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高炉采用密闭循环冷却水技术的节水研究

2024-10-18 来源:威能网
冶金能源 Vo1.3O No.1 56 ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY Jan.2011 高炉采用密闭循环冷却水技术的节水研究 马彦珍 赵世杰 范剑冰。 (1.包钢集团公司生产部,2.包钢集团公司给水厂, 3.包钢建安集团新发净水药剂有限公司) 摘要对比了包钢密闭式与敞开式高炉循环冷却水系统工艺、循环水量、补水量的差别, 介绍了投产以来的水质管理过程。通过两次挂片试验证明采用现阶段提出的水质管理指标, 能保证循环水系统水质稳定。密闭式同敞开式系统相比,年节水171.36万m’,年节电 750.69万元,同时提高了水的重复利用率循环率。 关键词 高炉循环水系统密闭式敞开式节能节水 Water saving research on blast furnaces adopting airtight circulating cooling water technique Ma Yanzhen Zhao Shijie Fan Jial1bing。 . (1.Production Dept.of Baotou Steel(Group)Co., 2.Water Supply Plant of Baotou Steel(Group)Co., 3.Construction and Installation Co.of Baotou Steel(Group)Co.) Abstract The differences of techniques,circulating water volume and water complementarity for air- tight and open blast furnace circulating cooling water system were compared.The process of water uqality management since it was put into operaiton sa well was introduced.The two han ̄ng piece tests have proven that the water quality of circulating water system could be kept stable by adopting water quality management target.Compared with adopting open system techniques,the water and electricity could be saved 1.7136 million m and 7.5069 million yuan annually respectively by adopting airtight system techniques.Meanwhile,the repeating utilization factor as well as circulating rate of water could be improved. Keywords blast fumaee circulating water system airtight open energy conservation water con。 servation 包钢6号高炉是包钢第一座在炉底、炉壁和 风口冷却采用密闭循环冷却水的高炉。6号高炉 1 包钢敞开式与密闭循环冷却水工艺对比 的投产,标志着包钢循环水系统装备水平迈上了 包钢共有六座,为I号一6号高炉,其中1 一个新台阶。高炉密闭循环冷却水工艺不仅循环 号一5号高炉为敞开式循环冷却水系统,6号高 水量、补充水量低于敞开式循环冷却水工艺,节 炉采用密闭式循环冷却水系统。 省了水资源和电力资源,而且由于密闭循环冷却 1.1 敞开式循环冷却水工艺 水系统的水质采用软水密闭,水质较好,系统内 敞开式循环冷却水系统主要是循环水供水泵 结垢、腐蚀现象得到有效控制,提高了换热效 组按照高炉用水点压力的不同,分别用不同泵组 果,从而提高高炉的使用寿命。 向高炉冷却壁、炉顶、炉底及风渣口等部位供应 冷却水。温度升高的冷却回水经自流或加压送至 收稿日期:2010—09~25 冷却塔降温后,再送至高炉循环使用。在水系统 马彦珍(1963一 ),高T;014010内蒙古包头市。 中发生腐蚀、结垢现象,通过投加缓蚀阻垢剂来 Vo1.3O No.1 冶金能源 57 Jan.201l ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY 减缓腐蚀、结垢现象对系统的影响 水质在冷却 降温过程中与外界接触,带入有机物、菌藻,使 冷却塔、吸水井等处菌藻滋生,产生生物污染, 通过投加杀菌剂控制菌藻滋生。 1.2密闭循环冷却水工艺 水补水泵根据膨胀罐内水位自动补充。其来源是 由五车间生产的一级反渗透产品水送至3O号泵 站内的二级反渗透装置生产二级反渗透产品水, 再补人密闭循环系统。为了解补充水对高炉炉体 普碳钢和铜材料的腐蚀情况,筛选密闭循环水系 统缓蚀性能,开展了水处理药剂缓蚀性能测定的 密闭循环冷却水系统由供高炉冷却壁、炉底 冷却循环水系统和风口二套、热风阀冷却循环水 旋转挂片实验,对B 系列水处理缓蚀剂配方 两套系统组成。 6号高炉冷却壁、炉底和风口中套、热风阀 采用独立脱盐水密闭循环冷却系统。分别由3O 号泵站1组泵和2组泵将冷却水加压供给冷却 壁、炉底和风口中套、热风阀(并联供水),使 用后的水进入脱气罐脱去水中的气体,温度升高 8 ̄C,热水自流至循环泵站的蒸发式空冷器降温 8 ̄C后,再送至高炉。在系统最高点设置膨胀罐, 起到稳定系统压力的作用。此外,6号高炉风口 小套、布料器冷却、液压站等设备仍然采用敞开 式循环冷却水。 1.3包钢敞开式与密闭循环冷却水工艺对比 对比可知,密闭循环冷却水工艺冷却设备将 回水余压、高炉回水余压在供水泵进口全部利 用,电能损耗小;冷却壁系统具有形成汽化冷却 的条件,供水安全性好;供水水温较高,能量损 失小。 但密闭循环冷却水工艺对设备装备要求高, 对水质要求高,如果水质不加以控制,存在腐蚀 的倾向。 炉体容积最大的6号高炉循环水合计小时量 为7736m ,比炉体容积为2200m 的3号、4号 高炉循环水量少5.66%,补充水量少50.87%。 与炉体容积最小的5号高炉相比,循环水量少 15.89%,补充水量少53.65%。可见高炉密闭 循环冷却水工艺循环冷却用水量少,泵组负荷 小,节约电能;补充水量可减少50%以上,节 约水资源。 2 6号高炉密闭循环冷却系统水质控制 3O号泵站1组泵设计循环水量4356m /h, 循环率99.9%,补充水量4m。/h。2组泵设计循 环水量1650m /h,循环率99.9%,补充水量 1.6m /h。两套供水泵组共用1套补水系统和1 套水质稳定剂的加药装置。系统缺失水量由除盐 进行评价。 2.1 水处理药剂缓蚀性能测定的旋转挂片实验 从表1中可以看出,密闭循环设计补充水的 水质非常好,接近纯水水质,它的结垢倾向几乎 不存在,但由于这种水的含盐量非常低,溶解性 非常好,如果不投加缓蚀药剂,将发生溶解性腐 蚀。在投产前期,通过考察武钢等其他钢铁公司 软水密闭循环水质,并对比一级反渗透系统产水 水质,认为6号高炉密闭循环水系统补充水采用 一级反渗透产水不仅能满足高炉密闭循环水系统 用水要求,而且可以大大降低运行成本,节约水 资源。 表1一级反渗透产水水质 序号 项目 单位 指标 备注 为验证采用一级反渗透产水做补充水是否可 行,在6号高炉投产前,测试水处理剂缓蚀性能 时,采用一级反渗透产水开展实验。 (1)试验方法及实验结果的评价标准 试验方法采用国家标准《水处理剂缓蚀性 能的测定——旋转挂片法(GB/T18175— 2000)》。实验结果的评价采用国家标准《工业 循环冷却水处理设计规范(GB50050—2007)》。 腐蚀率的要求:碳钢<0.075mm/a、铜< 0.005mm/a。 (2)旋转挂片试验条件(表2) (3)旋转挂片试验数据  ̄a3钢、黄铜和红铜挂片试验 BJY一403的缓蚀率远低于规范中A3钢的腐 冶 金 能 源 V0l_30 No.1 58 ENERGY FOR METALLURGICAL I DUSTRY Jan.201l 蚀率<0.075mm/a,铜的腐蚀率<0.005mm/a标 表2旋转挂片试验条件 准,而且其相对缓蚀率都高于99%以上二,BJY一 试验水质 一绒反渗透产水 403能满足生产要求。 试验温艘 40℃ ②A3钢和黄铜混合挂片实验 挂片旋转速度 75一J5Or/rain A_3钢 经确认6号高炉炉体材料为A3钢和黄铜。 挂片树质 黄铜 进一步了解A3钢和黄铜挂片在同一药液中的互 红铜 相影响,又进行了一组旋转挂片实验。 实验周期 72h 药剂BJ'/一403,投药量500mg/L 由表3可见,A3钢和黄铜挂片在同一药液 采用药剂及投药量 药剂BJY一404,投药 500mg/'L 中的相互影响与单一挂片的差别不大,其中BJY 药剂BJY一405,投药量500mg/L 一403的缓蚀效果更优。 挂片规格及农面积 挂片规格50 X25 x5,表面积28cm 表3 A3钢和黄铜混合挂片实验 (4)实验结论 闭循环水系统按照国家有关标准开展了水质稳定 经过对循环冷却水做旋转挂片比较试验, 试验。 . BJY一403对各种材质的腐蚀速度均低于国家标 (1)实验方法 准要求.更适合做为6号高炉脱盐水的缓蚀剂, ①实验设计 它能够满足循环水站的运行要求。 实验时间:7天(168h)。试片材质:分别 2.2运行前期的水质稳定实验 采用20号碳钢和紫铜,尺寸均为50×25×(2 6号高炉投产运行前对30号泵站1组密闭 ±0.1),试片面积28em 。实验设计:试验一共 循环系统做药剂酸洗过程中,由于管道有大量的 有10组,编号分别为1号~l0号、每组试验挂 漏点,只能反复将管道内的酸液放空处理,造成 片3片。1号~5号为碳钢,其中1号为空白实 管道内生成大面积的Fe O 锈斑。由于工期等问 验;6号~l0号为紫铜,其中6号为空白实验。 题酸洗没有达到指标要求,在大面积的Fe:O,锈 ②试验水质 斑没有被清洗去除的情况下,即开始钝化处理后 试验用水:30号泵站1组密闭循环水系统 投人运行。通水运行后,尽管在1组密闭循环系 水质。补充水质:一级反渗透产水。试验水温 统投加BJY一403缓蚀剂,但水质仍然非常不 度:40℃。1号和6号空白试验,用一级反渗透 好。 产水;2号一5号、7号~l0号为3O号泵站1组 30号泵站2组密闭循环系统,由于工期和 密闭循环系统水。水质指标见表4。 费用等原因,没有进行酸洗、钝化处理,直接投 (2)阻垢性能测定 加BJ ̄一403缓蚀剂运行。 系统水质监测:水质试验前Ca“、Mg“的 6号高炉密闭循环水系统在运行初期水质较 含量及硬度、碱度与试验终点相比略微增加,主 差,尤其是浊度达到77NTU,总铁达到 要原因是试验过程中部分水分蒸发,补充水为一 17.43mg/L。为判定水质是否会对高炉正常运行 级反渗透产水,产生盐量富集。实验终点Ca 、 产生影响,对3O号泵站供6号高炉冷却水的密 Mg2 等含量均小于系统介质的容度积。 Vo1.30 No.1 冶 金能源 59 J{1n.2011 EN ERGY FOR ME I-ALLURGICAL lNDUsTR Y 从6号高炉水处理药剂旋转挂片缓蚀试验试 控制标准(见表5)。采用标准一方面可以控制 片称重可知:试片无增莛现象,污垢热阻为零。 从上述实验数据可以判定6号高炉密闭循环系统 不会发生结垢现象。 (3)缓蚀性能测定 加药量保证水质稳定。另一方面避免了经常换水 浪费水和药剂的情况。投产以来,密闭循环水系 统的循环率达到99.96%,达到设计要求。 2.4系统补水量的控制及节水效果分析 6号高炉两个密闭循环冷却水系统共用一套 一试验可知,碳钢的平均腐蚀率为 0。0051mm/a、缓蚀率98.85%;铜的平均腐蚀率 为0 0019mm/a、缓蚀率98.5%。 2.3 系统的水质控制指标 通过逐步换水明显改善了水质,长时间的运 级反渗透膜产水补充泵供给。补水是根据高炉 上设置的密闭循环冷却水膨胀罐水位信号,采用 PLC自动控制补充泵进行。膨胀罐补一次水的容 积约为9.8m 。统计6号高炉两个密闭循环冷却 水系统的补水情况,见表6。 arg/1 行,提出了6号高炉密闭循环水系统水质指标的 表5 30号泵站1、2组循环水系统水质标准 在正常运行情况下,1组平均每天最多补一 水余压:密闭循环冷却水工艺中,冷却后的回水 利用余压回水直接冷却设备,减少再用水泵将水 次水,有时不补水,每次补充水量为9.8m ;2 组3~4天补一次水,每次补充水量为9.8m , 两个系统合计按每天补一次水计算;两个密闭循 环冷却水系统约每月换水一次,每次500m /h, 两项合计每月补水量约803.8m 。如前所述,总 循环量合计为6870m。/h,通过计算可知,6号 高炉两个密闭循环冷却水系统的循环率达到 99.98%。如果6号高炉这两个系统采用开路循 加压送至冷却设备的电力消耗,年节省电费 443.35万元。 (2)高炉回水余压在供水泵进口全部利用: 密闭循环冷却水工艺中,高炉回水余压在供水泵 进口全部利用,降低水泵扬程,减少水泵电力消 耗,年节省电费221。86万元。 (3)减少循环水量:6号高炉密闭循环冷却 环水系统,最高循环率只能达到97%,其月补 水量达到l5.33万ITI 。通过对比可知每年节水 约171.36万m ,按照每吨澄清水1.20元计算, 年节约水费为205.63万元。 2.5系统节电效果 (1)密闭循环冷却水工艺冷却设备利用回 水系统与3号高炉敞开式循环冷却水系统相比,每 年节约电能1745.81kWh,节约电费750.69万元。 3结论 (1)6号高炉密闭循环水系统的循环率能达 (下转第62页) 冶 金62 能源 Vo1.30 No.1 .ENERGY FOR METAI l URGICAL INDUSTRY 1an.2011 使用周期由3个月提高到5.2年,使企业事故率 大大降低。5年内减少对开启装置的更换次数20 次,以每套装置5000元计算,5年内可节省lO 2]林翔,谢永奇等.mlidworks2004基础教程[M]. 北京:清华大学出版社,2004. 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