連鑄濁環(huán)水智能化系統(tǒng)節(jié)能改造實踐

王德開

上海梅山鋼鐵股份有限公司

0 引言

循環(huán)水系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)主要的耗能系統(tǒng)，耗能占比高，絕對量大。作為工業(yè)生產(chǎn)的輔助系統(tǒng)，目前大多數(shù)企業(yè)只關注水泵本身的節(jié)能，對控制技術和管理仍比較粗放，僅以滿足生產(chǎn)需求為主，節(jié)能潛力巨大。在鋼鐵企業(yè)智能制造的背景下，系統(tǒng)信息化、自動化水平的提高，節(jié)能模型軟件對能源介質(zhì)的精細控制，可充分挖掘節(jié)能潛力，提升企業(yè)核心競爭力，實現(xiàn)企業(yè)效益最大化。

1 概況

連鑄濁環(huán)水采用氣水噴霧冷卻方式，對離開結晶器帶液芯鑄坯直接進行噴水冷卻，以使鑄坯完全凝固和鑄坯表面溫度在拉坯方向均勻下降。該連鑄工藝濁環(huán)水用戶側設計供水壓力P=1.1 MPa，流量Q=980 m3/h。濁環(huán)水冷卻強度、冷卻水量、水壓、水溫、噴嘴結構和布置、噴嘴與鑄坯間的距離等都對鑄坯散熱有直接影響。由于冷卻強度需根據(jù)鋼種和斷面要求確定，因此濁環(huán)水的動態(tài)配水水量變化較大，通常有強、中、弱冷三種配水方式，且在生產(chǎn)過程中動態(tài)調(diào)整。由于現(xiàn)有的管理模式使?jié)岘h(huán)水的供應與使用分屬兩個不同的工藝段，彼此相對孤立，因而實際生產(chǎn)過程中濁環(huán)水需滿足煉鋼廠連鑄車間在最不利工況下需要的最大水量。連鑄用戶側設計有泄壓閥，正常生產(chǎn)過程中通過泄壓閥穩(wěn)定供水壓力。使用后的濁環(huán)水經(jīng)旋流沉淀池沉淀后加壓送平流池進一步處理循環(huán)使用。本循環(huán)水系統(tǒng)包括連鑄機濁環(huán)水供水泵組、旋流池提升泵組、平流池提升泵組等五個泵組共13臺水泵，正常時6～7臺水泵運行，改造前平均負荷1 594.75 kW。二連鑄濁環(huán)水主要耗能設備性能參數(shù)見表1。

表1 二連鑄濁環(huán)水主要耗能設備性能參數(shù)表

2 系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

連鑄濁循環(huán)水經(jīng)連鑄噴淋后由渣溝匯流至旋流池，通過旋流池提升泵輸送至平流池，沉淀后的出水經(jīng)平流池提升泵加壓后至高速過濾器上冷卻塔，冷卻后供連鑄工序噴淋。完成一個循環(huán)處理和供應周期的節(jié)能潛力主要聚焦在工藝流程自動控制及單體設備效率提升，但存在以下問題：

2.1 濁環(huán)水需求波動大

連鑄濁環(huán)水需求波動大，要求控制精度高，且供水能力滿足最不利工況下的最大需求水量。因此，濁環(huán)水用戶側總管設計有常開的旁通手動閥泄壓，通過閥門開度動態(tài)調(diào)節(jié)旁通水量來穩(wěn)定濁環(huán)水總管壓力。但通常旁通水量較大，浪費嚴重。

2.2 提升泵存在回流問題

旋流池提升泵組因水量平衡需要，回流閥旁通調(diào)節(jié)及水泵出口閥的開度造成了一定的浪費。

2.3 水泵偏工況運行

由于設計及設備選型需滿足最不利工況下的最大需求，且多環(huán)節(jié)均設置有安全余量，疊加效應導致了實際運行過程中部分水泵偏離高效運行區(qū)，造成了一定的浪費。

2.4 系統(tǒng)存在空開情況

目前短時間的計劃停機（如澆次間隔）或設備故障臨時處理，連鑄濁環(huán)水系統(tǒng)水泵不停機的規(guī)定也造成了一定的浪費。

2.5 系統(tǒng)欠缺監(jiān)管功能

原設計僅以滿足生產(chǎn)需求為主，欠缺經(jīng)濟運行模型、日常運行有效監(jiān)控手段，有較大改善空間。

3 智能化系統(tǒng)節(jié)能解決方案設計

區(qū)別于傳統(tǒng)的單體設備節(jié)能改造，智能化系統(tǒng)節(jié)能改造在能源使用實時監(jiān)測的基礎上，結合鑄坯品種、規(guī)格、生產(chǎn)節(jié)奏，通過節(jié)能模型軟件實現(xiàn)生產(chǎn)集約化按需供水（包括流量、壓力、溫度等的匹配）和能源介質(zhì)的減量化供應，并在此基礎上采用高效水泵，進一步降低能耗，并通過云管理系統(tǒng)確保節(jié)能效益的可持續(xù)性。

3.1 連鑄濁環(huán)水工藝系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化

3.1.1 水泵調(diào)速改造

由于供水及循環(huán)水中間提升輸送環(huán)節(jié)水量波動較大，為避免損失，將濁環(huán)水供水泵組、旋流池提升泵組、平流池提升泵組中任一臺泵改造為調(diào)速泵。

3.1.2 濁環(huán)水二級動態(tài)配水調(diào)控

建立水處理崗位與連鑄中控的通信，開發(fā)供水系統(tǒng)節(jié)能模型。水泵調(diào)速控制為粗調(diào)，設定恒壓供水，濁環(huán)水各支管冷卻水量為精調(diào)，采用動態(tài)配水模型，粗精調(diào)共同作用實現(xiàn)了集約化按需供水。此外，通過泵閥一體化控制減少管網(wǎng)系統(tǒng)泄壓閥的旁通水量及各支管調(diào)節(jié)閥的阻損，在滿足用水點需求的情況下，降低供水泵組的供水壓力及供水流量，從而降低了能耗。

3.1.3 建立連鑄控制系統(tǒng)及水處理控制系統(tǒng)的通信

對連鑄工藝PLC與濁環(huán)水處理PLC進行局部改造，在連鑄主線出坯系統(tǒng)中增加通信模塊，在水處理系統(tǒng)中增加耦合器模塊，建立了主從通信方式。該方式不影響原有程序，且互不干擾，數(shù)據(jù)有效共享。

3.2 連鑄濁環(huán)水單體設備節(jié)能優(yōu)化

工藝優(yōu)化后，確定泵組合理參數(shù)，定制高效水泵，使水泵運行在高效區(qū)，進一步減少能源消耗。由于工藝優(yōu)化后循環(huán)水需求量減少，使旋流池提升泵組及平流池提升泵組由之前的二用一備調(diào)整為一用二備，既節(jié)能又提高了系統(tǒng)的安全可靠性，還節(jié)約了水泵的檢修維護費用。

3.3 云管理系統(tǒng)功能開發(fā)

云管理系統(tǒng)是指現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)（工藝運行參數(shù)、設備狀態(tài)、能耗數(shù)據(jù)等）通過VPN、云技術遠程投送，實現(xiàn)統(tǒng)計、分析、優(yōu)化等功能。

3.3.1 遠程動態(tài)監(jiān)控功能

通過擴展功能實現(xiàn)微信平臺異常信息的及時推送，包括設備狀態(tài)、工藝參數(shù)、能耗等，為水系統(tǒng)經(jīng)濟、穩(wěn)定、安全運行提供支撐。

3.3.2 關鍵數(shù)據(jù)采集及展示

方便技術人員充分挖掘現(xiàn)場數(shù)據(jù)價值，對系統(tǒng)進行持續(xù)優(yōu)化，實現(xiàn)節(jié)能效益和穩(wěn)定運行的雙贏。

3.3.3 為企業(yè)強化能源管理創(chuàng)造條件

能源成本可視化、顯性化、預警機制化等管理功能為企業(yè)精細化管理提供了支撐，手機客戶端遠程訪問和應用，為管控提供了便捷有效的手段。

4 連鑄濁環(huán)水智能化系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化效益

直接經(jīng)濟效益：連鑄濁環(huán)水節(jié)能優(yōu)化改造后，一周內(nèi)系統(tǒng)平均負荷減少751.8 kW，節(jié)電率達47.14%；半年內(nèi)系統(tǒng)累計運行時間4 388.7 h，平均減少負荷791.5 kW，累計平均節(jié)電率49.6%，半年實際節(jié)電347.4萬kWh。考慮到節(jié)能模型投用初期設有較大安全余量，后期通過持續(xù)優(yōu)化，年節(jié)電可達700萬kWh。

間接經(jīng)濟效益：因自動化程度的提高，減少了崗位員工的工作量，提升了企業(yè)效率。另外，系統(tǒng)自適應匹配后，設備沖擊開停次數(shù)顯著減少，延長了設備壽命，減少了維護檢修費用。

5 結語

工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能的核心在于通過信息技術與軟硬件的結合，實現(xiàn)生產(chǎn)集約化按需供水，減少水系統(tǒng)設備的空轉損耗。通過連鑄濁環(huán)水節(jié)能優(yōu)化改造，提升了系統(tǒng)安全可靠性，取得了明顯的經(jīng)濟效益，具有較大的推廣價值。