高炉循环冷却水系统的改进与实践

尉良营，仇志国，孙宝芳，朱传引，王永波

（青岛特殊钢铁有限公司，山东 青岛 266409）

1 前言

青钢炼铁厂2016 年10 月2 座高炉全部达产后，中心水泵房供水系统各项供水指标满足高炉各用户用水需求，工业水日耗总水量达1 800 m3，水质指标均达到要求，其中高炉除盐水系统浊度偏高，工业水系统氯离子、总硬度偏高，水系统水质严重制约着炼铁系统冷却设备的寿命和冷却效果的关键因素，较好的水质能够减缓冷却设备的腐蚀与结垢，延长冷却设备使用寿命。吨铁水耗直接影响着生产成本、制约着公司效益，因此改善水质、节约用水、降低吨铁水耗是炼铁厂研究的课题。

2 高炉循环冷却水系统运行现状分析

通过对高炉循环冷却水系统用水情况的调研分析，总结出目前青钢1#、2#高炉循环冷却水系统主要存在以下问题。

2.1 软水外排未有效利用

高炉软水密闭循环冷却系统是当前国内外使用较为广泛的一种高炉冷却设备，利用软水循环进行冷却可以有效清除结垢，腐蚀轻，冷却效果好，可以提高高炉的使用寿命和冷却设备的使用寿命。此外软水冷却水量消耗小，耗水量只有循环水量0.1%～1.0%。但是软水对水质的要求非常高，需要定期向系统投加缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂，以控制设备和管道的腐蚀、结垢及细菌的生长。但是这样也会使软水的浊度升高，影响高炉设备用水，因此需要定期排水，没有得到有效利用。

2.2 净环水外排未有效利用

由于青钢特钢所处地区的淡水资源供应相对紧张，为了在最大程度上节约有限的水资源，经过谨慎权衡和深思熟虑后，选择利用富含矿物质的海淡水作为净环水系统的主要补给用水。然而，海淡水的硬度较低，腐蚀性却异常强烈（氯离子浓度偏高），这可能会导致水的质量超标，从而加剧供水管道和设备的腐蚀，进而可能对生产和经济发展造成严重影响。为了确保水质的合格和卫生，必须定期更换一定量的净环水。据计算，水泵房每日净环水的新水消耗量大约为1 200 t，其中蒸发、飘逸量约占500 t，排污、置换外排量约为700 t。然而，在净环水的蒸发和浓缩过程中，补充的新水量却相对较少，这导致水质经常出现超标现象，尤其是水的硬度和氯离子指标未达到理想标准。因此，为了确保水质的合格和达标，必须适当增加换水量，以避免频繁出现水质问题，尤其是避免类似硬度和氯离子超标的问题。在日常工作中，以往在置换净环水时，直接外排至排水沟，这种做法不仅浪费了大量宝贵的水资源，还增加了员工的工作量，增加了高炉生产的成本，也让生产效率大打折扣［1-3］。

2.3 2#高炉除盐水泵组与柴油机连锁自启条件未完善

高炉循环水系统主要有软水密闭循环系统（除盐水系统），净环水系统（工业水系统）和高炉冲渣水系统。一旦中断用水，不但会引起停产造成损失，使连续生产作业失调，而且还可能会使某些受冷却水保护的设备被烧坏，严重时还会造成重大事故［4］。因此，为了保护高炉生产设备的安全，必须要有合理可行的安全供水措施。所以根据实际情况和工艺要求设置了4 台柴油机泵，分别设在1#炉除盐水1 系、2#炉除盐水1 系、2#炉除盐水2、3 系以及高压净环水4 个泵组。但在实际的生产过程中发现，2#高炉除盐水泵组与柴油机连锁自启条件存在以下问题。

（1）2#高炉除盐水2、3 系泵组与柴油机泵连锁关系：初始设计条件是当2、3两系统的泵全部停止运行后，2、3系柴油机泵才能自行启动；但当2、3系统若有任意一系的泵停止运行时，2、3 系柴油机泵不能启动。可能造成的危害：由于除盐水2系给风口中套、直吹管、热风炉阀门供水，3 系给风口小套供水，都是高炉的重要冷却设备，所以短暂的缺水可能导致高炉风口小套、风口中套、直吹管、热风炉阀门当中的某些设备温度过高而烧毁。

（2）2#高炉除盐水1系与2、3系连锁关系：初始设计条件是当3 个系的泵组全部停止运行时，2、3系柴油机泵的启动是在1 系柴油机泵启动之后5 s才开始启动。可能造成的危害：高炉会因为短暂的缺水发生一些不可预知的设备和安全事故。

3 改进方法

3.1 软水循环再利用

在早期，软水系统更换水时产生的排放水直接进入排水设施，由此导致的水资源浪费较为严重。然而，通过对软水化验结果的全面分析，可以发现排放的软水在水质方面大致能满足高炉净环水的需求。于是将目光聚焦在如何充分利用这部分排放水的问题上。为此，进一步对现有的水处理设备进行改进，尝试将排放水和直补冷却水源相结合，将软水处理系统中产生的排放水导入净环水池。随着时间的推移，软水化验结果也显示出了令人欣喜的变化：排放水的水质在经过一系列处理后，不仅提高了其质量，还降低了水质对设备的影响。不仅节省了大量水资源，也对提高企业生产效率和降低生产成本起到了积极作用。

3.2 1#高炉排放水导入净环水池的方式

空气冷却器内的喷淋水排污管道，成为除盐水流入的通道。经过这些管线，除盐水由喷淋水的排污管道进入空气冷却器，并通过喷淋水的出水管道进入喷淋水回水总管［5-6］。然后，除盐水会沿着喷淋水回水管道最终排放到工业水水池中。

3.3 2#高炉排放水导入净环水池的方式

因2#高炉Y 型过滤器排污管道离其净环水回水池的位置极近，选择直接对管道实施改造，将其接入至工业水池之中。

3.4 改善水质

软水外排水导入净环水池后通过对净环池取样化验分析后得出以下结论，见表1。

表1 水质改造前后分析数据

通过对这些改进效果的观察与分析，可以推测出，此次水质改良活动的成功，离不开科学的优化设计、先进的技术手段以及合理的维护管理。

首先，在优化设计方面，改造工程有效地对现有的软水闭路循环系统进行了调整。具体来说，在改造过程中，采用了先进的水处理技术，如离子交换、吸附等，以去除水中的有害物质，提高水质。此外，优化系统结构，如改进水质监测设备，可以更准确地实时监测水质，为水质改善提供实时数据支持。

其次，在先进技术手段方面，改造工程采用了多种创新方法。比如，合理选择药剂，以及严格按照生产工艺进行操作，确保了水质的稳定性。

最后，在维护管理方面，改造工程注重精细化管理，定期对设备进行清洗、维护，以确保系统的正常运行。此外，通过对废水进行有效回收和利用，不仅降低了水质污染，还节省了水资源。

综上所述，此次高炉净环水水质的改进，得益于科学的优化设计、先进的技术手段和合理的维护管理。这为其他企业在水质管理方面提供了宝贵的经验，为推动水资源的可持续利用做出了积极的贡献。

3.5 经济效益

改造前后水量见表2。

表2 水量改造前后数据t/周

从数据清晰可见，经过设备的智能化改造后，每周工业用水的消耗量大幅减少了2 000 t，这个量的下降是非常显著的。依照标准水价每吨4 元的规定，通过详细的计算发现，设备改造的成果可以为公司每年节省资金超过40 万元，为企业节省了成本，也使得资源利用更加合理。

在效率和经济效益上，改造的效果非常显著。在改造前，每周的净环水排放量高达3 500 t，不仅造成了极大的资源浪费，也对环境造成了影响，这样的污染量显然不利于公司的可持续发展。然而，通过智能化改造之后，这样的情况得到了根本性的改善，每周的净环水排放量大幅度下降至1 500 t，仅为改造前的三分之一，这无疑减少了资源浪费，同时也减轻了对环境的压力。

与此同时，改造后的设备还具备了更加高效的节水功能，在净环水蒸发量方面，设备每小时可以吸收和转化水蒸气的效率较改造前增加了5%，这使得每周的净环水蒸发量减少了700 t，这对于节省水资源有着非常显著的效果。

综上所述，从改造前后的数据对比可以看出，智能化改造后的设备已经实现了在降低能源消耗的同时，减少了水资源的浪费，而且在经济效益上也为公司节省了大量资金。这一成果的获得是智能化改造成功的一个缩影，也是现代企业追求可持续发展的重要手段之一。

3.6 优化供水方式

考虑到高炉整个水系统的全局大框架的背景下，每日冲洗转鼓所需新水为1 100 t。同时，冲洗转鼓用水对水质的要求并不高。在与高炉工艺、设备、水冲渣等部门的相关技术人员探讨并研究后，提议对水冲渣系统的冲洗转鼓用水进行调整和改造。

2#高炉水冲渣系统的冲洗转鼓进水用水已从水泵房的净环高压水改为该水源。2#高炉使用的净环高压水与水冲渣转鼓用水管道连接在一起，利用2#高炉的一部分净环高压水来增加净环水的置换量，每天可多置换净环水约400 t。泵房的净环水无须再进行置换外排，只需进行少量排污，每天排污量不超过50 t。这样的改造使水质得到显著改善，净环水水质全部合格，极大地减缓了水对管道和冷却设备的腐蚀与结垢，减轻了工作人员的负担，同时为炼铁厂每日减少补充新水约650 t。按新水4元/t计算，每年可节约水费约949 000元。此次改造在改善水质和降低吨铁水耗两方面都取得了显著的成效。

3.7 修改柴油机泵与除盐水泵组的连锁关系

在这次改造中，对柴油机泵与2#高炉2系、3系除盐水泵组之间的连锁关系进行修改。具体的改动包括：当任何一系的泵（无论是2系还是3系）停止运行时，柴油机泵将会自动启动，以确保高炉用水的稳定供应。这样的设计更新将极大地提高整个系统的可靠性和安全性，同时也将带来更高效的运行效果。

修改2#高炉1系柴油机泵与2、3系柴油机泵的连锁关系，将1 系柴油机泵与2、3 系柴油机泵进行独立分离，以消除1 系柴油机泵启动后5 s 的延迟，才能确保2台柴油机泵可以同时自动启动，从而保证高炉安全用水迅速到位。

改进后的效果。通过及时的措施和改进，成功消除了2#高炉除盐水系统中2、3系柴油机泵启动延迟的隐患。这一改进确保了高炉供水的顺畅性和安全性，使其更加可靠、高效。在解决问题过程中，采取了周密的计划和严格的监控，确保改进措施的有效实施。此外，还对高炉供水系统进行了全面的检查和测试，以确保其性能更加稳定可靠。

通过此次精细的修改，成功地确保了2#高炉除盐水的2、3系列供水安全性，有效地避免了因任何1 系列供水故障导致的短暂缺水现象，进而避免了可能引发的事故，对高炉的安全生产产生了积极的影响。经过改进后，各柴油机泵组之间互不干扰，每一系的柴油机泵都能够独立工作，互不干扰，从而提高了系统的安全性和可靠性。这种设计使得柴油机泵组在运行过程中更加稳定可靠，同时也能更好地满足各种复杂的工作需求。此外，这种独立的设计也使得每一系的柴油机泵都具有更高的工作效率和更低的故障率，从而大大提高了整个系统的可靠性和安全性。

4 总结

水循环的有效再利用不仅提升了循环利用效率，同时也节约了水资源，并且通过改善水质，从而降低了炼铁生产的成本。就青钢的高炉水系统而言，观察到存在着系统间串水、循环水利用率低下以及滴漏等问题。这些问题可能也是其他钢厂所面对的共性问题。期望炼铁高炉水系统的问题分析与对策研究，能够引发技术人员对钢铁企业合理用水、高效用水问题的关注，实现相互借鉴与学习，共同做好企业水系统工艺优化以及水资源高效利用的工作。