熱軋帶鋼層流冷卻水處理系統(tǒng)設計改進

論文類型	技術與工程	發(fā)表日期	2001-06-01
來源	《工業(yè)用水與廢水》2001年第3期
作者	江開偉
關鍵詞	軋鋼水處理層流冷卻水量平衡工藝流程水質(zhì) 節(jié)能
摘要	通過對國內(nèi)外熱軋帶鋼廠層流冷卻水處理系統(tǒng)的研究、比較、分析，根據(jù)自己的設計實踐經(jīng)驗，對層流冷卻水處理系統(tǒng)水量平衡、水質(zhì)穩(wěn)定、工藝流程及節(jié)能設計提出了改進措施。

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作者：

江開偉;

發(fā)布時間：

2001-6-1

出自：

《工業(yè)用水與廢水》2001年第3期

關鍵字：

軋鋼；水處理；層流冷卻；水量平衡；工藝流程；水質(zhì)；節(jié)能

摘要：

通過對國內(nèi)外熱軋帶鋼廠層流冷卻水處理系統(tǒng)的研究、比較、分析，根據(jù)自己的設計實踐經(jīng)驗，對層流冷卻水處理系統(tǒng)水量平衡、水質(zhì)穩(wěn)定、工藝流程及節(jié)能設計提出了改進措施。

簡介：

江開偉
（重慶鋼鐵設計研究院，重慶 400013）

　　摘要：通過對國內(nèi)外熱軋帶鋼廠層流冷卻水處理系統(tǒng)的研究、比較、分析，根據(jù)自己的設計實踐經(jīng)驗，對層流冷卻水處理系統(tǒng)水量平衡、水質(zhì)穩(wěn)定、工藝流程及節(jié)能設計提出了改進措施。
　　關鍵詞：軋鋼；水處理；層流冷卻；水量平衡；工藝流程；水質(zhì)；節(jié)能
　　中圖分類號：TU991.27
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009-2455(2001)03-0013-03

Design Modification for the Laminar Cooling
Water Treatment System for Hot - Rolled Band Steel
JIANG Kai-wei
(Chongqing Iron & Steel Designing Institute，Chongqing 400013，China)

　　Abstract:Measures are proposed for modifications of the design of the water quantity balance，water quality stabilization，process flow as well as energy saving of laminar cooling water treatment system through studying，comparing ang analyzing the laminar cooling water treatment systems in hot-rolled band steel plants at home and abroad and based on our own design experience．
　　Key words:steelcooling；water treatment；laminar cooling；water quantity balance；process flow；water quality；energy saving

　　熱軋帶鋼廠水處理系統(tǒng)中，根據(jù)層流冷卻的用水特點，均將其作為一個單獨的系統(tǒng)進行處理。層流冷卻的用水主要有以下特點：一是流量大，一般在6000m³/h（100×10⁴t鋼卷/a）至18000m³/h（450×10⁴t鋼卷/a）之間；二是壓力低，但要求壓力穩(wěn)定，層流集管處要求壓力為0.07MPa；三是對水質(zhì)指標的要求比濁環(huán)水低，因此系統(tǒng)的處理率要求較低，且水中的氧化鐵皮粒度細、含油量小；四是水量變化大，用水量隨軋制鋼板的品種而變化。用水指標詳見表1。

**表1 國內(nèi)各熱軋帶鋼廠層流冷卻系統(tǒng)用水指標**
用水指標		熱軋帶鋼廠
用水指標		寶鋼2050	寶鋼1580	武鋼2250	武鋼1700	攀鋼1450	太鋼1549	梅山1422	本鋼1700
水量 /(m³·h^-1)	層流冷卻	11650	15852	17360	17360	5800	8600	7500	11400
	層流錕道	1000	350	1100	438		1140	800	1100
	層流側(cè)噴	150	160	240	258	100	150	180	180
水壓 /MPa	層流冷卻	0.07	0.15	0.07	0.15	0.1	0.25	0.07	0.15
	層流錕道	0.3	0.3	0.07	0.3	0.3	0.4	0.3	0.3
	層流側(cè)噴	1.0	1.2	1.0	2.25	1.2	1.0	1.0	1.0
水溫 /℃	層流冷卻	38/44	40/42	39/44.5	40/44	35/40	38/42	40	35/38
	層流錕道	38/44	35/42	39/44.5	35/42	35/42	32/45	35/42	33
	層流側(cè)噴	33.5/43.5	35/43	39/44.5	35/42	35/42	32/45	38	35/38
懸浮物 /(mg·L^-1)	層流冷卻	≤70	≤45	≤45	≤100	≤70	50	30	≤45
	層流錕道	≤70	≤20	≤45	≤30	≤20		30	≤45
	層流側(cè)噴	≤20	≤20	≤20	≤50	≤20	50	30	≤20

　　本文擬就層流冷卻系統(tǒng)的水量平衡和水質(zhì)穩(wěn)定以及節(jié)能措施兩個方面對水處理層流冷卻系統(tǒng)的工藝流程設計進行探討。

1 層流冷卻系統(tǒng)的水量平衡和水質(zhì)穩(wěn)定

　　熱軋帶鋼熱輸出輥道有3種不同壓力的用水，即：層流冷卻（0.07MPa）、層流輥道冷卻（0.3MPa）、層流側(cè)噴（1.2MPa）。其中輥道冷卻和側(cè)噴水的水質(zhì)、水溫、水壓與濁循環(huán)系統(tǒng)的用水差不多，因此許多廠的層流冷卻系統(tǒng)中層流輥道冷卻和層流側(cè)噴就是直接使用的濁循環(huán)系統(tǒng)的輥道冷卻水（0.3MPa）和軋輥冷卻水（1.2MPa見圖1）。

1.1 兩個系統(tǒng)的水混用方式的缺點
　　①層流冷卻用水經(jīng)各廠運行實踐證明，因其含油量很少，懸浮物去除率要求不高，故該系統(tǒng)不必設除油、除渣設施。但濁環(huán)水中含有一定的油（≤5mg/L），因此，若濁環(huán)水長期進入層流系統(tǒng)，會因?qū)恿飨到y(tǒng)未設除油設施而造成該系統(tǒng)水中油含量增加，甚至使水質(zhì)惡化。
　　②層流系統(tǒng)因用了濁環(huán)系統(tǒng)的水，必須將等量的水返回濁環(huán)系統(tǒng)，但這在水量上較難以準確控制，易造成兩個系統(tǒng)間水量不平衡。
　　③層流冷卻系統(tǒng)用水的溫度及懸浮物較濁環(huán)水系統(tǒng)高，因此層流的回返水不能返回至濁環(huán)儲水池直接給用戶用，而必須返回至濁環(huán)系統(tǒng)的平流沉淀池經(jīng)過濾、冷卻之后才能滿足濁環(huán)水的水質(zhì)要求，這樣就增加了濁環(huán)水系統(tǒng)的處理負荷，造成投資與運行費用的增加。
1.2 兩個系統(tǒng)分開要解決的問題
　　筆者認為層流系統(tǒng)的輥道冷卻及側(cè)噴水宜由層流冷卻系統(tǒng)自身供給，與濁環(huán)系統(tǒng)徹底分開，這樣能完全保證該系統(tǒng)的水量平衡和水質(zhì)的穩(wěn)定。但這樣作有兩個問題需要解決：
　　①層流輥道冷卻及側(cè)噴水要求溫度＜35℃，懸浮物＜20mg/L，而層流冷卻水溫度一般在38℃以上，懸浮物一般在40mg/L以上，因此需進行處理。這在設計上我們已找到解決的辦法：層流冷卻流程是將回水中一部分水進行旁通過濾、冷卻，然后與未處理的水混合以降低全系統(tǒng)用水的懸浮物含量及溫度，再供用戶使用。經(jīng)過濾、冷卻后的水中懸浮物＜15mg/L，溫度＜33℃。只要在層流儲水池旁建一側(cè)噴儲水池，將過濾降溫后的水先引入該水池再溢流入層流儲水池中與未處理的水混合供層流用，而側(cè)噴儲水池的水則供層流輥道和側(cè)噴用，可保證這兩用戶的水質(zhì)和水溫。而這兩部分水量與層流冷卻水量相比只占很小比例，不必增加層流冷卻系統(tǒng)的旁濾量。
　　②輥道冷卻及側(cè)噴需單獨設泵組及管道，因此可能會引起投資的增加。其實，這兩部分水無論是來自層流冷卻系統(tǒng)還是來自濁環(huán)水系統(tǒng)其動力消耗是一樣的，即運行費用一樣。層流增設了兩組泵但濁環(huán)系統(tǒng)的處理能力減小了，兩者相比設備費用變化不大。至于管道，雖增加了兩條獨立管道，但由于濁環(huán)供水系統(tǒng)中這兩用戶處于管道的末端，會使整個濁環(huán)管道均加上該部分轉(zhuǎn)輸流量，所以其管道費用并不省。另外，德國SMS（西馬克）公司也在這一點上進行了改進，即把層流輥道冷卻水水質(zhì)要求降低，與層流冷卻壓力、溫度、水質(zhì)都一樣，即可以將層流冷卻和層流輥道冷卻水合為一根管道供水，這樣層流輥道冷卻就不需要單設泵組和干管了。改進后的層流冷卻系統(tǒng)見圖2。

　　因此，從層流冷卻系統(tǒng)的水量平衡和水質(zhì)穩(wěn)定考慮，層流輥道冷卻和層流側(cè)噴水宜由層流冷卻系統(tǒng)供水，如寶鋼2050mm熱軋及武鋼2250mm熱軋就是這樣設計的。

2 節(jié)能措施

　　層流冷卻是熱軋帶鋼各用水系統(tǒng)中用水量最大的一個系統(tǒng)，由于軋制的鋼種不同，其需要的冷卻強度也不同，造成層流冷卻用水量變化很大，在設計中如何根據(jù)其特點選取合適的參數(shù)，對系統(tǒng)的節(jié)能有很大影響。下面以寶鋼1580mm熱軋水處理層流冷卻系統(tǒng)的設計為例進行分析。
　　寶鋼1580mm熱軋水處理層流冷卻最大用水量為15852m³/h，但這只是在軋制最不利鋼板時所需水量，軋制其他鋼板時，其用水量均比它小，若供水設備按最大水量設計顯然是一種浪費。層流冷卻由于水量大，所選供水泵一般是高壓泵，即電機為高壓電機，不宜用頻繁起停泵的方式來控制水量，也就是不能停泵。這樣，在用戶所需水量小時，水泵的動力浪費就大，反之，水泵的供水能力越接近用戶的小水量則越節(jié)能。因此，怎樣通過設計使所選設備既要滿足用戶最大水量，又要使供水設備能力減到最小，這就是擺在我們面前的課題。1580mm熱軋廠內(nèi)設有一座水箱（用于穩(wěn)定水壓），我們則在室外增設了一座水箱（用于調(diào)節(jié)水量），將其并聯(lián)在層流冷卻供水管道上，利用兩塊帶鋼軋制之間的間隙時間給水箱充水（供水泵不停），當冷卻最不利鋼板時，水泵供水加上水箱的儲存水就能滿足最不利鋼板的冷卻。從這里我們可以看出，最大水量是由水泵供水加上水箱的水供給的，如果水箱供應的水越多，則水泵的能力可越小，也就越節(jié)能。但水箱供水不是任意的，與軋鋼工藝的要求密切相關。因此，層流冷卻節(jié)能的關鍵是如何確定水箱的容積。計算水箱容積首先要了解軋制表，從中找出連續(xù)軋制兩塊最不利鋼板時的間隙時間（并扣除供水閥門開和關各一次的響應時間），即充水時間，以及一塊最不利鋼板的冷卻時間，筆者推導出以下計算公式：
　　QT=Q₁T+Q₁T₁ （1）
　　式中：Q—層流冷卻最大水量，m³/h；
　　　　　T—最不利鋼板冷卻時間，s；
　　　　　Q₁—水泵供水能力，m³/h；
　　　　　T₁—連續(xù)軋制兩塊最不利鋼板時的間隙時間（扣除供水閥門開和關各一次的響應時間），s。
　　由（1）式可得：
　　Q₁=QT/(T+T₁) （2）
　　從公式（2）中可計算出水泵的供水能力（Q₁）和水箱的容積（Q₁T₁）。從（2）式中可以看出，T₁與Q₁成反比，即連續(xù)軋制兩塊最不利鋼板時的間隙時間越長，供水泵的能力就越小，也越節(jié)能。但以上間隙時間是由軋制表決定的，因此設計水箱容積及計算水泵能力必須以軋制表為設計依據(jù)，完全滿足工藝的要求。我們設計的寶鋼1580mm熱軋層流水泵供水能力為10000m³/h，為最大水量的64％，有明顯的節(jié)能效果。