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        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

        2021-06-29 14:20:38蔣學(xué)健魏開慶
        冶金動(dòng)力 2021年1期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)系統(tǒng)

        孫 康,蔣學(xué)健,魏開慶

        (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(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(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(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水為注水終點(diǎn)。完成注水后,聯(lián)合軟水系統(tǒng)正常開機(jī)循環(huán),1 h 后開始分析pH、總鐵、濁度、Ca2+等指標(biāo)。

        ⑵運(yùn)行過程中,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打開爐頂膨脹罐氮?dú)膺M(jìn)氣閥,向系統(tǒng)注入氮?dú)?,打開系統(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)開機(jī)循環(huán)。開機(jī)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(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)淺層砂過濾器,對(duì)聯(lián)合軟水系統(tǒng)實(shí)施旁路過濾。

        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)淺層過濾器進(jìn)水管,從淺層過濾器出口總閥前接DN100 臨時(shí)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(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濾流量5~15 m3/h。流量調(diào)節(jié)完成后開啟補(bǔ)水系統(tǒng)聯(lián)鎖程序,通過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,淺層砂過濾器實(shí)際過濾效果已微乎其微,此時(shí)凈環(huán)水系統(tǒng)亦面臨降濁問題,于是決定退出臨時(shí)旁路過濾,將精密過濾器投入使用,以進(jìn)一步降低系統(tǒng)濁度。精密過濾器通水后調(diào)整運(yùn)行壓力在0.7 MPa左右,確保過濾器運(yùn)行安全。運(yùn)行期間每隔12 h打開底部排污閥進(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)

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