提高高炉软化水系统稳定性的研究与应用

刘晓兵

（山钢股份莱芜分公司炼铁厂，山东莱芜 271104）

0 引言

山钢股份莱芜分公司炼铁厂共有6座炼铁高炉及配套热风炉，每套高炉都有独立的软化水冷却系统，高炉软化水主要为炼铁高炉冷却壁[1]、大中小套及热风炉冷却。高炉软化水密闭循环冷却系统利用软化水循环进行冷却，有清除结垢、冷却效果良好、提高高炉和冷却设备的使用寿命等特点。然而，如果该系统运行不稳定而又未能及时发现，就会影响高炉的寿命和生产能力，造成经济损失和安全隐患。

1 高炉冷却水系统存在的问题研究

高炉软化水系统主要包括补水箱、补水泵、稳压罐、循环泵（含柴油机组）、供水管道、回水管道、空冷器及加药系统[2]。整个软化水冷却系统属于密闭循环系统，工作流程为：由软化水站补水至补水箱，通过补水泵输送至稳压罐，稳压罐输出至循环泵入口，通过循环泵加压从出口进入供水管道，经过高炉需冷却设备后利用余压从回水管道回至循环泵入口（图1）。通过对软化水系统运行的观察，发现其主要存在以下4个问题。

（1）蒸发式空冷器管束及喷头结垢。现场蒸发式空冷器均安装于室外，受粉尘影响较大，粉尘及喷淋工业新水中含有的游离金属离子使得冷却管束表面及喷头出现结垢[3]，冷却管束表面结垢造成热交换能力下降，喷头结垢造成喷淋量减少，严重影响冷却效果。

（2）软化水循环系统补水压力波动大。软化水循环系统补水通过2台变频补水泵实现，系统一用一备。补水压力信号进入PLC，在PLC中设置压力上、下限，当压力达到下限时，PLC输出启动信号至变频器，变频器运行开始补水，当压力达到上限时，PLC输出停止信号至变频器，变频器停止运行，补水结束。因为工艺需求以及存在的泄漏等情况，需频繁调节空冷器风机、喷淋泵运行数量，造成软化水回水压力波动，变频器频繁开停，对所带电机及水泵影响较大。

（3）补水箱不能实现高、低限液位报警。这一问题会造成水箱补水不及时或过量，影响软化水系统稳定性，从而影响高炉生产。

（4）控制方式落后，未进行集中监控。部分循环泵、空冷器冷却风机只有机旁操作（图2），运行状态只有现场巡检时进行查看，设备发生故障时不能及时发现。如：当水温变化较大时再去现场查看、确认，倒用备用设备，会极大延时；不能及时调节系统温度，波动较大，对高炉正常生产影响很大。

图1 蒸发式空冷器剖面示意

2 改造措施的研究与应用

2.1 蒸发式空冷器的改造措施

（1）新增自动加药在线监测控制系统。经分析研究，喷淋水浓缩倍数通过人工化验后再加药，造成了水质改善滞后，是导致蒸发式空冷器结垢的主要原因。因此，新增一套自动加药在线监测控制系统。该系统设有中央处理器，可存储大量数据，匹配水质浓缩倍数及对应加药方案。喷淋水流经该系统，通过定时取样，在线分析喷淋水浓缩倍数，根据浓缩倍数选择最佳加药量。系统上线后，减缓了空冷器管束表面结垢速度，改善了空冷器冷却效果，更好地满足高炉冶炼生产工艺需求。

图2 电气控制系统原理

（2）改变空冷器管束垢层管控方式。对于蒸发式空冷器冷却管束的结垢现状，分析认为，通过实施高炉循环水喷淋代替工业新水喷淋措施，改变喷淋循环水流程以增大“泄漏量”、降低喷淋水浓缩倍数，形成“大循环带动小循环，降低浓缩倍数”的解决思路。合理选择水处理药剂，同时增设软化水应急喷淋系统，最终减缓了管束表面结垢速度，改善了空冷器冷却效果。

（3）改造喷淋管及喷头。蒸发空冷器运行过程中，喷头底部喷水效果不佳部位、管箱周边及水流量小的部位，结垢情况严重。通过创新性实施增大喷淋水量、增加喷头数量、喷淋管优化及喷头换型、排污防堵等措施，有效改善了喷淋水布水不均匀问题，结垢现象明显改善，空冷器冷却能力得到进一步提高

2.2 提高软化水循环系统补水系统的安全稳定性

补水系统的改造措施主要有以下3个。

（1）补水系统增加1台应急补水泵。每个高炉软化水系统一般配有2台补水泵（流量12 m3/h），在系统出现较大泄漏量时暴露出补水能力不足问题。因此，在水泵房2水箱间增加安装1台应急补水泵（流量50 m3/h），给炉体及热风阀套软化水系统进行应急补水，在系统出现较大泄漏量时可维持正常运行，提高系统安全稳定性。由于新增应急补水泵的流量较大，软化水来水无法满足其泵长时间运行，为此在泵房补水箱设应急工业新水管道，备用。

（2）在原有稳压补水罐基础上增加1台稳压补水罐，由一管道连接至软化水泵房原DN80 mm应急补水管，并在应急补水管上增加阀门，防止稳压补水管与应急补水管串水，影响系统稳压。

（3）各高炉补水系统增加软化水直补水，实现系统大流量应急补水，稳定运行。

2.3 补水箱实现高低限液位报警

在补水箱上安装水囊，利用连杆延伸至箱体外部，连杆顶端焊接1个20 mm×20 mm铁片挡块。在箱体外部制作支架，并安装上下DC 24 V接近开关2个，上部接近开关作为液位低限报警、下部接近开关作为液位高限报警。并将两个接近开关通过电缆连接至PLC，在上位机实现液位报警监控，及时控制水箱液位，防止补水过量或水量不足（图3）。

2.4 进行集中监控，实现电脑画面操作

现场机旁操作箱上加装转换开关，实现机旁/自动切换，并通过控制电缆连接至配电室内控制柜，在控制柜增加自动控制继电器，当转换开关切换至自动位时，自动控制继电器得电（图4）。通过屏蔽电缆将控制柜与PLC柜连接，自动控制继电器开点及主回路接触器辅助触点的开点通过屏蔽电缆引入PLC，通过IFIX4.0进行组态，在电脑上实现手自动及运行状态监控。PLC输出开、关信号至PLC柜内继电器，继电器开点串接入自动启停控制回路，实现电脑上启停控制（图5）。

图3 补水箱高低限液位报警改造原理

图4 电气控制原理

图5 集中监控原理

3 实施效果

（1）增加自动加药在线监测控制系统后，大大缩短了降低喷淋水浓缩倍数时间，能够及时改善喷淋水浓缩倍数。喷淋管及喷头改造及表面垢层管控改造的实施使空冷器管束及喷头结垢得到有效改造，减缓了空冷器铜管束结垢速度，延长了喷头使用寿命，提高了空冷器的冷却能力。

（2）软化水补水系统稳压改造，尤其增加稳压补水罐后，系统回水压力波动较小甚至不波动，有效解决了泵房系统压力不稳定问题。同时，相应延长了原系统变频补水泵使用寿命。

（3）进行集中监控、操作之后，提高了工人对系统运行情况的掌握程度，优化了操作流程，对于设备运行情况能够及时反应，能够准确判断出故障设备所在位置，及时调整设备运行方式，提高了软化水冷却的稳定性。

［1］周传典.高炉炼铁生产技术手册［M］.北京：冶金工业出版社，2002.

［2］余经海.工业水处理技术［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［3］金熙，项成林，齐冬子.工业水处理技术问答及常用数据［M］.北京：化学工业出版社，2001.