高炉循环水浓缩倍数的研究及对策

■ ～1 2002年第 6期 宝 钢 技 术 49 驴 驴 驴 驴 驴 勺 试验研究 妨、扩 、驴 、 、驴 、驴 高炉循环水浓缩倍数的研究及对策 居勤章 ，杨倩 宇 ，温 治 (1．宝钢股份公司 炼铁厂 ，上海 200941； 2．宝钢股份公司 能源部，上海 200941；3．北京科技大学。北京 100083) 摘要：通过对宝钢 3座高炉清循环冷却水系统的水平衡测试和理论分析，找出了3个水系 统中浓缩倍数低的主要原因，提出了提高清循环水系统浓缩倍数的技术措施，并推出计算浓缩 倍数的在线计算公式。 关键词：高炉；清循环冷却水；浓缩倍数 中图分类号 ：TF085 文献标识码 ：B 文章编号 ：1008—0716(2002)06—0049—04 Research on Concentrating Times of BF Circulating W ater 1．-， ，1．zlmng 2．yAⅣIG Qian-yu 3．WEN Z (1．Baosteel Ironmaking Plant；2．Baosteel Energy Department，Shanghai China。200941； 3．Beijing Science and Technique University。Beijing China。100083) Abstract：By means of water balance test and theoretical an alysis on clear circulating cooling system of three blast fumaces at Baosteel-the main cause for lOW concentrating times is found and the relative countermeasure is put forward．Meanwhile。the on-line form ula of calculation of the concentrating times is deduced． Key W ords：Blast furnace；Clear circulating cooling water；Concentrating times 1 概述 在钢铁生产过程中，需要大量不同水质的循 环冷却水，而浓缩倍数是衡量循环冷却水系统循 环利用的一个重要技术指标。通常，浓缩倍数越 大，冷却塔的蒸发水量越大，新水补充量就越小， 即节约用水_】J，它的副作用是水的含盐高，管道容 易结垢、腐蚀；反之浓缩倍数越小 ，表示系统循环 利用率越低，新水补充量越大，水的含盐率越低， 管道越不易结垢、腐蚀；为此对每一座循环冷却水 系统来说 ，应根据冷却对象工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 ，制订一个比 较经济合理的浓缩倍数指标。宝钢 3座高炉清循 环水系统设计为敞开式循环冷却系统，浓缩倍数 设计值均为 1．5_2 J。高炉投产 以后，随着高炉 炉体冷却强度要求的提高，3座高炉循环冷却水 居勤章 硕士 1973年生 1998年毕业于东北大学 现从事炼 铁专业 电话 26647174 量均呈现不同程度的超设计用量，加之系统在设 计中的不合理用水现象，使 3个系统近年来的浓 缩倍数均未达到设计水平；按较低浓缩倍数进行 高炉循环冷却系统的运行管理，必然造成水处理 费用(药剂 、水费和电费)的大大增加 。因此 ，有必 要调查分析高炉循环水浓缩倍数低下的原因，提 出提高浓缩倍数的有效措施，降低循环水的水处 理费用，使水系统的运行更趋经济合理。 2 浓缩倍数 2．1 浓缩倍数的定义 在敞开式循环冷却水系统中，由于蒸发，系统 中水会越来越少，而水中各种矿物质和离子含量 就会越来越浓；为了使水中含盐量维持在一定的 浓度，必须补人新鲜水，排出浓缩水 ，在操作时常 用浓缩倍数来控制水中含盐的浓度。以 K表示 浓缩倍数，则 K的含义就是指循环水中某物质的 维普资讯 http://www.cqvip.com 50 宝 钢 技 术 2002年第 6期 浓度与补充水中某物质的浓度之比，即： 因此在一定的系统中只要知道补充水量及排 K： ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (1) L M 式中，c ——循环水中某物质的浓度，％； C —— 补充水中某物质的浓度 ，％。 设在循环冷却水系统 中，除了补充水加入 和 排污、蒸发、风吹、渗漏等损失外，再没有其它的水 流或溶质加入或排出系统，那么整个系统在循环 浓缩过程中，对循环水中某些不受加热、沉淀等于 扰的溶质作物料平衡计算 ，可得式(2)。 MCM=ECz+BCR+DCR+FCR ⋯ (2) 式 中，cz——水蒸 汽 中某种 溶 质 的 浓 度，％； CR——循环水 中某种溶 质 的浓度 ，％；M，E，B， ，F分别为系统 的工业补水 量 、蒸发水量 、系统 的排污损失量、系统的风吹损失量、系统的渗漏损 失量 ，m0／min。 蒸发时溶质不会随水蒸气而逸出，实际上 c 等于零，当系统中管道联结紧密，不发生渗漏时， F=0；当冷却塔收水器效果较好时，风吹损失 D 很小，如忽略不计，则上式可简化为： MCM=BCR⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (3) CR ： 一 M = KC B ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ (4) M 。 ， 污水量，就可计算出该循环水系统的浓缩倍数。 2．2 浓缩倍数 的计算 采用如下的计算公式 ： (1)K=[C1 ／C1 +Ca—H~／Ca—H补+P循／ P ／3 式 中，C1 ，C1 ，Ca—H循，Ca—H补，P循和 P补分别 为循环水中氯离子浓度 、补充水氯离子浓度 、循环 水中钙离子浓度 、补充水钙离子浓度 、循环水的电 导率和补充水的电导率。 (2)K= ／(B+D+F+ ) 式中， ——系统的无回水损失量，m。／min。 3 系统设计时的实际情况及提高浓缩倍数的措施 3．1 历年浓缩倍数情况 宝钢 3座高炉清循环水的浓缩倍数初始设计 值都是 1．5，1BF在 1997年大修后，虽然循环冷却 水系统作了相应的扩容，但浓缩倍数的设计值并 未进行相应的修改，仍为 1．5；高炉投产以来，循 环冷却系统在实际运行过程中测得的浓缩倍数一 般都低于设计值，3座高炉投产后清循环水系统 的历年浓缩倍数情况见图 1所示。 从 图 1可 以看 出 ，1BF在开炉初 期 ，清 循环水 年份 图 1 宝钢 3座 高炉清循环水浓缩倍数历年统计图 Fig，1 Statistics graph for concentrating times of clear circulating water over the years 系统的浓缩倍数较低 ，未能达到设计值 ，后来才有 所提高，但最高的时候也未达到设计值；2BF参照 1BF设计制造，其清循环水系统的浓缩倍数始终 在 1．15左右，甚至未能达到 1BF的水平；3BF由 于清循环水系统冷却对象不同，浓缩倍数较 1BF、 2BF的虽有所提高，但仍未达到设计指标要求。 3．2 高炉清循环水系统的测试情况 为了摸清高炉清循环系统的冷却水量、送水 和回水温度及各部冷却设备的给排水情况，炼铁 厂及有关各方于 2000年 8月和 2001年 2月对 3 座高炉的清循环系统进行了系统和全面的水平衡 测试，得出的主要数据见表 1。 根据表 1得知，1BF清循环冷却系统 2000年 8月 即夏季的蒸发水量为 0．980 m3／min，2001年 2 月即冬季为 0．729 m3／min，设计值为 1．752 m3／ min，夏季和冬季的实测值分别为设计值的56．0％ 维普资讯 http://www.cqvip.com 居勤章等 高炉循环水浓缩倍数的研究及对策 51 表 1 3座高炉清循环水冷却系统设计值与实际值比较 Table 1 Comparison between design value and fact value about cooling system in 3 blast fumares m ／min 注 ：浓缩倍数 (计算 值)根据设计值推算 而得 和41．7％ ；2BF清循环冷 却水 系统 的蒸 发水量 夏 季为 0．611 m3／min，冬季为 0．655 m3／min，设计值 为 1．229 m3／min，夏季和冬季的实测值分别为设 计值的49．7％和 53．3％；3BF清循环冷却水系统 的蒸发水量夏季、冬季均为 0．676 m3／min，设计值 为 1．980 m ／min，夏季和冬季的实测值均为设计 值的 34．1％。 从表 1中数据 及上 述分 析结 果可 以看 出：3 座高炉的蒸发水量比例均明显偏小，偏离设计水 平 50％～60％，这是导致浓缩倍数未达到设计值 的主要因素；3座高炉的非蒸发水量相对于蒸发 水量来说要大得多，这是造成清循环冷却水系统 浓缩倍数偏低的另一个原 因；另外 ，在实测 中也发 现绝大部分 的非 蒸发水 量 由无 回水 点用户 所造 成。 3．3 浓缩倍数的在线计算公式 通过对 3座高炉夏季和冬季两次大规模的质 能平衡测试 ，发现根据实测的工业补水量 、总循环 水量和冷却塔进出口温差等参数计算出的浓缩倍 数和通过检测冷却水中的离子数计算出的浓缩倍 数基本相同，而实测水 中离子的方法不能及时地 反映出高炉现有生产状态下的清循环冷却水系统 的浓缩倍数。因此，在今后的实际生产中，可通过 实测工业补水量、总循环水量和冷却塔的进出口 温差等参数，并利用本次实测得到的不回水点的 流量值，实时计算浓缩倍数。当某些不回水点改 为回水或其它水源后，只需测量这些点的流量值， 就可通过上述方法估算出当前时刻的浓缩倍数， 具体计算公式如下： = ·+志 =％ 一 M—E—M 一0(tl—t2)(R—B) 一 M 一0(tl—t2)(R—Q非一Q改) 式中，t2——冷却塔的出IZl水温，℃；尺——系统 中的总循环水量，m ／min；t ——冷却塔的进 口水 温，aI二；Q非——系统中的不回水量，m3／min(由水 平衡 测 试 得 到 1BF：4．120 m’／min；2BF：2．849 m3／min；3BF：2．005 m3／min)；0—— 冷却塔的蒸发 损失率 ，冬季 和夏季分 别取 0．115％ 和 0．155％； Q改——由不 回水改为回水或其它水源的流量， m3／min 4 提高系统浓缩倍数可采取的措施 通过对 3座高炉夏季和冬季的水平衡测试和 理论分析，发现导致高炉清循环冷却水系统浓缩 倍数低下的主要原因是系统的非蒸发水量偏大和 冷却塔的水温差偏低 ，因此 为提 高系统的浓缩倍 数 ，可采取 以下两种主要措施 ： (1)降低系统中的非蒸发水量 由于系统的非蒸发水量包括风吹损失水量、 渗漏水量和排污水量 ，而在实际测试期间风 吹损 失水量和渗漏水量相对较小 ，而且也没有进行排 污。因此，系统的非蒸发水量主要是 3座高炉的 无回水流量，根据理论推算，如减少 3座高炉的无 回水流量，3座高炉的浓缩倍数都将有大幅度地 提高。 根据实际测试的无回水用户点，对因没有回 水装置而流失的冷却水，把部分无回水点进行管 网改造，充分利用清循环水中的不回水量，进行回 收或改用其它水源，从而提高浓缩倍数；对现有不 便改造的水管待以后大修时统筹规划，再进行改 造 。另外 ，减少系统循环时的飞洒水量 、法兰连接 处泄漏水量等措施，也有利于提高系统的浓缩倍 维普资讯 http://www.cqvip.com 52 宝 钢 技 术 2002年第 6期 数。各高炉无回水点改造 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 情况见表 2—4所 示。 (2)提高系统的蒸发水量 即提高冷却塔的冷却效率。通过分析和理论 表 2 IBF无 回水点用水改造计划 Table 2 Revamping plan of no backwater dot in 1 BF (注：l——直排水改为循环使用；2——使用工业水冷却，就近排入有关污水系统或外排；3——短期改造有难度或不经济 ，建议大修 时重新设计) 计算可知，适当提高冷却板或冷却壁的出水温度 (即提高冷却塔的回水温度)，可以提高清循环水 冷却系统的浓缩倍数。图 2为 3座高炉在夏季、 2．0 1．8 藿l_6 粪1．4 1．2 1．0 + lBF+ 2BF+ 3BF／ ／ 一 - — ● ， ／ 冬季实测温差及温差分别为4~C、5 oC、6~C、7 oC和 8~C时循环水的浓缩倍数值。 2·0 1．8 簌 1．6 担 粪1．4 — ◆ - l1]F --11--2BF —★_ 3BF ． ／ ▲ ． ． — — 维普资讯 http://www.cqvip.com 宝 钢 技 术 2002年第 6期 表 6 Table 6 钢包渣和保温剂混合物的熔点 Melting points for mixture of ladle slag and heat preservation reagent oC 表 7 s1和 s3钢包渣的化学成分 Table 7 Chemical components of ladle slag of S1 and S3 ％ 钢包渣 A1203 CaO MgO SiO5 TFe MnO P2 S Sl 31．92 30．4o 4．98 l4．4l 7．49 6．09 0．34 0．012 s3 38．72 24．36 5．33 l2．o4 8．26 6．10 0．19 0．01l 3 结 语 综上所述，钢包粘渣主要是钢种 、钢包热状态 和包衬耐火材料共同作用的结果。 (1)小修后使用的钢包，主要由于钢包热状态 差，包衬吸热而导致粘渣；并且，多次小修急冷急 热容易引起包衬开裂、渣钢渗入，从而加剧粘渣。 (上接第52页) 5 结语 对炼铁厂 3座高炉清循环水系统的水平衡测 试及其结果分析，得出以下结论： (1)3座高炉的清循环水系统中都存在蒸发 水量偏低，非蒸发水量与蒸发水量之比明显偏大 现象，这是造成 3个系统中的浓缩倍数低于设计 值的主要原因。 (2)提高宝钢高炉清循环水系统浓缩倍数可 采取尽量减少系统 的无 回水量的方法。 (3)高炉清循环水系统的浓缩倍数计算除了 采用传统的分析计算法外，采用此次测得的数据， 并利用推出的浓缩倍数在线计算经验公式 ，可对 (2)当钢包为周转 热包 (即 51A)以及包龄较 低时，以 Al脱氧为主的钢种，因渣的粘度大，冷凝 后析 出高熔点物质，对粘渣起主要作用 。 (3)在包龄中 、后期 ，钢包为周转热包 时，表面 凹凸不平、有渣钢渗入的包衬耐火材料对粘渣起 主要作用。 (4)具体的因素，包括连铸比逐年提高、铝镇 静钢占较高比例、钢包小修次数多、AI20 ．Si02系 保温剂、包衬耐火材料开裂和抗渗透性差等。 对参加本工作的沈强、吴金源、邱文冬、陈金 荣等 同志表示感谢 。 参 考 文 献 1 黄希枯．钢铁冶金过程理论．北京：冶金工业出版社，1993：102 一 l5l 2 王俭，彭 惰强，毛裕文．渣图集 ．北京：冶金工业出版社，1989： 102一lO6 编辑 刘宏娟 (收稿 日期 ：2002—03—01) 3个系统的浓缩倍数进行实时测定。 (4)高炉清循环系统中的非蒸发水量主要是 3座高炉的无回水流量，为节约用水和药剂使用 量 ，需对部分无 回水点进行改造 ，而另外一些无 回 水点在短期内改造存在一定的难度，可考虑在高 炉大修时一并进行重新设计改造。 参 考 文 献 1 李鹏．试论循环浓缩倍数与节水．石油化工环境保护，1998； (1)：26—28。 2 周本省．工业水处理．北京：化学工业出版社，1997：2 编辑 任 燕 (收稿 日期：2002—07—23) 管 目 g ＆ g 鼍 l 8 g g H ＆ E 目 E 目 《 目 ＆ E g F E H 目 壁 目 目 目 g § g g E E E l l l f j f f ； 一 维普资讯 http://www.cqvip.com