(tǒng)的工藝流程如圖2所示。安裝在冷水池下部的供水泵將冷水池的冷卻水輸送到煤氣冷卻器，經(jīng)上下兩層噴槍螺旋噴頭噴淋，對(duì)進(jìn)入煤氣冷卻器的煙氣進(jìn)行冷卻降溫和一定量除塵，噴淋后的熱濁水落于煤冷底部，經(jīng)回流管回流至熱水池。安裝在熱水池下部的上塔泵將熱水池的熱濁水經(jīng)淺層砂過濾器過濾后送往冷卻塔，經(jīng)冷卻后的冷水回流到冷水池。淺層砂過濾器反沖洗的污水則輸送到廠內(nèi)沉淀池進(jìn)行沉淀凈化，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。

3主要配置和控制方式

以內(nèi)蒙古某120t轉(zhuǎn)爐一次除塵項(xiàng)目為例。該一次除塵自控系統(tǒng)采用西門子S7-400系列PLC作為主站，煤冷控制柜采用ET200M作為分站，與主站采用Profibus-DP通信，配有2塊32位24V DI模塊，1塊32位24V DO模塊，2塊8通道AI模塊。低壓柜各電機(jī)回路均配有斷路器、接觸器和熱繼，水泵和冷卻風(fēng)扇電機(jī)采用380V交流防爆電機(jī)，補(bǔ)水閥選用智能電動(dòng)閥，淺層砂過濾器各反沖洗閥門采用氣動(dòng)閥，使用廠區(qū)氮?dú)夤猓鲀x表均采用4-20ma模擬量防爆儀表。為保證防爆標(biāo)準(zhǔn)，各儀表、操作箱、電機(jī)接線穿管使用防爆撓性管穿線連接?，F(xiàn)場(chǎng)操作箱、低壓柜、儀表和閥門信號(hào)均采集進(jìn)入PLC，各電機(jī)和電動(dòng)閥、氣動(dòng)閥由PLC統(tǒng)一控制。為保證安全，各控制方式均為低壓電控制高壓電，或低壓電控制低壓電，即使用24V安全電壓控制380V設(shè)備或24V設(shè)備。

手動(dòng)控制方式和檢修：現(xiàn)場(chǎng)操作箱設(shè)有機(jī)旁、集中和檢修選擇開關(guān)，選擇機(jī)旁位時(shí)，檢修人員確認(rèn)設(shè)備安全后，可從操作箱控制啟動(dòng)停止;選擇檢修位時(shí)，機(jī)旁和遠(yuǎn)程均無(wú)法啟動(dòng)設(shè)備，方便檢修人員檢修設(shè)備;選擇集中位時(shí)，上塔泵和供水泵、冷卻塔可從遠(yuǎn)程操作畫面上啟動(dòng)和停止，方便操作人員的控制。當(dāng)全部設(shè)備選擇集中位時(shí)，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連鎖控制。

自動(dòng)控制方式：如圖2的煤冷前置循環(huán)水流程圖中，冷水池和熱水池總高度均為5m，在冷水池和熱水池液位都高于超低液位（1.8m）的前提下，啟動(dòng)供水泵和上塔泵，上塔泵投入自動(dòng)，冷卻塔和淺層砂過濾器、補(bǔ)水閥均投入自動(dòng)。由于上塔泵流量大于供水泵流量（設(shè)計(jì)選型時(shí)考慮），會(huì)導(dǎo)致冷水池液位越來(lái)越高，熱水池液位越來(lái)越低，當(dāng)熱水池液位低于下限（2m）或者冷水池液位高于上限（4.5m）時(shí)，上塔泵自動(dòng)停止，供水泵繼續(xù)運(yùn)行;當(dāng)冷水池液位低于下限（2m）或者熱水池液位高于上限（4.5m）時(shí)，上塔泵自動(dòng)啟動(dòng);當(dāng)冷水池到達(dá)次低液位（2.1m）時(shí)補(bǔ)水閥自動(dòng)開閥對(duì)冷水池補(bǔ)水，當(dāng)冷水池液位到達(dá)次高液位（4.4m）時(shí)，補(bǔ)水閥自動(dòng)關(guān)閉，停止補(bǔ)水;當(dāng)上塔泵啟動(dòng)時(shí)，冷卻塔風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，進(jìn)行冷卻降溫，當(dāng)上塔泵停止時(shí)，冷卻塔風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排;除霧器反沖洗電動(dòng)閥每5個(gè)冶煉周期自動(dòng)反沖洗3分鐘，反沖洗結(jié)束自動(dòng)關(guān)閥;淺層砂過濾器每12小時(shí)自動(dòng)反沖洗12分鐘;供水泵和上塔泵均為1用1備，以保證生產(chǎn)的可靠運(yùn)行。

各現(xiàn)場(chǎng)儀表采集的數(shù)據(jù)均能在遠(yuǎn)程畫面上顯示，操作人員可通過操作盤中的設(shè)備和儀表參數(shù)進(jìn)行狀態(tài)分析和判斷，并對(duì)每臺(tái)爐的生產(chǎn)信息進(jìn)行記錄。當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可及時(shí)呼叫巡檢人員進(jìn)行檢查。主要的自動(dòng)控制流程圖如下：

控制要點(diǎn)：

（1）水泵啟動(dòng)時(shí)必須保證對(duì)應(yīng)水池液位高于超低液位，防止泵體損壞;（2）首次運(yùn)行水泵時(shí)必須排完管道中的空氣，防止泵體損壞;（3）設(shè)備運(yùn)行中要保證上塔泵流量大于供水泵流量;（4）為了防止上塔泵的頻繁啟停，需控制好水池液位和水泵流量平衡。

報(bào)警信息：

（1）當(dāng)冷水池液位低于超低液位（1.8m），強(qiáng)制停止供水泵并報(bào)警，防止供水泵損壞;（2）當(dāng)熱水池液位低于超低液位（1.8m），強(qiáng)制停止上塔泵并報(bào)警，防止上塔泵損壞;（3）當(dāng)冷水池液位高于超高液位（4.7m），強(qiáng)制停止上塔泵并報(bào)警，防止冷水池溢流;（4）當(dāng)熱水池液位高于超高液位（4.7m），發(fā)出報(bào)警不停泵，此處有溢流口;（5）煤冷液位過低（O.7m以下）或過高（2m以上）時(shí)，發(fā)出報(bào)警并停止吹煉;（6）煤冷水總管溫度高于60攝氏度，發(fā)出報(bào)警;（7）生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)供水泵停止，發(fā)出報(bào)警并禁止回收煤氣;（8）供水泵運(yùn)行時(shí)流量低于80m3/h，發(fā)出報(bào)警;（9）上塔泵運(yùn)行時(shí)流量低于70m3/h，發(fā)出報(bào)警。

4結(jié)論

本套煤冷前置循環(huán)水控制系統(tǒng)可降低操作人員的操作頻次，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全自動(dòng)控制。在系統(tǒng)設(shè)備安全可靠運(yùn)行的前提下，提高了設(shè)備使用壽命，并有效降低了煙氣中的粉塵濃度，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煙氣的超低排放。