特大型高炉联合软水密闭循环冷却系统水质达标实践

2021-06-29蒋学健魏开庆

冶金动力 2021年1期

孙康，蒋学健，魏开庆

（山东钢铁集团日照有限公司炼铁厂，山东日照 262300）

引言

山东钢铁集团日照精品基地两座5 100 m3高炉冷却工艺采用了先进的新型联合软水密闭循环冷却系统（以下简称联合软水系统），受密闭循环系统工艺特点限制，施工阶段残留在系统内的焊渣、泥沙、铁锈等很难完全去除，导致系统投运初期浊度、总硬、总铁等关键指标，对循环水泵运行安全、板式换热器效率等影响极大。联合软水系统的稳定运行是高炉稳定顺行的重要条件，因此，联合软水水质快速改善是高炉投产初期的迫切需要。

1 联合软水系统工艺流程

主供水泵组将冷却后的软水送至高炉冷却壁供水环管，一部分水冷却高炉冷却壁直冷管，一部分水冷却炉底梁。两部分回水经回水环管收集，部分回水经脱气罐脱气后回到泵房，由热风炉中套增压泵和风口小套增压泵分别增压后供各系统冷却。此部分串级使用后再汇入回水总管，与未增压利用部分经混合后进入脱气罐脱气，再经回水总管进入板式换热器冷却后，进入主供水泵组吸水总管循环使用。流程如图1所示（临时设施用虚线表示）。

图1 新型联合软水密闭循环冷却系统工艺流程图

系统补水泵组配置：1 台变频、2 台工频补水泵（Q≈25 m3/h），1 台紧急补水泵（Q≈175 m3/h），1 台柴油机泵（Q≈200 m3/h）。

系统设置精密过滤器一套，滤芯采用PP喷熔材质，过滤精度50 μm。旁滤流量Q≈180 m3/h，利用主泵供水主管与吸水主管的压差对系统进行旁滤，通过定期排污及更换滤芯的方式去除不溶固体，降低系统浊度。

2 目标制定及实施

参考国标《工业循环冷却水处理设计规范》（GB/T 50050-2017）[1]中循环水水质相关条款，结合山东钢铁集团内部炼铁工序生产实际，制定联合软水系统循环水水质控制标准，具体如表1所示。

表1 高炉联合软水循环水水质控制标准

为实现2# 5 100 m3高炉联合软水系统循环水水质在开炉一个月内全面达标的目标，依次采取了水力冲洗、化学清洗、钝化预膜、水质置换、阶段性浅层砂旁滤、精密过滤等一系列措施，取得了良好效果。

2.1 水力冲洗

水力冲洗是指利用现有水泵向管路系统快速注入大量工业新水，产生高速水流，带动系统残余的焊渣、泥沙、铁锈排出的冲洗方法。根据联合软水系统管路特性及高炉给排水系统的现有设备设施，采取了先分部分段冲洗、后整体运行冲洗的方案，具体步骤如下：

⑴清除净环水池及吸水井内杂物，人工清扫干净，通过工业新水补水管道将水池注满。

⑵对二次冷却水系统水泵逐台进行试车，每台水泵最初10 min 的出水经排污口直接排入污水系统，不得进入冷却塔及净环水池。全部试车合格后，同时启动所有水泵，以8 000 m3/h的最大设计流量、2.5 m/s 以上的高流速运行30 min，将二次冷却水系统管路冲洗干净。二次冷却水系统试车及冲洗期间，板式换热器、冷却塔配水系统走旁路，避免杂物进入。

⑶再次将净环水池注满，切断联合软水风口小套系统、中套热风阀系统进回水主管阀门，打开冷却壁系统所有通路阀门。启动二次冷却水系统所有水泵，以8 000 m3/h 的流量按图2 所示流程进行冲洗。

图2 冷却壁、炉底水冷管及供回水总管冲洗流程图

排污口见水后，同时启动2 台冷环壁循环泵运行，维持流量8 000 m3/h 左右，直至外排口排水颜色正常后打开净环水池回水阀门并关闭排污阀，回水进入净环水池循环运行，确保主泵组所有水泵运行时间均不小于30 min。冲洗期间密切关注各运行水泵工艺参数，确保设备安全，维持循环运行2 h，冷却壁系统及炉底水冷系统冲洗结束。

⑷再次将净环水池注满，打开联合软水风口小套系统、中套热风阀系统所有通路阀门，切断回水主管调节阀组。依次启动二次冷却水循环、冷却壁循环泵、二级加压循环泵，按图3 所示流程进行冲洗。

图3 串级加压循环系统及剩余管路冲洗流程图

冲洗期间，高炉风口区及热风阀组供回水支路全部短接，水流不得通过冷却元件。逐台交替启动风口小套及中套热风阀系统循环泵，每台水泵运行30 min以上，系统总管流量保持4 000 m3/h左右，风口小套系统总管流量保持2 000 m3/h 以上、中套热风阀系统总管流量保持2 600 m3/h以上。两系统交替切换循环水量大小，维持2.5 m/s 以上的流速，直至外排口排水颜色正常后打开净环水池回水阀门、关闭外排阀门，回水进入净环水池循环运行2 h，联合软水系统水力冲洗完成。

水力冲洗结束以后，拆除系统间联通管、滤网及旁通管路，各系统阀门、软管调整至正常生产状态，组织联合软水系统负荷试车100 h，确认各系统循环泵工作正常，期间进行工业新水置换，当系统浊度低于80 NTU时，即可进入化学清洗环节。

2.2 化学清洗

采用以有机酸为主要成分的JH308复合型清洗剂实施化学清洗，去除联合软水系统管道及冷却元件内壁铁氧化物及附着物，同时提高表面反应活性，为系统预膜创造良好条件。具体步骤及控制要点如下：

⑴通过各排污口将系统中的存水全部排净，按500 mg/L 的浓度将药液分批加入软水池，通过补水泵组将混合了药液的工业新水注满联合软水系统，以高炉炉顶脱气罐顶部见水为注水终点。完成注水后，联合软水系统正常开机循环，1 h 后开始分析pH、总铁、浊度、Ca2+等指标。

⑵运行过程中，当pH 大于6.0 时，用JH-308 调节至3.0～6.0 范围，在此范围内维持运行24 h 以上。当系统铁离子含量保持稳定、pH 值回升至6.5 左右时，化学清洗结束，此时系统浊度约240 NTU。

⑶打开炉顶膨胀罐氮气进气阀，向系统注入氮气，打开系统各排污口排空系统。排空时控制各排污点的排污速度，保持系统气相压力0.02 MPa 以上，发挥氮气的惰性气体保护作用，保持管道及设备内壁的反应活性，为钝化预膜创造良好条件。

2.3 系统预膜

采用高浓度JH-422A 型缓释阻垢剂钝化运行的方式进行预膜，基础投加浓度800 mg/L 以上，投加完成后联合软水系统开机循环。开机1～2 h后开始分析循环水药剂含量，保持每4 h 分析1 次。若循环水中药剂浓度小于800 mg/L，及时补加JH-422A 预膜剂，系统pH 值保持在7～11 范围，连续运行168 h预膜结束。

2.4 运行阶段的管理

2019 年4 月2 日，2# 5 100 m3高炉虽未开炉，但联合软水系统已具备正常生产运行条件，但联合软水浊度、总硬和铁离子含量仍较高，为快速解决上述问题，采取了以下措施。

⑴2# 5 100 m3高炉计划于4 月11 日正式开炉，为快速改善各项指标，尽量为高炉生产创造良好条件，决定实施分批次水质置换。置换介质采用一级除盐水，排污点选在脱气罐下方、炉底供水环管下方等流速缓慢、杂物易沉积的部位，置换速度控制在200 t/天。置换期间每8 小时对钼酸盐含量进行一次监测，低于10 mg/L时及时补加缓释阻垢剂。

4 月12 日，经过10 天置换，联合软水系统水质指标有了明显改善。

⑵充分利用净环水系统已有设施，实施临时旁滤。鉴于联合软水循环水浊度已下降至74NTU，虽不符合系统自带精密过滤器进水水质要求，但是已经满足净环水系统浅层砂过滤器的使用条件。为加快水质处理进度，决定充分利用净环水系统浅层砂过滤器，对联合软水系统实施旁路过滤。

具体实施方案：从中套热风阀出口总管敷设DN100 临时管路至净环水系统浅层过滤器进水管，从浅层过滤器出口总阀前接DN100 临时管路，将过滤器出水引至软水池并加装控制阀门。旁滤过程中控制过滤器工作压力0.35～0.4 MPa，过滤流量120～150 m3/h。过滤器通水后就地启动补水系统紧急补水泵，调整其供水流量略小于过滤流量5～15 m3/h。流量调节完成后开启补水系统联锁程序，通过膨胀罐液位及压力变化控制补水泵启停，实现临时旁滤期间联合软水系统自动水平衡。

临时旁滤初始阶段设定自动反洗周期为2 h一次，随着浊度逐步降低，逐渐延长至8 h 一次；每班人工巡检2次，如出现压差信号及时进行手动反洗。

随着旁路过滤的逐步实施，联合软水水质进一步改善。

⑶及时投运精密过滤器，进一步改善水质。鉴于联合软水系统pH 值、总硬、氯离子、总铁等已达标，浊度已降至20.7NTU，浅层砂过滤器实际过滤效果已微乎其微，此时净环水系统亦面临降浊问题，于是决定退出临时旁路过滤，将精密过滤器投入使用，以进一步降低系统浊度。精密过滤器通水后调整运行压力在0.7 MPa左右，确保过滤器运行安全。运行期间每隔12 h打开底部排污阀进行排污；每隔24 h 对联合软水水质指标进行分析，当浊度不再下降时对滤芯进行更换。

通过以上措施的实施，联合软水密闭循环系统水质指标达到控制标准，如表2所示。