熱帶地區(qū)鎳鐵熔煉冷卻循環(huán)水水質(zhì)控制探討

魏利國(guó) 李亞青

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024； 2.太原市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

熱帶地區(qū)鎳鐵熔煉冷卻循環(huán)水水質(zhì)控制探討

魏利國(guó)1,2李亞青1

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024； 2.太原市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

結(jié)合某熱帶地區(qū)具體工程實(shí)例，通過(guò)系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐，對(duì)鎳鐵精煉循環(huán)水水溫及水質(zhì)控制進(jìn)行了深入研究，針對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的具體問(wèn)題提出了科學(xué)有效的解決辦法，為同類(lèi)型的系統(tǒng)運(yùn)行提供了有價(jià)值的參考依據(jù)。

循環(huán)水，水溫，濁度，電導(dǎo)率，硬度

熔煉工藝是鎳鐵生產(chǎn)過(guò)程的核心工藝，工藝的核心設(shè)備就是電爐，對(duì)電爐的冷卻關(guān)系到系統(tǒng)的安全運(yùn)行，一旦冷卻系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題不能正常供水，電爐就有可能被燒穿，導(dǎo)致整個(gè)爐體報(bào)廢，損失將是非常巨大的。整個(gè)爐體的冷卻部位有爐底、爐壁，爐底采用風(fēng)冷，爐壁采用水冷。爐壁冷卻設(shè)備為平水套和立水套，安裝在爐殼與耐火磚之間，能夠有效的冷卻爐墻的耐火材料，保證耐火磚的使用壽命。工藝對(duì)水質(zhì)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)要求為：總硬度(CaCO3)小于10 mg/L；水溫為35 ℃～43 ℃，最高不超過(guò)35 ℃；總懸浮顆粒小于10 mg/L；濁度小于20 NTU；pH值7.5～9.0；電導(dǎo)系數(shù)小于1 400 μs/cm。本研究項(xiàng)目位于東南亞某國(guó)，屬于熱帶地區(qū)，年平均氣溫：25.6 ℃；10年極端最高氣溫(日平均值)42.1 ℃；10年極端最低氣溫(日平均值)5 ℃。項(xiàng)目冷卻水源來(lái)自江水，水質(zhì)基本情況為：總硬度(CaCO3)小于52 mg/L；水溫為25 ℃左右；濁度小于55.2 NTU；pH值7.99。與國(guó)內(nèi)江水水質(zhì)相比存在濁度低、硬度低但季節(jié)變化范圍大的特點(diǎn)。項(xiàng)目給水系統(tǒng)由水源地、凈化站、高位水池組成，通過(guò)混凝工藝處理達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)后通過(guò)8 000 m3高位水池自流進(jìn)入廠區(qū)工業(yè)水管網(wǎng)。

1 工藝循環(huán)冷卻水溫控制

循環(huán)冷卻水進(jìn)水水溫是最核心的控制要素，也是較難控制的，最主要的原因是當(dāng)?shù)貧鉁丶皾穸鹊葰庀髼l件制約，年平均氣溫為25.6 ℃，夏季最高溫度能突破50 ℃，歷年最熱月的平均相對(duì)濕度75%，歷年最冷月的平均相對(duì)濕度81%，對(duì)于冷卻系統(tǒng)是相當(dāng)不利的。冷卻工藝系統(tǒng)核心就是逆流式方形冷卻塔，由國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)，由于廠家也無(wú)在當(dāng)?shù)剡\(yùn)用的具體實(shí)例，考慮到當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品配套電機(jī)時(shí)放大了一個(gè)規(guī)格。按照設(shè)計(jì)回水通過(guò)冷卻塔冷卻后，最大降溫可達(dá)10 ℃。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中一般降溫為2 ℃～5 ℃，當(dāng)然降溫高低與回水溫度高低有直接的關(guān)系，回水溫度高溫降就高。從圖1可以看出，回水經(jīng)降溫后再供出去的水溫受氣溫變化影響不大，最直觀的體現(xiàn)在中午12：00的水溫與早上2：00的水溫對(duì)比上，有時(shí)早上水溫甚至比白天的水溫還高。在這期間還有對(duì)水溫采取的一些控制手段，促成這種結(jié)果的出現(xiàn)。

水溫的控制方法及措施有以下方面:

1)及時(shí)排污并補(bǔ)充新水。在循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，水質(zhì)及水溫有時(shí)會(huì)超標(biāo)，不能滿足生產(chǎn)需求，這時(shí)最直接的辦法就是及時(shí)排污，通過(guò)啟動(dòng)排污泵，將熱水池中的底部濁度較大的水排出一部分，同時(shí)補(bǔ)充新水，而新水的水溫較低，通過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行混合冷水池的水溫就降下來(lái)了,從而保證生產(chǎn)使用要求。

2)加大循環(huán)水量。將循環(huán)水泵工況進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到最大流量。但在一般運(yùn)行中循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)也基本達(dá)到了最佳的運(yùn)行工況，調(diào)整流量只適用于非滿負(fù)荷運(yùn)行的情況。

3)檢查冷卻塔運(yùn)行狀況。冷卻塔長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，其中的填料就會(huì)老化、脆裂、變形，甚至局部缺失，造成塔內(nèi)水流呈溝流、束流、壁流、垮塌等現(xiàn)象，使冷卻塔冷卻效果嚴(yán)重降低，尤其在熱帶地區(qū)這種情況就更為嚴(yán)重，填料的壽命往往大打折扣。這就需要在日常的運(yùn)行點(diǎn)檢中注意觀察冷卻塔落水的均勻性，如發(fā)現(xiàn)局部不均勻水流出現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢查，對(duì)填料進(jìn)行徹底或局部更換。保證冷卻塔的冷卻效果及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2 水質(zhì)控制

水質(zhì)控制的主要目的就是將循環(huán)水水質(zhì)人為地控制在一定的工藝要求范圍內(nèi)，防止冷卻管道結(jié)垢與腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，保障安全生產(chǎn)。

2.1 濁度的控制

循環(huán)水濁度升高的主要原因有循環(huán)冷卻水的濃縮作用、大氣中的多種雜質(zhì)通過(guò)冷卻塔敞開(kāi)部分進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)中、微生物的繁殖及其分泌物形成的粘性污垢等等。1)循環(huán)冷卻水的濃縮作用導(dǎo)致的循環(huán)水濁度及含鹽濃度升高會(huì)導(dǎo)致管道腐蝕及結(jié)垢，在生產(chǎn)中主要采取以下幾種措施進(jìn)行控制：a.加強(qiáng)排污，通過(guò)水質(zhì)監(jiān)控，定時(shí)進(jìn)行排污，保證濁度在一定的范圍內(nèi)；b.通過(guò)對(duì)回水進(jìn)行旁濾，對(duì)回水5%的水量進(jìn)行過(guò)濾，從而降低循環(huán)水濁度；c.補(bǔ)充新水，通過(guò)加入新水的稀釋作用降低循環(huán)水濁度。2)大氣中雜質(zhì)進(jìn)入冷卻系統(tǒng)中導(dǎo)致濁度上升這種情況最常見(jiàn)也是比較難解決的。在當(dāng)?shù)赜晁容^多，風(fēng)雨經(jīng)常把樹(shù)葉樹(shù)枝帶入冷卻系統(tǒng)中，導(dǎo)致循環(huán)水中雜質(zhì)集聚，堵塞填料及冷卻管道，導(dǎo)致流量下降，影響冷卻效果。還有就是工廠煙塵落入冷卻塔中，這種情況比較少見(jiàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)，只要將冷卻塔位置盡量不要選擇在煙囪下風(fēng)向就行。偶爾有亂風(fēng)將少量煙塵帶入冷卻塔中也不是多么要緊的事情。還有一種情況，就是當(dāng)?shù)赜昙镜娘w蟲(chóng)特別多，而且個(gè)頭巨大，晚上有大量的飛蟲(chóng)通過(guò)冷卻塔進(jìn)風(fēng)口飛入循環(huán)水池中，進(jìn)而進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)中，導(dǎo)致?tīng)t壁冷卻銅管堵塞，嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，而且一旦堵塞極難處理。鑒于以上情況我們采取兩項(xiàng)措施：一是在冷卻塔進(jìn)風(fēng)口加裝尼龍防蟲(chóng)網(wǎng)；二是在循環(huán)水泵出水口管路上加裝自動(dòng)沖洗過(guò)濾器。實(shí)踐證明這兩項(xiàng)措施是非常有效的，起到很好的作用。但是加裝防蟲(chóng)網(wǎng)也導(dǎo)致了進(jìn)風(fēng)量減少，影響了冷卻效果。3)微生物的繁殖及其分泌物形成的粘性污垢導(dǎo)致的濁度上升的情況也是存在的，尤其是在熱帶地區(qū)，微生物繁殖也比較快。在系統(tǒng)中我們采取了在回水管道上加裝滅菌靈的方法。在近一年的運(yùn)行觀察中未出現(xiàn)嚴(yán)重的微生物粘性污垢，盡管有些地方出現(xiàn)，但影響很小。

2.2 硬度控制

按工藝要求，冷卻水進(jìn)水硬度不能超過(guò)10 mg/L，當(dāng)?shù)氐慕?jīng)處理后工業(yè)用水的硬度大致在30 mg/L～50 mg/L之間。因此在工藝上采取了用軟水器對(duì)來(lái)水進(jìn)行軟化后通過(guò)補(bǔ)水進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。軟水器軟化后的水硬度在2 mg/L以下，完全能滿足工藝使用要求。但循環(huán)水在長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)后，硬度有所提高，有時(shí)也超過(guò)10 mg/L。在這種情況下采取了加強(qiáng)排污與加強(qiáng)補(bǔ)水的方法降低循環(huán)水硬度，保證工藝正常生產(chǎn)需求。

2.3 pH值控制

pH值按工藝設(shè)計(jì)要求在7.5～9.0之間，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行觀測(cè)，數(shù)據(jù)顯示pH一直在要求的范圍內(nèi)，并未有酸堿度特高或特低的情況出現(xiàn)，在生產(chǎn)中也并未采取特別的措施進(jìn)行控制。當(dāng)然對(duì)于補(bǔ)充的軟化水水質(zhì)一直嚴(yán)格控制，嚴(yán)格避免不合格軟化水進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)中，也保證了pH值一直保持穩(wěn)定。

2.4 電導(dǎo)率的控制

電導(dǎo)率的高低主要取決于兩個(gè)因素，一個(gè)是循環(huán)水的溫度，電導(dǎo)率與水溫近似成正比例關(guān)系；另一個(gè)因素就是水溶液含溶質(zhì)鹽的濃度。水溫的控制方法前面已經(jīng)進(jìn)行了論述，關(guān)鍵在于循環(huán)水總鹽度的控制。首先從來(lái)源上進(jìn)行控制，主要防止軟化器在日常運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)漏鹽現(xiàn)象，這就需要嚴(yán)格控制軟化器運(yùn)行參數(shù)，不能超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，并且隨著出水水質(zhì)情況及軟水器運(yùn)行工況隨時(shí)調(diào)整反沖洗時(shí)間，保障出水合格。總之，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐，針對(duì)在特殊的氣象條件下的運(yùn)行環(huán)境，依據(jù)電爐熔煉系統(tǒng)的特殊工藝要求，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)條件，科學(xué)系統(tǒng)地制定出切實(shí)可行的技術(shù)措施，采取相應(yīng)的處理方法，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行有效的控制，從而滿足電爐生產(chǎn)工藝的要求，保障了生產(chǎn)的安全運(yùn)行，為整個(gè)項(xiàng)目的效益實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)保障。

Discussion on water quality control offerronickel smelting cooling circulating water in tropical area

WEI Li-guo1,2LI Ya-qing1

(1.TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China;2.TaiyuanUrbanPlanningandDesignResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

Combining with the specific engineering example of a tropical area, through the system operation practice, this paper deeply researched the ferronickel refining circulating water temperature and water quality control, according to specific problems occurred in operation put forward effective solutions, provided valuable reference for the system operation of same type.

circulating water, water temperature, turbidity, conductivity, hardness

2014-07-14

魏利國(guó)(1976- )，男，在讀工程碩士，工程師； 李亞青(1966- )，女，高級(jí)工程師

1009-6825(2014)27-0133-02

TU991.21

A