文/張素潔

傳統(tǒng)鋼鐵廠在冶煉鋼鐵過(guò)程中，由燃煤鍋爐提供能源，每年鋼鐵廠消耗煤炭數(shù)量。高爐沖渣是目前鋼鐵廠采用的主要生產(chǎn)工藝，在爐內(nèi)1400℃-1500℃高溫影響下，沖渣后的水溫度很高，若能將水余熱收集起來(lái)，為冶煉工藝提供能量，有效減少鋼鐵廠煤炭消耗，降低生產(chǎn)成本。水余熱利用技術(shù)目前在各大鋼鐵廠都有應(yīng)用，但設(shè)備簡(jiǎn)單、供熱量受季節(jié)影響，沖渣過(guò)濾不充分會(huì)堵塞管網(wǎng)，可見(jiàn)該項(xiàng)技術(shù)還有待完善。

圖1：主要系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

1 高爐沖渣水余熱利用現(xiàn)狀

1.1 采暖應(yīng)用

采暖質(zhì)量受天氣影響較大，鋼鐵廠冬天產(chǎn)出高爐渣水，其溫度最高能達(dá)到53℃，這位室內(nèi)取暖提供有利條件。在鋼鐵廠周圍住戶房間里安裝供暖設(shè)施，渣水經(jīng)過(guò)濾裝置順著管道流向各處，水溫下降后排出，持續(xù)供水能將室內(nèi)溫度保持在穩(wěn)定水平，住戶不用開(kāi)空調(diào)。

1.2 發(fā)電應(yīng)用

余熱能為發(fā)電設(shè)備提供動(dòng)力，熱水經(jīng)過(guò)蒸汽機(jī)處理后變成蒸汽，汽輪機(jī)被蒸汽推動(dòng)做工，經(jīng)過(guò)一系列措施將水熱分離，并將熱能轉(zhuǎn)換成電能。此外，水余熱在海水淡化工藝中也有應(yīng)用。

2 案例分析

2.1 廠家生產(chǎn)現(xiàn)狀

某煉鐵廠共有三臺(tái)鍋爐，其中一座為高爐，爐內(nèi)容量1000m3，剩下兩臺(tái)是燃?xì)忮仩t，重50噸。高爐沖渣后得到大量渣水，水中包含較多熱量，但并未被利用起來(lái)。廠區(qū)共有兩座汽水換熱站，用于廠區(qū)供暖，兩座換熱站的總采暖負(fù)荷約為21MW。在此情況下，渣水中熱量散發(fā)，鍋爐補(bǔ)水加熱引入新水，導(dǎo)致資源消耗巨大。為改變上述問(wèn)題，廠家引入水余熱回收系統(tǒng)，將水中熱量收集起來(lái)，減少煉鐵廠能耗。

本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)融入先進(jìn)科技，旨在提升系統(tǒng)實(shí)用性，采用PLC集中控制自動(dòng)化系統(tǒng)，配合自動(dòng)化儀表等儀器，構(gòu)建相應(yīng)的水余熱回收系統(tǒng)。為優(yōu)化系統(tǒng)功能，將換熱站、煙氣回收系統(tǒng)配合此系統(tǒng)使用。整個(gè)系統(tǒng)采用儀電一體化技術(shù)，將PLC控制系統(tǒng)安裝在換熱站中，在操作員站安置另一套PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)余熱采集過(guò)程的自動(dòng)控制，控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連，相關(guān)參數(shù)在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來(lái)，技術(shù)員通過(guò)屏幕按鈕，完成警報(bào)值設(shè)定、參數(shù)調(diào)整等功能。監(jiān)控中心人員在工作時(shí)間內(nèi)必須堅(jiān)守崗位，若系統(tǒng)控制出現(xiàn)異常，及時(shí)排查故障，快速恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1所示，是主要系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙，左邊是煙氣換熱系統(tǒng)，右邊是沖渣水換熱系統(tǒng)。

水余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)：PLC控制系統(tǒng)安置在電氣室中，由技術(shù)員在旁輔助操作，完成余熱回收作業(yè)。系統(tǒng)包含多個(gè)裝置，沖渣水換熱器、汽-水換熱器分別設(shè)置兩臺(tái)并安裝到相應(yīng)位置，熱網(wǎng)循環(huán)泵準(zhǔn)備兩臺(tái)，還要準(zhǔn)備補(bǔ)水泵、熱力管網(wǎng)等裝置。溫度、流量等參數(shù)通過(guò)系統(tǒng)都能被檢測(cè)出來(lái)，系統(tǒng)檢測(cè)項(xiàng)目如下：

（1）換熱器經(jīng)過(guò)一次沖渣水作業(yè)，測(cè)量出水溫度和壓力，測(cè)量數(shù)據(jù)立即在控制室中顯示出來(lái)。

（2）進(jìn)行二次沖渣水作業(yè)，再次測(cè)量溫度與壓力，技術(shù)員在控制室中記錄相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

（3）精確測(cè)量采暖溫度和壓力，實(shí)時(shí)顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。

（4）對(duì)進(jìn)水總管實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，測(cè)量參數(shù)與上述內(nèi)容相同，顯示屏上將供熱熱量實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

（5）系統(tǒng)運(yùn)行前、運(yùn)行中，對(duì)除污器壓力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將數(shù)值在控制室計(jì)算機(jī)中顯示出來(lái)。

（6）蒸氣總管、汽-水換熱器除監(jiān)測(cè)上述值外，還有檢測(cè)流量值，若流量超出標(biāo)準(zhǔn)范圍及時(shí)調(diào)節(jié)。

（7）對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)泵狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，重點(diǎn)測(cè)量其出口壓力，將壓力控制在合理范圍。

（8）檢查補(bǔ)水泵，對(duì)出口壓力、總管壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，調(diào)整不符合標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)，保證系統(tǒng)運(yùn)行順暢。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

余熱回收系統(tǒng)旨在分離、存儲(chǔ)渣水熱能，系統(tǒng)必須滿足安全、環(huán)保及低耗能原則，因此設(shè)計(jì)過(guò)程必須注意以下要點(diǎn)。

（1）熱交換器、管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)：制定相應(yīng)的防堵、防腐措施，對(duì)渣水酸堿度、雜質(zhì)含量等詳細(xì)分析，進(jìn)而得到針對(duì)性的防堵方案。將水流速度控制在最佳范圍內(nèi)，流速過(guò)快殘?jiān)鼤?huì)加速管道磨損，流速過(guò)慢會(huì)降低熱能回收效率。

（2）過(guò)濾、沖洗設(shè)計(jì)：過(guò)濾設(shè)備要選擇耐熱性強(qiáng)、耐磨損的設(shè)備，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，選擇性價(jià)比最高設(shè)備。沖洗次數(shù)根據(jù)渣水含熱量來(lái)定，保證經(jīng)過(guò)多次沖洗后，能達(dá)到最高的熱量回收率。

（3）對(duì)沖渣工藝進(jìn)行優(yōu)化，合理布局換熱站，盡量讓設(shè)備擺放緊湊，減小占地面積，從而降低工程造價(jià)。反沖水源選擇必須慎重，都在會(huì)影響余熱回收系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

（4）做好安全防護(hù)設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)關(guān)鍵位置安裝備用裝置，如備用水泵、備用管道等，若設(shè)備出現(xiàn)故障，PLC系認(rèn)會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到備用設(shè)備上，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，技術(shù)員及時(shí)修復(fù)故障，修復(fù)期間并不影響系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)提升系統(tǒng)運(yùn)行安全性，保證煉鐵廠工作人員安全。

（5）設(shè)置冗余設(shè)備，在運(yùn)行裝置基礎(chǔ)上，設(shè)置一定數(shù)量的冗余設(shè)備，能促進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定，降低系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，可見(jiàn)冗余設(shè)備設(shè)置在余熱回收系統(tǒng)中是非常有必要的。

3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)配置

為實(shí)現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行，廠家選用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，以西門子S7-300為控制器核心系統(tǒng)，利用邏輯控制程序，完成整個(gè)余熱回收操作，除系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行外，需輔助交換機(jī)、技術(shù)員操作，才能實(shí)現(xiàn)余熱回收的全面控制?；厥者^(guò)程中需變化的量有壓力、水流量等，控制開(kāi)關(guān)啟閉、熱數(shù)據(jù)采等工作由系統(tǒng)自動(dòng)完成，技術(shù)員在計(jì)算機(jī)上按下相應(yīng)按鈕即可。將工控機(jī)安置在操作員站，機(jī)器屏幕自動(dòng)顯示系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，在機(jī)器上預(yù)設(shè)控制參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到相關(guān)數(shù)值超出正常范圍，會(huì)自動(dòng)報(bào)警。維護(hù)、回收等數(shù)據(jù)都記錄在系統(tǒng)中，技術(shù)員可隨時(shí)調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，從而合理調(diào)節(jié)儀器參數(shù)。

操作站設(shè)置兩臺(tái)PLC控制器，沖渣水換熱站電氣室安置一臺(tái)，監(jiān)控水余熱回收過(guò)程，另一臺(tái)控制器安置在鍋爐電氣室，雙管齊下對(duì)水余熱回收過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，換熱站監(jiān)控系統(tǒng)允許技術(shù)員操作，另一系統(tǒng)只支持監(jiān)控和顯示數(shù)據(jù)。

3.2 系統(tǒng)功能

自動(dòng)化編程控制系統(tǒng)必須保證功能多樣化，才能滿足水余熱回收工藝要求，不同裝置負(fù)責(zé)不同功能，渣水換熱器負(fù)責(zé)采暖水溫，循環(huán)泵負(fù)責(zé)熱水循環(huán)，壓力泵控制水壓等，下面挑介個(gè)裝置分別介紹其功能。

補(bǔ)水泵：其功能是對(duì)補(bǔ)水點(diǎn)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，補(bǔ)水點(diǎn)壓力、水泵處于閉環(huán)控制回路，當(dāng)壓力下降，回路中的反饋系統(tǒng)會(huì)將信息傳到水泵，水泵根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況及時(shí)調(diào)整泵壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)水點(diǎn)壓力的調(diào)控。

渣水換熱器：與蒸汽補(bǔ)熱系統(tǒng)關(guān)系緊密，渣水經(jīng)過(guò)換熱器后采暖水溫發(fā)生變化，蒸汽閥門、采暖水溫構(gòu)成閉環(huán)回路，當(dāng)水溫發(fā)生變化，蒸汽補(bǔ)熱系統(tǒng)會(huì)根據(jù)渣水溫度，對(duì)閥門啟閉狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，閥門開(kāi)度不同，采暖水溫隨之變化。

汽-水換熱器：與渣水換熱器構(gòu)成閉環(huán)回路，排放閥開(kāi)度由汽-換熱器控制，當(dāng)渣水換熱器中的凝結(jié)水位發(fā)生變化，排放閥開(kāi)度隨之變化。

循環(huán)泵組：調(diào)節(jié)參數(shù)為轉(zhuǎn)速、啟閉狀態(tài)等，通過(guò)各參數(shù)調(diào)節(jié)，讓出口壓力保持恒定狀態(tài)。

水余熱回收過(guò)程中，相關(guān)裝置都由PLC系統(tǒng)集中控制，配上專業(yè)技術(shù)員，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，定期對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，泵組、閥門等在PLC控制下自動(dòng)啟閉。控制系統(tǒng)中還包含預(yù)警模塊，當(dāng)壓力過(guò)大、溫度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)切換到備用裝置上，保證水余熱回收系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上是對(duì)高爐沖渣水余熱回收系統(tǒng)的相關(guān)介紹，余熱在供暖、發(fā)電等領(lǐng)域都有應(yīng)用，相信隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，渣水余熱會(huì)在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為減少熱量損失，必須從水流速度、回收設(shè)備等多方面把控，細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)嚴(yán)格化，既能保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，又能減少熱浪流失。