3 200 m3高炉软水蒸发空冷器系统节能改造

卢宝松

(山钢莱芜钢铁集团银山型钢炼铁厂，山东271104)



3 200 m3高炉软水蒸发空冷器系统节能改造

卢宝松

(山钢莱芜钢铁集团银山型钢炼铁厂，山东271104)

系统分析了高炉蒸发空气冷却系统的运行特点及工艺要求，在满足工艺要求的前提下，根据生产负荷特性和室外气温变化情况，对系统实施了智能调节改造，提高了能源利用效率，有效降低了系统运行能耗。

蒸发空冷器；自动控制；节能改造

莱钢3 200 m3高炉软水系统为闭式循环工艺，采用蒸发空气冷却塔为高炉冷却泵、风口小套和热风炉阀门等设备降温。整个系统有23套闭式蒸发冷却塔， 20套服务于高炉冷却水系统，3套服务于热风炉冷却水系统，两个系统独立运行。每套闭式蒸发冷却塔设有3台风机和2台喷淋水泵，风机额定功率为15 kW，喷淋水泵功率为11 kW，均为工频运行。

运行人员根据总管的供、回水温度和室外天气情况，手动调节冷却塔风机运行台数和喷淋泵的开启。

图1 闭式蒸发冷却塔系统图

Figure 1 The diagram of closed evaporative cooling tower system

蒸发空气冷却系统开启模式一般为：夏季开启风机数量约20台～25台，冬季开启风机数量约10台～15台。喷淋水根据天气情况配套开启，一般1台塔同时开启2台喷淋泵。

3 200 m3高炉蒸发空气冷却系统设有一套监控系统，可监控各设备的运行、故障状态、冷却水供、回水温度、压力、流量等参数。

1 系统运行情况及存在问题

改造期间高炉蒸发空气冷却系统开启了18台风机和26台冷却水泵，高炉冷却水的供回水温度见表1。

热风炉蒸发空气冷却系统开启了5台风机和4台喷淋泵，热风炉冷却水供回水温度见表2。

目前蒸发空气冷却系统存在以下问题：

表1 高炉冷却水供回水温度测量值

Table 1 The measured temperatures of supplying and returning cooling water in blast furnace

回路流量/(m3/h)回水温度/℃供水温度/℃总管A总管B3500385040.741.439.4

表2 热风炉冷却水供回水温度测量值

Table 2 The measured temperatures of supplying and returning cooling water in hot blast stove

回路流量/(m3/h)回水温度/℃供水温度/℃主管78042.540.3

(1)当冷却塔的风机只有部分开启时，未开启的风机受气流影响会出现倒转的情况。当需要增开风机时，运行人员一般要先停止运行全部风机，并等待一段时间后再重新开启。即便采用此操作方式，每年仍有20台～30台风机电机烧坏。

(2)高炉软水循环系统对供水温度的稳定性要求很高，涉及重大生产安全保障。由于目前系统采用人工手动控制台数，循环水供水温度控制精度和可靠性不高，对生产安全产生一定影响。

2 现有能耗问题分析

从设备冷却工艺温度控制精度、能耗及设备运行管理两个角度对整个系统进行能耗诊断，结果如下：

(1)现有蒸发空气冷却系统无任何自控措施，冷却塔风机和喷淋泵的开关机及参数调节均为手动控制，影响工作效率，且不利于冷却水供水温度的控制和设备的优化运行。

(2)冷却塔风机工频运行，不能根据天气情况动态调节风机的台数及风量，无法充分利用室外冷源，增加了风机运行能耗。

(3)冷却塔风机只能通过台数控制调节冷却水供水温度，无法尽可能的利用换热器的换热面积，影响换热效率，增加了风机运行能耗。

(4)冷却塔喷淋泵的开启未充分考虑室外天气的影响(温度、湿度)，主要由运行人员根据风机开启情况和供水温度的情况决定，影响了喷淋泵的能源利用效率。

3 技术改造方案

3.1 技术方案宗旨

在系统地分析3 200 m3高炉蒸发空气冷却系统的运行特点及工艺换热设备、用水设备温度需求后，在满足生产工艺要求的前提下，根据生产负荷特性和室外气温变化情况，对系统实施动态平衡控制调节改造，充分提高能源利用效率，从而有效降低系统运行能耗。

3.2 技术方案要点

(1) 实现3 200 m3高炉蒸发空气冷却系统的全面自动控制，提升工作效率，减少误操作问题的发生，增加系统可靠性，同时使系统运行达到最优化。

(2)动态调节冷却塔风机风量和开启台数，充分利用室外冷源和冷却塔换热面积，让冷却塔在充分发挥冷却效果的同时降低运行能耗。

(3)结合室外空气温度、湿度情况，充分考虑湿度、温度对换热的影响，动态调节冷却塔喷淋泵的开启台数，降低喷淋泵和风机的能源消耗。

4 改造实施情况

4.1 主要改造设备

对3 200 m3高炉蒸发空气冷却系统实施节能改造，系统的改造对象见表3。

表3 3 200 m3高炉蒸发空气冷却系统改造设备表

Table 3 The table of 3 200 m3blast furnace evaporative air cooling system transformation equipments

序号设备电压/V功率/kW数量/台改造/调试范围123空冷器风机空冷器风机喷淋水泵380380380151511393046改造&调试对象调试对象调试对象

(1)新增上位机控制系统。根据冷却水管路温度、室外湿度和室外温度等参数，动态调整空冷器风机及喷淋水泵的开启台数，将全部空冷器风机、喷淋水泵纳入智能控制。

(2)对39台空冷器风机实施变频节能改造。采用ABB变频器，新增节能控制柜，由上位机控制开停机及运行频率。

(3) 增设节能模式、工频模式切换开关，实行无间隙、零影响切换。

4.2 蒸发冷却系统监控

蒸发冷却系统监控原理如图2所示。

4.3 循环水系统能效控制设备

根据实时测定的用冷末端负荷及负荷变化趋势、室外气象条件，优化设定循环水参数，调节冷却循环水供水温度，以使蒸发空气冷却系统运行综合效率最高、能耗最低，主要控制策略如下：

(1)动态调节冷却塔风机风量和开启台数，尽可能利用室外冷源和冷却塔换热面积，让冷却塔在散热风量不变的前提下，提高换热效率，使循环水供水温度更低，同时降低风机运行能耗。

(2)结合室外空气温度、湿度情况，充分考虑湿度、温度对换热的影响，动态调节冷却塔喷淋泵的开启台数，降低喷淋泵和风机的能源浪费。

图2 蒸发冷却系统监控原理图

Figure 2 Principle diagram of evaporative cooling system monitoring

5 结论

运用该能效控制系统实现了3 200 m3高炉蒸发空气冷却系统的全面自动控制，在保证工艺要求和产品质量的前提下，降低了系统的运行能耗。根据莱芜市每月的平均温度及同等设备运行模式，结合软件程序内部计算，本系统年平均节电率为34%±2%，年节电量为1.435×106kW·h，效益显著。

除获得上述直接节能收益外，该系统还解决了现有手动控制模式控制循环水温度不稳的问题，温度控制精度得到了保证，设备维护费用、人工劳动强度均得到大幅度降低。

编辑 陈秀娟

Energy Saving Reconstruction of 3 200 m3Blast Furnace Soft Water Evaporation Air Cooling System

Lu Baosong

The operation characteristics and process requirement of blast furnace evaporation air cooling system have been analyzed. Under the premise of satisfying the process requirements, according to the characteristics of production load and the changes of outdoor temperature, the intelligent adjustment reconstruction has been carried out for this system, which improves the efficiency of energy utilization, effectively reduces the energy consumption of the system operation.

evaporation air cooler; automatic control; energy saving reconstruction

2016—08—12

卢宝松(1981—)，男，工程师，工学学士，从事企业电气设备管理工作。

TF321.4

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