淺析前置煤氣冷卻器循環(huán)水系統(tǒng)的控制方式

高燕 趙夢光 楊力 趙群潤

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)

隨著我國環(huán)保形勢日趨嚴(yán)峻，國家加大了對鋼鐵行業(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)信息對供水泵、上塔泵、冷卻塔和補(bǔ)水電動閥進(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)水閥選用智能電動閥，淺層砂過濾器各反沖洗閥門采用氣動閥，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。現(xiàn)場操作箱、低壓柜、儀表和閥門信號均采集進(jìn)入PLC，各電機(jī)和電動閥、氣動閥由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。

手動控制方式和檢修：現(xiàn)場操作箱設(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停止;選擇檢修位時(shí)，機(jī)旁和遠(yuǎn)程均無法啟動設(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)全自動連鎖控制。

自動控制方式：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，啟動供水泵和上塔泵，上塔泵投入自動，冷卻塔和淺層砂過濾器、補(bǔ)水閥均投入自動。由于上塔泵流量大于供水泵流量（設(shè)計(jì)選型時(shí)考慮），會導(dǎo)致冷水池液位越來越高，熱水池液位越來越低，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)，上塔泵自動啟動;當(dāng)冷水池到達(dá)次低液位（2.1m）時(shí)補(bǔ)水閥自動開閥對冷水池補(bǔ)水，當(dāng)冷水池液位到達(dá)次高液位（4.4m）時(shí)，補(bǔ)水閥自動關(guān)閉，停止補(bǔ)水;當(dāng)上塔泵啟動時(shí)，冷卻塔風(fēng)機(jī)自動啟動，進(jìn)行冷卻降溫，當(dāng)上塔泵停止時(shí)，冷卻塔風(fēng)機(jī)自動停止，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排;除霧器反沖洗電動閥每5個(gè)冶煉周期自動反沖洗3分鐘，反沖洗結(jié)束自動關(guān)閥;淺層砂過濾器每12小時(shí)自動反沖洗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，并對每臺爐的生產(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。主要的自動控制流程圖如下：

控制要點(diǎn)：

（1）水泵啟動時(shí)必須保證對應(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。