高爐循環冷卻水系統的改進與實踐

尉良營，仇志國，孫寶芳，朱傳引，王永波

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島 266409）

1 前言

青鋼煉鐵廠2016 年10 月2 座高爐全部達產后，中心水泵房供水系統各項供水指標滿足高爐各用戶用水需求，工業水日耗總水量達1 800 m3，水質指標均達到要求，其中高爐除鹽水系統濁度偏高，工業水系統氯離子、總硬度偏高，水系統水質嚴重制約著煉鐵系統冷卻設備的壽命和冷卻效果的關鍵因素，較好的水質能夠減緩冷卻設備的腐蝕與結垢，延長冷卻設備使用壽命。噸鐵水耗直接影響著生產成本、制約著公司效益，因此改善水質、節約用水、降低噸鐵水耗是煉鐵廠研究的課題。

2 高爐循環冷卻水系統運行現狀分析

通過對高爐循環冷卻水系統用水情況的調研分析，總結出目前青鋼1#、2#高爐循環冷卻水系統主要存在以下問題。

2.1 軟水外排未有效利用

高爐軟水密閉循環冷卻系統是當前國內外使用較為廣泛的一種高爐冷卻設備，利用軟水循環進行冷卻可以有效清除結垢，腐蝕輕，冷卻效果好，可以提高高爐的使用壽命和冷卻設備的使用壽命。此外軟水冷卻水量消耗小，耗水量只有循環水量0.1%～1.0%。但是軟水對水質的要求非常高，需要定期向系統投加緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑，以控制設備和管道的腐蝕、結垢及細菌的生長。但是這樣也會使軟水的濁度升高，影響高爐設備用水，因此需要定期排水，沒有得到有效利用。

2.2 凈環水外排未有效利用

由于青鋼特鋼所處地區的淡水資源供應相對緊張，為了在最大程度上節約有限的水資源，經過謹慎權衡和深思熟慮后，選擇利用富含礦物質的海淡水作為凈環水系統的主要補給用水。然而，海淡水的硬度較低，腐蝕性卻異常強烈（氯離子濃度偏高），這可能會導致水的質量超標，從而加劇供水管道和設備的腐蝕，進而可能對生產和經濟發展造成嚴重影響。為了確保水質的合格和衛生，必須定期更換一定量的凈環水。據計算，水泵房每日凈環水的新水消耗量大約為1 200 t，其中蒸發、飄逸量約占500 t，排污、置換外排量約為700 t。然而，在凈環水的蒸發和濃縮過程中，補充的新水量卻相對較少，這導致水質經常出現超標現象，尤其是水的硬度和氯離子指標未達到理想標準。因此，為了確保水質的合格和達標，必須適當增加換水量，以避免頻繁出現水質問題，尤其是避免類似硬度和氯離子超標的問題。在日常工作中，以往在置換凈環水時，直接外排至排水溝，這種做法不僅浪費了大量寶貴的水資源，還增加了員工的工作量，增加了高爐生產的成本，也讓生產效率大打折扣［1-3］。

2.3 2#高爐除鹽水泵組與柴油機連鎖自啟條件未完善

高爐循環水系統主要有軟水密閉循環系統（除鹽水系統），凈環水系統（工業水系統）和高爐沖渣水系統。一旦中斷用水，不但會引起停產造成損失，使連續生產作業失調，而且還可能會使某些受冷卻水保護的設備被燒壞，嚴重時還會造成重大事故［4］。因此，為了保護高爐生產設備的安全，必須要有合理可行的安全供水措施。所以根據實際情況和工藝要求設置了4 臺柴油機泵，分別設在1#爐除鹽水1 系、2#爐除鹽水1 系、2#爐除鹽水2、3 系以及高壓凈環水4 個泵組。但在實際的生產過程中發現，2#高爐除鹽水泵組與柴油機連鎖自啟條件存在以下問題。

（1）2#高爐除鹽水2、3 系泵組與柴油機泵連鎖關系：初始設計條件是當2、3兩系統的泵全部停止運行后，2、3系柴油機泵才能自行啟動；但當2、3系統若有任意一系的泵停止運行時，2、3 系柴油機泵不能啟動。可能造成的危害：由于除鹽水2系給風口中套、直吹管、熱風爐閥門供水，3 系給風口小套供水，都是高爐的重要冷卻設備，所以短暫的缺水可能導致高爐風口小套、風口中套、直吹管、熱風爐閥門當中的某些設備溫度過高而燒毀。

（2）2#高爐除鹽水1系與2、3系連鎖關系：初始設計條件是當3 個系的泵組全部停止運行時，2、3系柴油機泵的啟動是在1 系柴油機泵啟動之后5 s才開始啟動。可能造成的危害：高爐會因為短暫的缺水發生一些不可預知的設備和安全事故。

3 改進方法

3.1 軟水循環再利用

在早期，軟水系統更換水時產生的排放水直接進入排水設施，由此導致的水資源浪費較為嚴重。然而，通過對軟水化驗結果的全面分析，可以發現排放的軟水在水質方面大致能滿足高爐凈環水的需求。于是將目光聚焦在如何充分利用這部分排放水的問題上。為此，進一步對現有的水處理設備進行改進，嘗試將排放水和直補冷卻水源相結合，將軟水處理系統中產生的排放水導入凈環水池。隨著時間的推移，軟水化驗結果也顯示出了令人欣喜的變化：排放水的水質在經過一系列處理后，不僅提高了其質量，還降低了水質對設備的影響。不僅節省了大量水資源，也對提高企業生產效率和降低生產成本起到了積極作用。

3.2 1#高爐排放水導入凈環水池的方式

空氣冷卻器內的噴淋水排污管道，成為除鹽水流入的通道。經過這些管線，除鹽水由噴淋水的排污管道進入空氣冷卻器，并通過噴淋水的出水管道進入噴淋水回水總管［5-6］。然后，除鹽水會沿著噴淋水回水管道最終排放到工業水水池中。

3.3 2#高爐排放水導入凈環水池的方式

因2#高爐Y 型過濾器排污管道離其凈環水回水池的位置極近，選擇直接對管道實施改造，將其接入至工業水池之中。

3.4 改善水質

軟水外排水導入凈環水池后通過對凈環池取樣化驗分析后得出以下結論，見表1。

表1 水質改造前后分析數據

通過對這些改進效果的觀察與分析，可以推測出，此次水質改良活動的成功，離不開科學的優化設計、先進的技術手段以及合理的維護管理。

首先，在優化設計方面，改造工程有效地對現有的軟水閉路循環系統進行了調整。具體來說，在改造過程中，采用了先進的水處理技術，如離子交換、吸附等，以去除水中的有害物質，提高水質。此外，優化系統結構，如改進水質監測設備，可以更準確地實時監測水質，為水質改善提供實時數據支持。

其次，在先進技術手段方面，改造工程采用了多種創新方法。比如，合理選擇藥劑，以及嚴格按照生產工藝進行操作，確保了水質的穩定性。

最后，在維護管理方面，改造工程注重精細化管理，定期對設備進行清洗、維護，以確保系統的正常運行。此外，通過對廢水進行有效回收和利用，不僅降低了水質污染，還節省了水資源。

綜上所述，此次高爐凈環水水質的改進，得益于科學的優化設計、先進的技術手段和合理的維護管理。這為其他企業在水質管理方面提供了寶貴的經驗，為推動水資源的可持續利用做出了積極的貢獻。

3.5 經濟效益

改造前后水量見表2。

表2 水量改造前后數據t/周

從數據清晰可見，經過設備的智能化改造后，每周工業用水的消耗量大幅減少了2 000 t，這個量的下降是非常顯著的。依照標準水價每噸4 元的規定，通過詳細的計算發現，設備改造的成果可以為公司每年節省資金超過40 萬元，為企業節省了成本，也使得資源利用更加合理。

在效率和經濟效益上，改造的效果非常顯著。在改造前，每周的凈環水排放量高達3 500 t，不僅造成了極大的資源浪費，也對環境造成了影響，這樣的污染量顯然不利于公司的可持續發展。然而，通過智能化改造之后，這樣的情況得到了根本性的改善，每周的凈環水排放量大幅度下降至1 500 t，僅為改造前的三分之一，這無疑減少了資源浪費，同時也減輕了對環境的壓力。

與此同時，改造后的設備還具備了更加高效的節水功能，在凈環水蒸發量方面，設備每小時可以吸收和轉化水蒸氣的效率較改造前增加了5%，這使得每周的凈環水蒸發量減少了700 t，這對于節省水資源有著非常顯著的效果。

綜上所述，從改造前后的數據對比可以看出，智能化改造后的設備已經實現了在降低能源消耗的同時，減少了水資源的浪費，而且在經濟效益上也為公司節省了大量資金。這一成果的獲得是智能化改造成功的一個縮影，也是現代企業追求可持續發展的重要手段之一。

3.6 優化供水方式

考慮到高爐整個水系統的全局大框架的背景下，每日沖洗轉鼓所需新水為1 100 t。同時，沖洗轉鼓用水對水質的要求并不高。在與高爐工藝、設備、水沖渣等部門的相關技術人員探討并研究后，提議對水沖渣系統的沖洗轉鼓用水進行調整和改造。

2#高爐水沖渣系統的沖洗轉鼓進水用水已從水泵房的凈環高壓水改為該水源。2#高爐使用的凈環高壓水與水沖渣轉鼓用水管道連接在一起，利用2#高爐的一部分凈環高壓水來增加凈環水的置換量，每天可多置換凈環水約400 t。泵房的凈環水無須再進行置換外排，只需進行少量排污，每天排污量不超過50 t。這樣的改造使水質得到顯著改善，凈環水水質全部合格，極大地減緩了水對管道和冷卻設備的腐蝕與結垢，減輕了工作人員的負擔，同時為煉鐵廠每日減少補充新水約650 t。按新水4元/t計算，每年可節約水費約949 000元。此次改造在改善水質和降低噸鐵水耗兩方面都取得了顯著的成效。

3.7 修改柴油機泵與除鹽水泵組的連鎖關系

在這次改造中，對柴油機泵與2#高爐2系、3系除鹽水泵組之間的連鎖關系進行修改。具體的改動包括：當任何一系的泵（無論是2系還是3系）停止運行時，柴油機泵將會自動啟動，以確保高爐用水的穩定供應。這樣的設計更新將極大地提高整個系統的可靠性和安全性，同時也將帶來更高效的運行效果。

修改2#高爐1系柴油機泵與2、3系柴油機泵的連鎖關系，將1 系柴油機泵與2、3 系柴油機泵進行獨立分離，以消除1 系柴油機泵啟動后5 s 的延遲，才能確保2臺柴油機泵可以同時自動啟動，從而保證高爐安全用水迅速到位。

改進后的效果。通過及時的措施和改進，成功消除了2#高爐除鹽水系統中2、3系柴油機泵啟動延遲的隱患。這一改進確保了高爐供水的順暢性和安全性，使其更加可靠、高效。在解決問題過程中，采取了周密的計劃和嚴格的監控，確保改進措施的有效實施。此外，還對高爐供水系統進行了全面的檢查和測試，以確保其性能更加穩定可靠。

通過此次精細的修改，成功地確保了2#高爐除鹽水的2、3系列供水安全性，有效地避免了因任何1 系列供水故障導致的短暫缺水現象，進而避免了可能引發的事故，對高爐的安全生產產生了積極的影響。經過改進后，各柴油機泵組之間互不干擾，每一系的柴油機泵都能夠獨立工作，互不干擾，從而提高了系統的安全性和可靠性。這種設計使得柴油機泵組在運行過程中更加穩定可靠，同時也能更好地滿足各種復雜的工作需求。此外，這種獨立的設計也使得每一系的柴油機泵都具有更高的工作效率和更低的故障率，從而大大提高了整個系統的可靠性和安全性。

4 總結

水循環的有效再利用不僅提升了循環利用效率，同時也節約了水資源，并且通過改善水質，從而降低了煉鐵生產的成本。就青鋼的高爐水系統而言，觀察到存在著系統間串水、循環水利用率低下以及滴漏等問題。這些問題可能也是其他鋼廠所面對的共性問題。期望煉鐵高爐水系統的問題分析與對策研究，能夠引發技術人員對鋼鐵企業合理用水、高效用水問題的關注，實現相互借鑒與學習，共同做好企業水系統工藝優化以及水資源高效利用的工作。