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1、. - -联合大学本科毕业论文开题报告题目：高炉联合泵站自动控制系统学 院：电气工程学院专 业：自动化班 级：10电3姓 名：屈殿昊学 号：9指导教师：钱俊磊2014年3 月 12 日一、 题目来源背景（现状、前景）1.1意义与必要性随着炼铁技术的进步，对高炉的长寿、优质、高产、低耗提出了更高的要求，从我国高炉生产实践来看，影响高炉寿命的主要问题是炉底、炉缸以及炉身下部的寿命问题，例如：炉缸因蘑茹状侵蚀，产生炉缸烧穿，炉身下部、炉腰等部位的冷却壁过早大量损坏，失去砖衬，造成炉壳开裂，影响高炉寿命，因此，为了达到较高的高炉寿命，除了需要合理的高炉炉型，优质的高炉耐火材料，正常的高炉操作制度外，高
2、效、稳定的高炉冷却系统将是保证高炉高产、长寿的关键。高炉各种供水冷却系统。除直流供水冷却系统已被淘汰外,还有开路过滤水净循环冷却系统,软水汽化冷却系统,闭路软水(除盐水、纯水) 净循环冷却系统,开路软水净循环冷却系统。上述系统可以根据高炉对水量、水质、水温等供排水条件的要求,结合工程投资,厂方运营经验,节水节能等具体情况,进行具体分析,最后做出决择。根据技术合同，资料与要求，阿诺达自动化所设计、施工、投产运行的唐海特钢6期高炉的工程项目,采用开路软水净循环冷却系统比较符合我国目前的国情。1.2发展历程1.21工业水直流供水冷却系统五十年代以前,许多高炉大都采用直流供水冷却系统。即从地面水体取水
3、,经混凝沉淀处理后,澄清水用加压泵直接向炉体冷却构件供水,升温后的热水经管渠再排入地表水体。这种供水系统需开发大量有限的水资源;耗费大量电能;消耗大量水处理药剂;水系统一次投资很高;经营运转费亦很高;由于供水水质处理程度较低( SS 200mg/ l) ,致使冷却系统结垢、堵塞、甚至腐蚀等障碍频繁发生,特别是江河汛期或洪水期,其处理水质恶化,使障碍更加严重直接影响高炉正常运行,导致缩短高炉使用寿命;另外,其排水对受纳水体的热污染危害也是很大的。于是,人们将这种供水冷却系统淘汰掉,逐渐采用工业水开路净循环冷却系统。1.22过滤水开路净循环冷却系统所谓过滤水是指地表水经混凝沉淀过滤处理后,其SS
4、5. 0mg/ l 的工业水。从高炉被冷却构件流出的热水经管道流入泵站热水井,用泵送上冷却塔,经蒸发和与空气的热交换,被冷却降温的水流回泵站冷水井,再用泵加压送至高炉被冷却构件。这种无限循环供水系统称为过滤水开路净循环冷却系统,亦称为敞开式循环冷却系统。为使系统水量平衡、盐量平衡,热量平衡要从系统排出一部分污水(或直接排污,或旁滤反洗排污) ,又要补充因蒸发、风吹、渗漏、排污而损失的过滤水。这种系统与直流系统相比,其水源开发量较小,水净化处理量及对环境的污染都大大减小。当浓缩倍率N 20200 104 KJ / m2 h) 较高时,系统的结垢、腐蚀、微生物粘泥障碍就明显增加,其系统水质稳定便成
5、为突出的问题。于是,人们一方面为提高循环水浓缩倍率,压缩排污率,减少补充水率,控制水质处理指标和排污水处理及污染程度,采取物理法或化学法进行水质稳定处理。另一方面不断地在寻找冷却效率更高的冷却方式。1.23软水汽化冷却系统六十年代,原联首先在26 座高炉和34 个热风炉上采用了汽化冷却,使高炉寿命延长915 年。随后,日本、西欧、澳大利亚等国相继从原联引进了汽化冷却技术。1974 年日本在4158m3 现代化大型高炉上采用了汽化冷却系统。我国在19581965 年期间将汽化冷却技术从轧钢加热炉应用推广到高炉及热风阀等设备冷却上。软水汽化冷却系统由被冷却构件、汽水二相混合物上升管、汽水分离汽包、
6、热水下降管、或循环水泵组成。进入高炉被冷却构件的P =0. 40. 9MPa ,t = 30 左右的软化水( H =0. 10. 2dH) ,由单相流水变成二相流汽水混合物,其热交换系数2 = 10000 Kcal/ m2h(41860 KJ / m2h) 比水热交换系数1= 1674. 7210048. 32 KJ / m2h大几倍到几十倍。软水由单相变为二相混合物的过程中,除水升温的显热外,还有水汽化的潜热,从而强化了热交换,从被冷却构件吸收大量热量并随之带走在汽包中汽水分离,产生可利用的蒸汽,同时,使分离出的水降温,进一步再去冷却构件。饱和汽的比重是水的比重1 ,靠汽水混合物和水的比重差
7、造成动压头H0 = H(r0 - ra) ,形成自然循环的推动力。当被冷却物件水阻力很大时,可以借助循环水泵推动循环水运行。100m3 高炉被冷却构件采用过滤水开路净循环冷却系统时,水耗量242m3/ h ,采用软水汽化冷却系统时,只耗23m3/ h 水。每年可节水、节电费约16 万元左右,且被冷却构件寿命能延长13 倍。1800m3 高炉全炉采用过滤水开路净循环冷却系统时,循环水量29003200m3/ h ,单是炉身冷却循环水量约为1300m3/ h 。如果采用软水汽化冷却系统,其耗软水量约为78m3/ h 。每年节水、节电费约160 万元,而且可回收利用蒸汽约68m3/ h 。由此可见,
8、采用软水汽化冷却系统不仅能大幅度的节水、节电、节省运营费,而且还可以回收大量蒸汽加以利用。更重要的是软水汽化冷却保证被冷却构件壁不结垢,当外部热负荷不变时,它可以造成一个稳定的冷却强度来保证被冷却构件不产生热疲劳而导致破坏。这样,就延长了被冷却构件的使用寿命,从而延长了高炉的使用寿命。值得提出的是在自然循环汽化冷却的情况下,不需要外加动力;在事故停电的情况下,仍能继续运行,作为安全供水。但是,软水汽化冷却系统亦存在着如下,一些缺点:1 、高炉冷却壁的材质结构形式及其制造工艺,很难适应在汽化冷却运行工况下对渗炭层厚度的要求。特别是防止在高温热状态下由于热疲劳而产生裂纹的要求。2 、一般采用过滤水
9、开路净循环冷却时,高炉冷却壁温度可降至130 左右,而采用软水汽化冷却时, 高炉冷却壁温度高达250 左右。如果高炉强化生产时,在过高的热负荷冲击下,软水汽化冷却系统容易产生循环脉动,甚至可能出现局部膜态沸腾,导致被冷却构件过热而被烧毁。3 、软水汽化冷却系统一些被冷却构件活动部位的连接装置的技术问题尚未解决。更重要的是风口、冷却壁的泄水跑气等监测及其管理技术很难过关。于是,人们又重新认识并加以研究净水循环冷却系统。1.24软水开路净循环冷却系统软水开路净循环冷却系统就是将过滤水开路循环冷却系统的过滤水用软化水代替。系统循环水水质的总硬度不是软水闭路净循环冷却系统的2dH ,而是8dH 左右。
10、系统的补充水水质的总硬度不是软水闭路净循环冷却系统的0. 10. 2dH ,而是将过滤水和软化水混合后的24dH。过滤水和软化水水量的比例数可以通过以下两种计算公式求得,进而确定软水站的处理规模。1.31以Hca 求软化水量根据含钙量平衡原理:软化水含钙量与过滤水含钙量之和应等于补充混合水含钙量,即Hca软Q软+ Hca过Q过= HcaM (Q软+ Q过)式中:Hca软软化水中含钙量(CaCO3 ,mg/ l) ;Hca过过滤水中含钙量(CaCO3 ,mg/ l) ;Q软软化水需要量(m3/ h) ;Q过过滤水需要量(m3/ h) ;HcaM 补充水含钙量37. 575mg/ l 2. 14.
11、 2dH。变换后得Q软=(Hca过- 37. 5) Q过37. 5 - Hca软1.32以Mo 求软化水量根据总碱度平衡原理:软化水总碱度与过滤水总碱度之和应等于补充混合水的总碱度,即Mo软Q软+ Mo过Q过= MOM (Q软+Q过)式中:Mo过软化水中总碱度(CaCO3 ,mg/ l) ;Mo过过滤水中总碱度(CaCO3 ,mg/ l) ;MOM 补充水中总碱度(CaCO3 ,60mg/ l) 。变换后得Q软=(Mo过- 60) Q过60 - Mo软根据Hca 、Mo 求得的结果,以其最大值作为软水站处理规模。1.25软水闭路净循环冷却系统八十年代,在采用过滤水开路净循环系统时,由于水源紧,
12、或没有受纳污水的水体,或环境保护的严加限制,人们想到要最大可能地减少补充水量,压缩排污水量,就得最大限度地提高浓缩倍率。当浓缩倍率N 由2提高到5 时,补充水量减低约38 % ,排污水量减少约82 % ,节水率较高。当浓缩倍率N由5 提高到10 时,排污水量几乎接近于0 ,补充水量亦减少到差不多接近蒸发水量,即循环水量的2. 2 %。然而,实际运行时,系统的循环水水质极度恶化。腐蚀、结垢及微生物粘泥障碍更加严重,甚至到了无法控制的程度。于是,迫使人们深思熟虑,将浓缩倍率提高到N 5 时,与其采用过滤水开路净循环冷却系统,还不如采用软水(或除盐水,或纯水) 闭路净循环冷却系统。软水闭路净循环冷却
13、系统的特点:1.241 、系统是密闭的,不与外界大气接触。因此,外界的泥砂、尘埃、微生物、有害气体及大气中的盐类等均难以进入系统。于是,系统就不会因微生物的繁殖而产生生物粘泥障碍,从而避免了粘泥所引起的垢下腐蚀问题。为此,系统中不必设置杀菌灭藻的药剂添加装置,简化操作,节省药剂运营费用。1.242 、系统中水不蒸发、不浓缩,只有因循环水泵轴封或法兰连接处漏损水量。其补充水量约为循环水量的0. 10. 2 %。因此,系统水可采用高质的软化水、或脱盐水、甚至纯水。为高效传热提供了保证条件,促使冷却可靠性好。在维持较高的欠热度条件下工作,系统水不汽化,冷却均匀,设备不变形,强度不变,使用寿命延长。1
14、.243 、由于采用了不结垢或很少结垢的高质水,系统的结垢障碍基本上得以防止,剩下的就只有腐蚀问题了。当水温 60 时,氧的逸出占优势,导致形成氧浓度差电池,附加于其它电池,便形成更高的电位,腐蚀速率大大增加,随水温的升高而直线上升。所以系统要密封好并设置排气阀,及时地排掉各密封面及少量补水而带入的空气,使水中溶解氧尽快降低下来。尽管利用热力可机械脱氧,还是要设置真空除氧或化学除氧。若化学脱氧,一般使用的还原剂有Na2CO3 、N2H4 等。N2H4 + O2 2H2O + N2 实际上1 份O2 需2份联胺。在25 、pH = 7. 0 时,反应速度为0 。当有Cu2 + 作触媒时,其投量
15、5mg/ l ,反应1015min ,此时 9 。为防腐蚀可采用下述的一些措施:添加缓蚀剂;设备和管道外壁涂新型防腐涂料;采用耐蚀材质的设备与管道等。对于投加缓蚀剂,由于系统不排污,其药剂消耗量很少,并且可控制药剂高浓度运行。1.244 、系统不宜用压缩空气定压,因为压缩空气会带入氧气和其它有害气体及油类等。最好用N2 定压,通过膨胀水罐可以在停电停泵事故时作安全供水措施。1.245 、系统的二次冷却装置可以是空气冷却器、闭式冷却塔、直流海水、汽水热交换器、水水热交换器。当采用水水或汽水热交换器时,其交换出的热量可以余热利用。1.246 、系统的循环水泵的扬程是由系统的总阻力损失而确定的,即H = P。可以利用系统回水余压直接通过热交换器装置,能够节省电能消耗。在我国已经投产运行的软水(除盐水、纯水) 闭路净循
